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第一节 颗粒的粒径及粒径分布

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5《大气污染控制工程》教案-第五章.

5《大气污染控制工程》教案-第五章.

第五章颗粒物燃物控制技术基础为了深入理解各种除尘器的除尘机理和性能，正确设计、选择和应用各种除尘器，必须了解粉尘的物理性质和除尘器性能的表示方法及粉尘性质和除尘器性能之间的关系。

第一节粉尘的粒径及粒径分布一、颗粒的粒径粉尘颗粒大小不同，其物理、化学特性不同，对人和环境的危害亦不同，而且对除尘装置的性能影响很大，所以颗粒的大小是粉尘的基本特性之一。

若颗粒是大小均匀的球体，则可用其直径作为颗粒大小的代表性尺寸。

但实际上，不仅颗粒的大小不同，而且形状也各种各样。

所以需要按一定的方法确定一个表示颗粒大小的代表性尺寸，作为颗粒的直径，简称为粒径。

下面介绍几种常用的粒径定义方法。

（1）用显微镜法．．．．观测颗粒时，采用如下几种粒径表示方法：①定向直径d F，也称菲雷待(Feret)直径；为各颗粒在投影图中同一方向上的最大投影长度，如图5—1(a)所示。

②定向面积等分直径d M，也称马丁(Martin)直径，为各颗粒在投影图上按同一方向将颗粒投影面积二等分的线段长度，如图5—1(b)所示。

③投影面积直径d A，也称黑乌德(Heywood)直径，为与颗粒投影面积相等的圆的直径，如图5一l(c)所示。

若颗粒投影面积为A，则d A＝(4A／π)1/2。

根据黑乌德测定分析表明，同一颗粒的d F＞d A＞d M。

（2）用筛分法．．．测定时可得到筛分直径，为颗粒能够通过的最小方孔的宽度。

（3）用光散射法．．．．测定时可得到等体积直径d V，为与颗粒体积相等的球的直径。

若颗粒体积为V,则d V＝(6V ／π)1/3。

（4）用沉降法．．．测定时，一殷采用如下两种定义：①斯托克斯(stokes)直径d S，为在同一流体中与颗粒的密度相同和沉降速度相等的球的直径。

②空气动力学当量直径da，为在空气中与颗粒的沉降速度相等的单位密度（ρp=1g/cm3）的球的直径。

斯托克斯直径和空气动力学当量直径是除尘技术中应用最多的两种直径，原因在于它们与颗粒在流体中的动力学行为密切相关。

第一节 颗粒的粒径及粒径分布

第一节 颗粒的粒径及粒径分布

2⎤ ⎥
2
⎢⎣
N −1
⎥⎦
式中： d Pi − −i粒径段的代表粒径；
ni − −i粒径段内粒子个数；
N − −粒子总数。
σ 当 d P 和 确定后，正态分布函数就确定了
如何确定 d P 和 σ 呢？
已知在正态分布时，d P = d L = d50 = dd
那么，唯一要确定的就是正态分布标准偏差 σ 了。
1. 投影径---尘粒在显微镜下所观察到的粒径
① 定向直径dF（Feret径）：
尘粒投影面上二平 行切线之间的距离。
dF
Feret径
② 定向面积等分直径dM （Martin径）：
将颗粒投影面积二等分的定 向直线长度。 2. 几何当量径---取颗粒的某一 几何量(面积、体积）相同时的球
S1=S2 S1 S2
以dx表示筛下累积分布G为 x% 时所对应的颗粒粒径 根据正态分布规律，在（ d P −σ ）到
（ d P +σ ）范围内，即 2σ 范围内，包含了
68.26% 质量的颗粒。
即：d 50 −σ = d15.87 或：d 50 +σ = d 84.13
p (% / µm)
那么，就可以根据筛下 累积分布Ｇ来计算σ
Rosin—Rammler 分布是一种适应范围更广的 粒径分布函数，表示的是筛下累积分布G与粒径dP 之间的关系。
其分布函数的表达式为：
( ) 式中：n—分布指数；
G
= 1 − exp
−
βd
n P
β—分布系数。
设：
d P = (1/ β )1/n
则得到：
G
=
1−
⎡ exp⎢−
⎢⎣

颗粒物的粒径及粒径分布

颗粒物的粒径及粒径分布

AIR POLLUTION CONTROL天津大学第八章8-1粉尘颗粒的粒径粉尘的粒径是指粒子的直径或粒子的大小，是粉尘的基本特征之一。

粉尘颗粒大小不同，不仅其物理、化学性质有很大差异，同时对除尘器的除尘机制和性能也有很大影响。

若颗粒为球形，则可以用其直径作为表示其大小的代表性尺寸。

粉尘颗粒的性状多是不规则的，一般用当量直径或粒子的某一特征长度表征。

a 面积等分径d M （Martin）指将颗粒的投影面积二等分的直线长度，与所取的方向有关，通常用于等分线与底边平行的情况。

b 定向径d F （Feret）尘粒投影面上两平行切线之间的距离，可取任意方向，通常取向与底边平行。

c 投影面积直径dA （Heywood）与颗粒投影面积相等的圆的直径d 长径d L 短径d l长径d L ，不考虑方向的颗粒最长的长度；短径d l ，不考虑方向的最短长度。

