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1、3.大气污染控制基础知识大气污染控制基础知识介绍气体及颗粒物的基本性质，气态污染物及颗粒污染物控制的基础理论知识。3.1气体的物理性质气体的物理性质3.1.1气体状态方程气体状态方程对理想气体3.1.2气体的基本物理性质则理想气体混合物平均摩尔质量和密度可由下式求得：1 1密度密度 单位体积气体的质量当为理想气体时，可用理想气态方程计算对气态污染物和空气的混合物，其平均摩尔质量是混合物各组分摩尔质量的加权平均值颗粒污染物和空气混合物的密度也可用下列方程式空气体积浓度与颗粒物体积浓度关系如下：2.比热比热摩尔物质温度升高一度所需要的热量，比热有恒压比热和恒容比热两种。对理想气体：对理想气体：比热
2、比比热比空气、其态污染物和颗粒混合物的平均比热是个组分比热的加权平均值，加权函数是组分的质量分数。用C表示质量分数，平均比热可由下列各式求得：恒压平均比热：恒容平均比热：3粘度粘度对非均匀流动的气体，在相邻流层接触面上，存在着切向作用力，称为内摩擦力。单位面积上的内摩擦力或剪应力为：气体与温度的关系在常压下表示为：u0T=273K时的气体粘度若混合物中含有等速运动的球形液滴，其粘度可用泰勒方程式计算：式中：Cvp液滴的体积分数；p 液滴的粘度气体污染物与空气混合物的平均粘度在低压下可用下式计算：对球形固体颗粒，上式可简化为：对不同颗粒物污染与空气污染物的混合物的粘度，由于颗粒粘度对混合物粘度影
3、响不大，故可用总体积粘度代替方程式中的Cvp3.23.2物料恒算与能量恒算物料恒算与能量恒算3.2.13.2.1物料恒算物料恒算1物料恒算式物料恒算是研究某一个体系内进出物料量及组成的变化，根据质量守恒定律，对特定体系，输入体系的物料量等于输出体系的物料量加上体系内积累的物料量之和。即：输入的物料量即：输入的物料量=输出的物料量输出的物料量+积累的物料量积累的物料量若体系内发生化学反应，则对任一组分或元素做恒算时，必须把反应消耗或生成的量也包含在内，故：输入的物料量输入的物料量反应生成或消耗的物料量反应生成或消耗的物料量=输出的物料量输出的物料量+积累的物料量积累的物料量式中：对反应物作恒算时
4、，由反应而消耗的量，取减号；对生成物作恒算时，由反应而生成的量，取加号。若体系为连续稳定状态，则积累的物料量为零，对无化学反应的过程，则：输入的物料量输入的物料量=输出的物料量输出的物料量对有化学反应的过程，则：输入的物料量输入的物料量反应生成或消耗的物料量反应生成或消耗的物料量=输出的物料量输出的物料量2物料恒算的基本步骤物料恒算的基本步骤1）搜集计算数据：如流量、温度、压力、浓度等；2）画出物料流程图；流向、变量等3）确定恒算体系；4）写出所有化学反应式；5）列出物料恒算式，进行数学求解。3.连续性方程连续性方程 对可压缩流体作稳定管流运动时的连续性方程：对不可压缩流体作稳定管流运动时的连
5、续性方程：当过流断面为圆形时，则有：一般认为，气体为可压缩性流体，液体是不可压缩性流体。当流速较低时，气体的流动可近似认为是在做不可压缩流动。判定气体是否作不可压缩流动的标准是马赫数，其定义为流体流速与声速之比，即：若：0.25即：85.8m.s可认为是不可压缩流动。3.2.2 3.2.2 能量恒算能量恒算 1 1能量恒算的基本方程能量恒算的基本方程 根据能量守恒原理，能量恒算的基本方法为：输入系统的能量输入系统的能量-输出系统的能量输出系统的能量=系统内积累的能量系统内积累的能量式中能量包括：内能、动能、势能、热能、功等等。当系统连续稳定运行时，系统内积累的能量等于零。如教材图3-5，以系统
6、进、出口断面为基准可列出恒算式：式中的式中的U+Pv为流体的焓，故上式可写为：为流体的焓，故上式可写为：令：令：则：则：3机械能恒算机械能恒算在废气输送过程中，往往传热量、内能的变化相对较小，此时总能量恒算式可简化为：因：故：则：上式可写为：或：2热量恒算热量恒算对于没有功的传递，且动能和位能差可以忽略的设备和过程，总能量恒算式可简化为：若进出设备的物料不止一种，则该式为：3机械能恒算机械能恒算在废气输送过程中，往往传热量、内能的变化相对较小，此时总能量恒算式可简化为：因：故：在流体输送过程中，内能变化应等于过程中交换的热量Q和由于摩擦作用使部分机械能变成热能损失之和，即：则：若没有摩擦损失和
7、其他设备对流体做功则：此为理想流体伯努里方程或：由于流体阻力客观存在，实际流体伯努里方程为：3.33.3颗粒粒径及粒径分布颗粒粒径及粒径分布3.3.13.3.1粒径粒径颗粒群.由大小不同、形状各异、物理和化学性能不同的微小粒子构成的混合体。其粒径分为反映单个颗粒大小的单一粒径及反映颗粒群粒子尺寸的平均粒径。1 1单个颗粒的粒径单个颗粒的粒径三种表示方法：1)投影粒径2）几何当量粒径3）物理当量粒径 见表3-1 1 1平均粒径平均粒径反映颗粒群特性的粒径平均值。定义：对一个不同粒径的颗粒群，与一个均匀球形颗粒的颗粒群，若其具有相同的物理性质，则球形颗粒的粒径即为实际颗粒群的平均粒径。表3-23.