a b c dA 1=A 2A 1A 2d x d F d 1d L d A 1与颗粒体积相同的某一圆球体直径。

与尘粒的外表面积相同的某一圆球的直径。

与颗粒的外表面积与体积之比相同的圆球的直径。

等体积径d v 等表面积径d S体面积径与颗粒投影面L 的周长与圆的周长相同的圆直径。

周长径斯托克斯（Stokes）直径d s与被测颗粒的密度相同，并且在同一种流体中与颗粒终末沉降速度相同的球形颗粒的直径。

空气动力学当量直径d a在空气中与颗粒沉降速度相同的单位密度（ ρp=1g/cm3）圆球的直径。

粉尘粒径分布频率分布g （%） 当质量累积频率R =G ＝50%时,对应的粒径称为质量中位直径（MMD），记作d 50。

频率密度分布 f （%· μm -1）筛上累计分布R （%） 筛下累计分布G （%）粉尘粒径分布的表示方法列表法图示法函数法粒径分布测定和计算结果分组号粒径范围d p/μm间隔宽度Δ d p/μm 粉尘质量Δ m/g频率分布g/%频率分度f/(%· μm-1)筛上累计分布R/%筛下累计分布G/%16~1040.0120.30.07100210~1440.0982.30.5799.80.2314~1840.368.42.1097.52.5418~2240.6415.03.7589.110.9522~2640.8620.15.0374.125.9626~3040.8920.85.2054.046.0730~3440.818.74.6833.266.8834~3840.4610.72.6714.585.5938~4240.163.70.923.896.2粒径的频率分布(a)g20.015.010.05.0频率 g /%粒径 d p /μm06101418222630343842粒径的频度分布(b)f4.03.02.01.00频度 f /(%· μm -1)5.0123456789组粒径 d p /μm6101418222630343842粒径的累计频率分布( c )G80604020筛上累计R /%筛 下累计G /%100Δ d p粒径 d p /μm06101418222630343842d minRd 50d minΔ R 4Δ G 4频率密度f （ d p ）/(%· μm -1)020406080筛上累计R /%粒径 d p /μm8162432404856600.020.2151020406080909899.599.98R =15.9%R =G =50%R =84.1%d 50= d 0 = d paba 分布b 分布拐点σaσb正态分布曲线及特征数的估计对数正态分布曲线及特征数的估计频率密度f （ d p ）/(%· μm -1)4080120160筛下累计G /%粒径 d p /μm12462410399.9599.590G =15.9%G =R =50%G =84.1%d 50abab21g σg21g σg200筛上累计R /%0.050.521040809899.999.989880602020.10.028101681022468频率密度f （ d p ）/(%· μm -1)10203050100150200230abd 50d dd 1d p /μm。

第五章--颗粒污染物控制技术基础

第五章--颗粒污染物控制技术基础

第五章颗粒污染物控制技术基础第一节颗粒的粒径及粒径分布一、颗粒的粒径大气污染中涉及到的颗粒物，一般指粒径介于0.01～100μm的粒子。

颗粒的大小不同，其物理、化学特性不同，对人和环境的危害亦不同，而且对除尘装置的影响甚大，因此颗粒的大小是颗粒物的基本特性之一。

实际颗粒的形状多是不规则的，所以需要按一定的方法确定一个表示颗粒大小的代表性尺寸，作为颗粒的直径，简称为粒径。

下面介绍几种常用的粒径定义方法。

1.显微镜法定向直径dF（Feret 直径）：各颗粒在投影图中同一方向上的最大投影长度定向面积等分直径dM（Martin直径）：各颗粒在投影图中同一方向将颗粒投影面积二等分的线段长度投影面积直径dA（Heywood直径）：与颗粒投影面积相等的圆的直径（ Heywood测定分析表明，同一颗粒的dF>dA>dM）显微镜法观测粒径直径的三种方法a-定向直径 b-定向面积等分直径 c-投影面积直径2.筛分法筛分直径：颗粒能够通过的最小方筛孔的宽度（筛孔的大小用目表示－每英寸长度上筛孔的个数）3.光散射法等体积直径dV：与颗粒体积相等的球体的直径4.沉降法斯托克斯（Stokes）直径ds：同一流体中与颗粒密度相同、沉降速度相等的球体直径空气动力学当量直径da：在空气中与颗粒沉降速度相等的单位密度（1g/cm3）的球体的直径斯托克斯直径和空气动力学当量直径与颗粒的空气动力学行为密切相关，是除尘技术中应用最多的两种直径粒径的测定结果与颗粒的形状有关，通常用圆球度表示颗粒形状与球形不一致的程度圆球度：与颗粒体积相等的球体的表面积和颗粒的表面积之比Φs（Φs<1）正立方体Φs＝0.806，圆柱体Φs＝2.62(l/d)2/3/(1+2l/d)某些颗粒的圆球度二、粒径分布粒径分布是指某一粒子群中不同粒径的粒子所占的比例，也称粒子的分散度。

有个数分布、表面积分布、质量分布等，除尘技术中多采用质量分布。

粒径分布的表示方法有列表法、图示法和函数法。

大气污染控制工程-05颗粒污染物控制技术基础-2008修改

大气污染控制工程-05颗粒污染物控制技术基础-2008修改
当d p 0时,p → 0,F → 0, dp/dd p → 0; 当d p 时,p → 0,F → 1, dp/dd p → 0
dp d 2F 0 2 dd p dd p
（6）个数中位径（NMD）—累计 频率F=0.5时对应的粒径
2、质量分布
类似于个数分布，也有质量频率、质量筛下累积频率、
dL ni d pi ni
2 g i /d pi f i d pi = 3 g i /d pi
2、表面积平均粒径
dS [ ni d pi ni
2
]
1/ 2
(fi d pi )
2 1/ 2
g i /d pi g /d 3 i pi

第五章 颗粒污染物控制技术基础
粉尘的粒径及粒径分布
粉尘的物理性质 净化装置的性能 颗粒捕集理论基础
第一节 颗粒的粒径及粒径分布
颗粒的粒径 粒径分布 平均粒径 粒径分布函数
一、颗粒的粒径
实际当中，因颗粒大小、形状不同，粒径表示方法是不同 的。一般分为两类：
1、单一粒径：单个颗粒的
之比Φs（ Φs<1）
正立方体Φs＝0.806，圆柱体Φ ＝2.62（l/d）
s
2/3/(1+2l/d)
二、粒径分布
定义：指不同粒径范围内颗粒的个数（或质量或表面积） 所占的比例
个数分布：以颗粒的个数表示所占的比例 质量分布：以颗粒的质量表示所占的比例 表面积分布：以颗粒的表面积表示所占的比例
质量频率密度等
在所有颗粒具有相同密度、颗粒质量与粒径立方成正比
的假设下，个数分布与质量分布可以相互换算
同样的，也有质量众径和质量中位径（MMD）

第五章颗粒污染物控制技术基础

第五章颗粒污染物控制技术基础

第五章颗粒污染物控制技术基础第一节颗粒的粒径及粒径分布一、颗粒的粒径大气污染中涉及到的颗粒物，一般指粒径介于0.01～100μm的粒子。

颗粒的大小不同，其物理、化学特性不同，对人和环境的危害亦不同，而且对除尘装置的影响甚大，因此颗粒的大小是颗粒物的基本特性之一。

实际颗粒的形状多是不规则的，所以需要按一定的方法确定一个表示颗粒大小的代表性尺寸，作为颗粒的直径，简称为粒径。

下面介绍几种常用的粒径定义方法。

1.显微镜法定向直径dF（Feret 直径）：各颗粒在投影图中同一方向上的最大投影长度定向面积等分直径dM（Martin直径）：各颗粒在投影图中同一方向将颗粒投影面积二等分的线段长度投影面积直径dA（Heywood直径）：与颗粒投影面积相等的圆的直径（ Heywood测定分析表明，同一颗粒的dF>dA>dM）显微镜法观测粒径直径的三种方法a-定向直径 b-定向面积等分直径 c-投影面积直径2.筛分法筛分直径：颗粒能够通过的最小方筛孔的宽度（筛孔的大小用目表示－每英寸长度上筛孔的个数）3.光散射法等体积直径dV：与颗粒体积相等的球体的直径4.沉降法斯托克斯（Stokes）直径ds：同一流体中与颗粒密度相同、沉降速度相等的球体直径空气动力学当量直径da：在空气中与颗粒沉降速度相等的单位密度（1g/cm3）的球体的直径斯托克斯直径和空气动力学当量直径与颗粒的空气动力学行为密切相关，是除尘技术中应用最多的两种直径粒径的测定结果与颗粒的形状有关，通常用圆球度表示颗粒形状与球形不一致的程度圆球度：与颗粒体积相等的球体的表面积和颗粒的表面积之比Φs（Φs<1）正立方体Φs＝0.806，圆柱体Φs＝2.62(l/d)2/3/(1+2l/d)某些颗粒的圆球度二、粒径分布粒径分布是指某一粒子群中不同粒径的粒子所占的比例，也称粒子的分散度。