8、3.2 3.3.2 粒径分布表示法粒径分布表示法1）粒数分布2）质量分布表示方法：表格法、图形法、函数法（1）频率分布）频率分布指某直径范围的颗粒质量占总颗粒质量的百分比（2）频率密度分布（频度分布）频率密度分布（频度分布）指单位粒径间隔的频率分布，或单位粒径间隔质量占总质量的百分比（3）筛上累计频率分布）筛上累计频率分布指大于某一粒径的全部颗粒质量占总质量的百分比若已知分布曲线函数，可计算特定粒径1）加权平均径指f（dP）曲线下形心位置的的直径，为常用平均粒径。2）众径d0m位于f（dP）曲线最高点的直径3）中位径d50R=D50%处的直径筛下累计频率分布由累计频率分布的定义，进行积分，则：
9、3.3.33.3.3粒径分布函数粒径分布函数1对数正态分布2罗辛-拉姆勒（R-R）分布3.4粉体颗粒的物理性质粉体颗粒的物理性质3.4.1密度密度1.真密度真密度排除内部空气后测得的粉尘密度2.堆积密度堆积密度包含间隙空气的粉体密度3.4.2比表面积比表面积单位体积或体积物体所具有的表面积3.4.3颗粒的湿润性能颗粒的湿润性能粉尘粒子与液体附着难易程度的性质当尘粒与液体一旦接触就能扩大湿润表面而相互附着的粉尘称为湿润性（亲水性）粉尘；如水泥、飞灰、石灰；适于湿式除尘。反之，称为非湿润性（疏水性）粉尘；如煤粉、石墨粉.；不适于湿式除尘。3.4.3颗粒的荷电性与导电性颗粒的荷电性与导电性1、颗粒的
10、荷电性、颗粒的荷电性粉尘颗粒获得电荷的能力运动颗粒的破碎、碰撞、摩擦等；进入气体电离化电场中；均可获得电子。其性能取决于内部化学组成及结构、及外部荷电条件。2粉尘的导电性粉尘的导电性粉尘颗粒传输电荷的能力通常用比电阻表示：3.4.5休止角（堆积角、滑动角）休止角（堆积角、滑动角）粉尘自然堆积后，锥体母线与水平面的夹角表示粉尘的流动性，休止角越小，流动性越好。3.4.6颗粒的黏附性颗粒的黏附性颗粒之间及与其他物体的团聚和附着性能。黏附性好，收尘效率高，但又一黏附在器（管）壁上形成堵塞。3.5气体中的颗粒动力学气体中的颗粒动力学3.5.1球形颗粒的阻力球形颗粒的阻力颗粒在流体中匀速运动时，受力主要
11、有重力、流体浮力及运动阻力运动流体阻力可表示为CD阻力系数，为颗粒雷诺数Rep的函数，图3-11为球形颗粒CDRep关系曲线可分三个区域1）斯托克斯区：斯托克斯区：Rep1，颗粒处于层流状态 BirdBird公式公式2）过渡区：过渡区：1Re500，流体运动向湍流过渡（3）涡涡 流流 区区：500Re2105，颗粒处于与湍流状态3.5.2康宁汉修正因子康宁汉修正因子 但颗粒尺寸与分子平均自由程相当时，颗粒与表面气体形成速度差，形成滑动，颗粒所受阻力下降。故引入康宁汉修正系数C式中：Kn努森数，对常压下空气，卡尔努特方程3.6净化装置的性能净化装置的性能3.6.1净化装置的性能指标净化装置的性能
12、指标1处理气体量处理气体量经由净化器处理的气体流量由于漏风缘故，用平均处理量表示其漏风率为2、净化效率、净化效率单位时间内净化装置去除污染物的量与进入装置的污染物的量之比3、压降（阻力损失）、压降（阻力损失）净化装置进出口截面流体静压差其表达式为：其表达式为：3.6.2净净化化效效率率计计算算1总净化效率总净化效率如图3-12根据净化效率的定义或：若装置不漏风，则：若净化装置串联使用，则系统总效率为：1分级效率分级效率除尘装置对某一特定粒径或该粒径某一范围内粉尘颗粒的除尘效率。设除尘器进口、出口及捕集口颗粒dpi的质量流量分别为S1i、S2iS3i则粒径dpi颗粒的分级效率为：当d1=50%时所对应的颗粒，成为除尘器的分（切）割粒径，一般表示为dc50。1分级效率与总除尘效率的关系分级效率与总除尘效率的关系（1）由总除尘效率求分级效率由总除尘效率求分级效率设除尘器进口、出口及捕集口的粒径频率分布分别为D1i、D2i、D3i，则根据粒径频率分布的定义有根据分级效率的定义：或：若以频率密度表示，则：（2）分级效率求总效率）分级效率求总效率例表3-5若分级效率为函数，则总除尘效率为：