有个数分布、表面积分布、质量分布等，除尘技术中多采用质量分布。

粒径分布的表示方法有列表法、图示法和函数法。

大气 第3章 除尘技术基础

大气 第3章 除尘技术基础
散的粉尘（粒径皆相同）。
38
如果某种粉尘的粒径分布符合对数正态分布， 则无论是质量分布、粒径分布，还是表面分布：

他们的几何标准差бg相同； 频率密度分布曲线形状相同； 累积频率分布曲线在对数概率坐标图中为相互平行的 直线，只是沿粒径坐标移动了一个常量距离。
39
若用MMD表示质量中位直径，NMD表示个数中位直
值有关。
36
对这 数也 正是 态检 分验 布粉 的尘 一粒 种径 简分 便布 方 法是 。否 符 合
d15.9 d50 d84.1
37
对于对数正态分布，几何标准差的计算：
d 84.1 d 50 d 84.1 1 / 2 g ( ) d 50 d15.9 d15.9
几何标准差总是бg≥1。当бg=1时，则称为单分
dp dp
（ %）
22
最常用的有算术平均直径、中位直径、众径及几
何平均直径等。
23
三、平均粒径
平均粒径
几何平均直径 众径
算术平均直径 中位直径
24
1、算术平均直径 d L

所有颗粒直径之和与颗粒总粒数之比。
dL
式中
nd n
i i
i
ni——以di为中值的粒径间隔内的颗粒粒数；
∑nidi——颗粒群总长度； ∑ni——颗粒总粒数。
3
（1）定向直径dF (Feret直径)

为各颗粒在投影图中同一方向上的最大投影长度。
图4-1 用显微镜法观测颗粒直径的三种方法
4
（2）定向面积等分直径dM (Martin直径)：

为各颗粒在投影图上按同一方向将颗粒投影面积二 等分的线段长度
图4-1 用显微镜法观测颗粒直径的三种方法

颗粒物的粒径及粒径分布

颗粒物的粒径及粒径分布
当质量累积频率R=G＝50%时,对应的粒径 称为质量中位直径（MMD），记作d50。
粉尘粒径分布的表示方法
列表法
图示法
函数法
粒径分布测定和计算结果
分组号
粒径范围dp/μm 间隔宽度Δ dp/μm
粉尘质量Δ m/g 频率分布g/%
频率分度f/(%· μm-1) 筛上累计分布R/% 筛下累计分布G/%
0
6 10 14 18 22 26 30 34 38 42
粒 径 dp/μm
(a)
粒径的频度分布
频度 f/(%· μm-1)
5.0
4.0
3.0
2.0
1.0 0 0
f
1 2 3 4 5 67
89
组
6 10 14 18 22 26 30 34 38 42
粒 径 dp/μm
(b)
粒径的累计频率分布
筛上累计R/% 筛 下累计G/%
0.05 0.5 2 10 40
80
98 99.9 99.98
30
20
a
10 dd b
0 d50 d1 50
200 160 120
80
40 0
99.95 99.5 98
90 80 60
b
G=84.1% G=R=50%
20 G=15.9%
100 dp/μm
a
21gσg
21gσg
150
200 230
a
b
1 6~10
4 0.012
0.3 0.07 100
0
2 10~14
4 0.098
2.3 0.57 99.8 0.2
3
4
5
14~18 18~22 22~26

坎宁汉修正

坎宁汉修正

17
三、粉尘的比表面积

单位体积(净体积)粉尘所具有的表面积
SV S 6 (cm2 /cm3 ) V dSV

以质量表示的比表面积
Sm S 6 (cm2 /g) pV p dSV

以堆积体积表示的比表面积
Sb S (1 ) 6(1 ) (1 ) SV (cm2 /cm3 ) V dSV
静电沉降的末端速度习惯上称为驱进速度，用 表示， 对于Stokes粒子：
qE C 3π d p
39
六、惯性沉降

颗粒接近靶时的运动情况
40
1、惯性碰撞

惯性碰撞的捕集效率取决于三个因素

气流速度在靶周围的分布，用ReD衡量
ReD

u0 Dc

颗粒运动轨迹，用Stokes准数描述: 颗粒的停止距离与 捕集体直径之比
33
例5-4 计算流体阻力
34
二、阻力导致的减速运动

根据牛顿第二定律
πd p u 2 du p FD CD 6 dt 4 2 du 3 u2 即 CD dt 4 p d p πd p3
2

若仅考虑Stokes区域 2 dP p du 18 u －驰豫时间或松弛时间 2 u 其中 ＝ dt d P p 18
S2 2NQ2N P 1 S1 1NQ1N

通过率

分级除尘效率
S3i S2 i i 1 S1i S1i

串联的总除尘效率
T 1 (1 1 )(1 2 ) (1 n )
29
第四节 颗粒捕集的理论基础

大气污染控制工程-05颗粒污染物控制技术基础-2008修改

大气污染控制工程-05颗粒污染物控制技术基础-2008修改

（3）从上图得到：d 84.1=19.6 μm ；d 50=11.2 μm 。则几何平均差 为：
g
个数中位径为：
d84.1 19.6 1.75 d50 11.2
质量中位径为： d 50=11.2 μm
ln NMD ln MMD 3ln 2 g ln11.2 3ln 2 1.75 1.48 NMD 4.39 m
N i N
f a b Fa Fb
Fa
Fb
d pa dF dF dd p p dd p d pb dd d pb p d pa
（3）个数频率密度
单位粒径间隔时的频率，简称个数频度
p(d p ) dF / dd p
（4）个数分布的测定及计算
（5）个数众径—频度p最大时 对应的粒径
d84.1 d50 d50 d15.9
1 (d84.1 d15.9 ) 2
正态分布函数很少用于描述气溶胶的粒径分布，因为大多数 颗粒物的频度曲线向大颗粒方向偏移
2、对数正态分布
以lndp代替dp得到对 数正态分布的频度曲 线如图 （1）频率密度
p(d p ) dF (d p ) dd p ln d p / d g 2 1 exp[( ) ] 2 d p ln g 2 ln g
性质
净化机理 净化方法
空气污染物
存在状态 气态污染物 气溶胶(颗粒物)污染物
净化所用装置 非均相污染物 分散在气体介质中 固体、液体颗粒 除尘分离技术—物理法
除尘分离技术依据及方法
依据：气体与固、液粒子在物理性质上的差异
方法 机械法：利用重力、惯性力、离心力分离 过滤介质分离：利用粒子的尺寸、重量较气体分子大分离 湿式洗涤分离法：利用粒子易被水润湿、冷凝并增大而被捕获 电除尘：利用荷电性、静电力分离 要掌握除尘技术，必须掌握颗粒物主要基础参数

《大气污染控制工程》教案-第五章

《大气污染控制工程》教案-第五章

第五章颗粒物燃物控制技术基础为了深入理解各种除尘器的除尘机理和性能，正确设计、选择和应用各种除尘器，必须了解粉尘的物理性质和除尘器性能的表示方法及粉尘性质和除尘器性能之间的关系。

第一节粉尘的粒径及粒径分布一、颗粒的粒径1.单一颗粒粒径粉尘颗粒大小不同，其物理、化学特性不同，对人和环境的危害亦不同，而且对除尘装置的性能影响很大，所以是粉尘的基本特性之一。

若颗粒是大小均匀的球体．则可用其直径作为颗粒大小的代表性尺寸。

但实际上，不仅颗粒的大小不同．而且形状也各种各样。

所以需要按一定的方法确定一个表示颗粒大小的代表性尺寸，作为颗粒的直径．简称为粒径。

下面介绍几种常用的粒径定义方法。

(1)用显微镜法观测顾粒时，采用如下几种粒径：i.定向直径dF，也称菲雷待(Feret)直径．为各颗粒在投影图中同一方向上的最大投影xx，如图4—1(a)所示。

ii.定向面积等分直径dM，也称马丁(Martin)直径，为各颗粒在投影图上按同一方向将颗粒投影面积二等分的线段长度，如图4—1(b)所示。

iii.投影面积直径dA，也称黑乌德(Heywood)直径，为与颗粒投影面积相等的圆的直径，如图4一l(c)所示。

若颗粒投影面积为A，则dA＝(4A／π)。

根据xx测定分析表明，同一颗粒的dF＞dA＞dM。

(2)用筛分法测定时可得到筛分直径．为颗粒能够通过的最小方孔的宽度。

(3)用光散射法测定时可得到等体积直径dV．为与颗粒体积相等的球的直径。

若颗粒体积为V,则dV＝(6V／π)。

(4)用沉降法测定时，一殷采用如下两种定义：i.斯托克斯(stokes)直径dS，为在同一流体中与颗粒的密度相同和沉降速度相等的球的直径。

ii.空气动力学直径da，为在空气中与颗粒的沉降速度相等的单位密度的球的直径。

斯托克斯直径和空气动力学直径是除尘技术中应用最多的两种直径，原因在于它们与颗粒在流体中的动力学行为密切相关。

综上所述，粒径的测定和定义方法可归纳为两类：一类是按颗粒的几何性质来直接测定和定义的，如显微镜法和筛分法；另一类则是按照颗粒的某种物理性质间接测定和定义的。

大气污染控制工程第三版期末复习考试重点

大气污染控制工程第三版期末复习考试重点

大气污染控制工程第三版期末复习考试重点《大气污染控制工程》复习要点第一章概论第一节：大气与大气污染1、大气的组成：干洁空气、水蒸气和各种杂质。

2、大气污染：系指由于人类活动或自然过程使得某些物质进入大气中，呈现出足够的浓度，达到了足够的时间，并因此而危害了人体的舒适、健康和福利，或危害了生态环境。

P3（名词解释/选择）3、按照大气污染范围分为：局部地区污染、地区性污染、广域污染、全球性污染。

4、全球性大气污染问题包括温室效应、臭氧层破坏和酸雨等三大问题。

P3（填空）5、温室效应：大气中的二氧化碳和其他微量气体，可以使太阳短波辐射几乎无衰减地通过，但却可以吸收地表的长波辐射，由此引起全球气温升高的现象，称为“温室效应”。

P3第二节：大气污染物及其来源1、大气污染物的种类很多，按其存在状态可概括为两类：气溶胶状态污染物，气体状态污染物。

P42、气体状态污染物：硫氧化物、氮氧化物、碳氧化物、有机化合物、硫酸烟雾、光化学烟雾3、对于气体污染物，有可分为一次污染物和二次污染物。

P54、大气污染物的来源可分为自然污染源和人为污染源两类。

P75、人为污染源有各种分类方法。

按污染源的空间分布可分为：点源、面源、线源。

P76、人为污染源：生活污染源、工业污染源、交通运输污染源7、对主要大气污染物的分类统计：燃料燃烧、工业生产、交通运输和氮氧化物。

8、中国的大气环境污染以煤烟型为主，主要污染物为颗粒物、SO2第三节：大气污染的影响1、大气污染物侵入人体的主要三条途径：表面接触、食入含污染物的食物和水、吸入被污染的空气2、大气污染物的影响：①对人体健康的影响②对植物的伤害③对器物和材料的影响④对大气能见度和气候的影响第四节：大气污染综合防治1、大气污染综合防治：实质上就是为了达到区域环境空气质量控制目标，对多种大气污染控制方案的技术可行性、经济合理性、区域适应性和实施可能性等进行最优化选择和评价，从而得出最优的控制技术方案和工程措施。

5《大气污染控制工程》教案-第五章

5《大气污染控制工程》教案-第五章

第五章颗粒物燃物控制技术基础为了深入理解各种除尘器的除尘机理和性能，正确设计、选择和应用各种除尘器，必须了解粉尘的物理性质和除尘器性能的表示方法及粉尘性质和除尘器性能之间的关系。

第一节粉尘的粒径及粒径分布一、颗粒的粒径粉尘颗粒大小不同，其物理、化学特性不同，对人和环境的危害亦不同，而且对除尘装置的性能影响很大，所以颗粒的大小是粉尘的基本特性之一。

若颗粒是大小均匀的球体，则可用其直径作为颗粒大小的代表性尺寸。

但实际上，不仅颗粒的大小不同，而且形状也各种各样。

所以需要按一定的方法确定一个表示颗粒大小的代表性尺寸，作为颗粒的直径，简称为粒径。

下面介绍几种常用的粒径定义方法。

（1）用显微镜法．．．．观测颗粒时，采用如下几种粒径表示方法：①定向直径d F，也称菲雷待(Feret)直径；为各颗粒在投影图中同一方向上的最大投影长度，如图5—1(a)所示。

②定向面积等分直径d M，也称马丁(Martin)直径，为各颗粒在投影图上按同一方向将颗粒投影面积二等分的线段长度，如图5—1(b)所示。

③投影面积直径d A，也称黑乌德(Heywood)直径，为与颗粒投影面积相等的圆的直径，如图5一l(c)所示。

若颗粒投影面积为A，则d A＝(4A／π)1/2。

根据黑乌德测定分析表明，同一颗粒的d F＞d A＞d M。

（2）用筛分法．．．测定时可得到筛分直径，为颗粒能够通过的最小方孔的宽度。

（3）用光散射法．．．．测定时可得到等体积直径d V，为与颗粒体积相等的球的直径。

若颗粒体积为V,则d V＝(6V ／π)1/3。

（4）用沉降法．．．测定时，一殷采用如下两种定义：①斯托克斯(stokes)直径d S，为在同一流体中与颗粒的密度相同和沉降速度相等的球的直径。

②空气动力学当量直径da，为在空气中与颗粒的沉降速度相等的单位密度（ρp=1g/cm3）的球的直径。

斯托克斯直径和空气动力学当量直径是除尘技术中应用最多的两种直径，原因在于它们与颗粒在流体中的动力学行为密切相关。

环境监测与控制技术专业《第一节 颗粒的粒径及粒径分布》

环境监测与控制技术专业《第一节 颗粒的粒径及粒径分布》
圆球度：颗粒形状和圆球型颗粒不一致程度的尺度。定义：与颗粒体积相等的圆球的外表积和颗粒的外表积之比。<1
某些颗粒的圆球度
颗粒种类
砂粒
—
烟煤
粉煤
破啐的固体
二、粒径分布
定义：粒径分布是指不同粒径范围内的颗粒的个数〔质量或外表积〕所占的比例。也称作粉尘的分散度。以颗粒的个数表示所占比例时，称为个数分布。同理，称为质量分布或外表积分布。除尘技术中多用质量分布。
〔3-21〕
第一节 颗粒的粒径及粒径分布
一、颗粒的粒径
颗粒的大小不同，物理和化学性质不同，对除尘装置的性能影响较大。
粒径定义方法：
1用显微镜观测时，采用三种方法。定向直径〔菲雷特直径dF：颗粒在投影图同一方向上的最大投影长度。〕、定向面积等分直径〔马丁直径dM：在投影图上的按同一方向将颗粒投影面积二等分的线段长度。〕、投影面积直径〔黑乌德直径dA：与颗粒投影面积相等的圆的直径〕。据分析：dF>dA>dM
50：粒径分布的累积频率等于50%的粒径。即把频度分布曲线下面积二等分时所对应的粒径。
3长度〔算术〕平均直径：所有颗粒直径之和与颗粒总数之比。
4外表积平均直径：
5体积平均直径：
6外表积－体积平均直径：
7几何平均粒径：为N个颗粒的粒径之积的N次方根，即
或
四、粒径分布函数
正态分布函数、对数正态分布函数、罗辛－拉姆勒分布函数
1对数正态分布函数
粒径的频度分布可用正态分布函数表示：
式中：：为正态分布的两个特征函数
：在正态分布中的平均粒径：
一般粒径频度分布曲线，不像正态分布那样对称。大都向大频度颗粒方向偏离。
但用lnd 时的lgβ′值，%对应的粒径代入式〔3-17〕中，得到
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以dx表示筛下累积分布G为 x% 时所对应的颗粒粒径 根据正态分布规律，在（ d P −σ ）到
（ d P +σ ）范围内，即 2σ 范围内，包含了
68.26% 质量的颗粒。
即：d 50 −σ = d15.87 或：d 50 +σ = d 84.13
p (% / µm)
那么，就可以根据筛下 累积分布Ｇ来计算σ
在同一流体中，与颗粒密度相同、沉降速度 相等的球的直径。
1 6
π ds
3
ρ
P
g
=
1 π ds 3 ρ g 6
+
3πμ dsVs
1 6
ds
2 g (ρ P
−
ρ)
=
3Vs μ
ds = 18 μ Vs (ρP − ρ)g
F3 阻力 F2 浮力
F1 重力
② 空气动力学当量直径 da
在空气中与颗粒的沉降速度相等的单位密度
1. 投影径---尘粒在显微镜下所观察到的粒径
① 定向直径dF（Feret径）：
尘粒投影面上二平 行切线之间的距离。
dF
Feret径
② 定向面积等分直径dM （Martin径）：
将颗粒投影面积二等分的定 向直线长度。 2. 几何当量径---取颗粒的某一 几何量(面积、体积）相同时的球
S1=S2 S1 S2
ln σ g = ⎢ ⎢⎣
1
ni ⋅
ln d Pi − d g
2⎤ ⎥
2
N −1
⎥⎦
对于对数正态分布，根据筛下累积分布G计算σg：
σg
=
d 84 .13 d 50
= d 50 d 15 .87
1
=
⎜⎜⎝⎛
d 84 .13 d 15 .87
⎟⎟⎠⎞
2
3. Rosin—Rammler 分布
对数正态分布在数学解析上比较方便，但对破 碎、研磨、筛分过程中产生的细粒子及分布很宽的 各种粉尘，常有不吻合的情况。
ln
R
=
−
β
d
n p
,
β
=
−
ln d
R
n p
β = − ln 0.5 = 0.693
d
n 50
d
n 50
R-R粒径分布函数表达式的推导：
G
=1−
exp
1 0-5 2.5
2 5-10 7.5
3 10-15 12.5
4 15-20 17.5
5 20-30 25
6 30-40 35
7 40-50 45
8 50-60 55
9 >60
-
粉尘 质量 Δm (g) 1.95 2.05 1.50 1.00 1.20 0.75 0.45 0.25 0.85
频率 分布
Rosin—Rammler 分布是一种适应范围更广的 粒径分布函数，表示的是筛下累积分布G与粒径dP 之间的关系。
其分布函数的表达式为：
( ) 式中：n—分布指数；
G
= 1 − exp
−
βd
n P
β—分布系数。
设：
d P = (1/ β )1/n
则得到：
G
=
1−
⎡ exp⎢−
⎢⎣
⎜⎜⎝⎛
dP dp
⎟⎟⎠⎞n
1
粉尘常用的长度度量单 位： 1英寸 = 2.54cm = 25400 μm 1μm = 10 -6 m
0
1 A = 10−10 m 1m = 39.4英寸 1英尺 = 0.3048m
300目筛下粒子的粒径： dp = 25400 μm = 84.67μm
300
4. 物理当量径---取与颗粒的某一物理量相同 时的球形粒子的直径。 ① 斯托克斯（Stokes）直径ds
定义：单位粒径间隔 宽度时的频率分布
p = g (% ⋅ μ m −1 ) Δd P
4.5
4.0
频率密度分布曲线
频度 p（% / µm）
3.0
2.0
众径
1.0
1 23 4 5
6
7
8
0 dd=3.9µm
d50=13µm
0 5 1015 20 30 40 50 60 粒径dP（µm）
3. 筛下累积频率分布 G（%）
2 d 84.13 G = 84.13%时 对应的粒径；
d 15.87 − − G = 15.87%时 对应的粒径；
或σ = d 50 − d 15.87 = d 84 .13 − d 50
4
２．对数正态分布曲线
正态对称分布的情况极少，大部分粉尘颗粒的 粒径为非正态分布对称，向大颗粒方向偏离。
若粒径坐标用对数坐标代替，分布近似于正态 分布对称曲线，称该粉尘粒径符合对数正态分布。
粒数分布---以颗粒的粒数所占的比例表示 质量分布---以颗粒的质量所占的比例表示 在除尘技术的研究中常采用质量分布表示粒径分散度 测定粉尘分散度的方法：
显微镜法 筛分法 液体沉降法（沉降天平法） 气体沉降法（巴柯粒度分级仪） 细孔通过法（库尔特计数仪）
质量分布的测定：
取混合均匀的粉尘样品，质量m0=10g，测得各粒径 段 dP 至 dP+ΔdP 内的粉尘质量为 Δm0 （g）
3
2. 中位径 d50
定义：粒径分布的累积频率（G或R）等于50% 的颗粒的粒径。
3. 众径 dd
定义：频率密度分布曲线中，p 值最大时对应 的粒径。
4. 几何平均直径 dg
定义：N个颗粒的粒径之积的N次方根。
dg
=
(d1
⋅
d
2
⋅L
d
N
)
1 N
四、 粒径分布函数：
尽管粉尘的粒度分布可以用表格或图形表示，然而 在某些场合下，用函数形式表示对于数学分析过程而言 要方便得多。根据大量的数据统计结果分析，一般来 讲，粒度分布是随意的，但这种分布近似地符合某种规 律（如：“钟”型曲线、“S”型曲线等），因而可以用一些 分布函数来表示颗粒粒径的分布情况。
（ ρ P = 1g / cm3 ）的球的直径。 ds与da是除尘技术中应用最多的二种颗粒直
径，因为它们与颗粒在流体中的动力学行为密切 相关。
5. 分割粒径dc（临界粒径）
对应于除尘器的分级除尘效率为50%时的粒径 （代表除尘器性能的一个重要参数）。
二、 粒径分布（粉尘的分散度）
分散度---某种粉尘中，不同粒径范围内的 颗粒的个数（质量或表面积）所占的比例。
dM
Martin径
形粒子的直径。
① 等投影圆直径dH （Heywood径）：
与颗粒的投影面积相同的某
dH
一圆的直径。
dH
=
(4
A
/
π
)1 2
= 1.128
A
Heywood径
同一颗粒 dF>dH>dM
② 等体积径dV（用光散射法测定）
与颗粒体积相同的某一球的直径。
若颗粒体积为V，则：
dV
= (6 V
/π
通常情况下，很少有球型颗粒。对于不规则粉 尘颗粒，可根据其三个方向（长、宽、高）的比例 划分为三类：
① 各向同长的粒子---尘粒在三向总长度大致相同。 ② 平板状粒子---二个方向上长度比第三个方向长得多。 ③ 针状粒子---一个方向上长度比另二个方向的长度长得多。
通常测定和定义粒径的方法有二类： 根据颗粒的几何性质直接测定和定义； 根据颗粒物理性质间接测定和定义。
众径 dd
定义：频率密度分布曲线中，p 值最大时对应 的粒径。
同样，可以定义筛上累积分布 R （%）
∞
∞
R = ∑ g = ∑ p ⋅ Δd P (%)
dP
dP
以积分形式表示：
∫ G =
dP 0
p ⋅ dd P
∞
∫ R = dP p ⋅ dd P
p = dG = − dR
dd P
dd P
G + R = 100
p（％／µm） p（％／µm）
dP
lndP
其函数形式为：
q(dP ) =
( ) 1
⎡ ⋅ exp ⎢−
2π ⋅ ln σ g
⎢⎣
ln d P − ln d g 2 ln 2 σ g
2⎤ ⎥ ⎥⎦
式中：σg、dg为对数正态分布的二个 特征数。
dg为几何平均直径。d g = d50
σ
为几何标准偏差
g
：
∑ ( )⎡
定义：小于某一粒径dP的尘样 质量占尘样总质量的百分比
100
dP
dP
G = ∑ g = ∑ p ⋅ Δd P (%)
0
0
筛下累积频率G(%)
80
60
40
20
1 23 4 5
6
7
8
中位径
0 0 5 1015 20
30
40
50
60
d50=13µm 粒径dP（µm）
筛下累积 分布曲线
中位径 d50
定义：粒径分布的累积频率（G或R）等于50% 的颗粒的粒径。
粉尘的来源：火电工业、钢铁工业、冶金工业、 建材工业等，此外还有大量的民用生活炉窑，工 地扬尘、沙尘暴。
颗粒物控制技术（除尘技术）：利用粉尘的物理、 化学、空气动力学等特性，采用一定的设备装置， 实现气、固分离的过程。
第一节 颗粒的粒径及粒径分布
一、 单一颗粒的粒径
粉尘颗粒的粒径是粉尘的基本特性之一，其直 接影响到粉尘的物理、化学特性、危害作用以及除 尘设备的性能。
)1 3
此外，还有等表面积径、等周长径等。
3. 筛分径---用筛分法测定时的直径（工业上应 用），为颗粒能够通过的最小方孔的宽度。一般用 目表示，（用于粒径>60µm的场合）。