第五章 除尘技术基础
第一节 概述
第二节 粉尘的粒径和粒径分布
第三节 粉尘的物理性质
第四节 粉尘颗粒的捕集
第五节 除尘装置及其性能
重点：
第二节 粉尘的粒径和粒径分布众径,中位径,stokes径,频率分布,筛上频度分布,筛下累计分布 。
第三节 粉尘的物理性质粉尘的真密度,堆积密度 。
第四节 除尘装置的性能除尘效率（总效率、分级效率）
§ 4-1 概 述
空气污染物的性质和存在状态不同,其净化机理,方法及所选用的装置也各不相同 。 空气污染物分为气溶胶 （ 颗粒物 ）
污染物和气态污染物 。 以后各章将介绍颗粒物的处理方法 。
气溶胶 （ AEROPAL） 是非均相污染物,主要污染物是分散于气体介质中的颗粒物 （ 固体,液体 ）,可用除尘技术把粒状物从气体介质中分离出来,分离方法一般采用物理法 。
依据：气,固,液体粒子在物理性质上的差异将其分离 。
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,凝拼增大而被捕获的特性 。
电除尘：利用荷电性,静电力分离 。 等等 。
§ 4-2粉尘粒径和粒径分布
一,粉尘粒径
1,定义：在实际中,因颗粒大小,形状各异,故表示方法有所不同 。
一般分为两类：
单一粒径：单个粒子的直径；
平均粒径：粒子群的直径 。
（ 一 ） 单一粒径 球形颗粒,d=直径
单一粒径分成 投影径
非球形颗粒 几何当量径
物理当量径
（ 1） 投影径：指颗粒在显微镜下观察到的粒径 。
a,面积等分径 （ martine）,指颗粒的投影面积二等分的直线长度,其与所取的方向有关,常采用与底边平行的线作为粒径 。
b,定向径 （ feret）,指颗粒投影面上两平行切线间的距离 。
c,长径,不考虑方向的最长径 。
d,短径,不考虑方向的最短径 。
c
d
a
b
（ 2）,几何当量径：指颗粒的某一几何量 （ 面积,体积等 ） 相同时的球形颗粒的直径 。
a,等投影面积径 dA,与颗粒投影面积相同的某一圆面积的直径 。
b,等体积径 dV：
c,等表面积径 dS：
d,体积表面积平均径 de,颗粒体积与外表面积相同的圆球的直径 。
2/1
2/1
128.14 ppA AAd 24 Ap dA颗粒投影面积
3
3
1
24.16 ppV VVd
3
6 pp dV
2
1
p
s
Sd
p
p
e S
Vd 6?
（ 3） 物理当量径,取颗粒某一物理量相同时的球形颗粒粒径 。
a,自由沉降 dt,特定气体中,在重力作用下,密度相同的颗粒因自由沉降而达到的末速度与球形颗粒所达到的末速度相同时的球形颗粒的直径 。
b,空气动力径 da,在静止的空气中颗粒的沉降速度与密度为 1g/cm3
的圆球的沉降速度相同时的圆球的直径 。
单位
c,斯托克斯径 (Stokes) dst。
在层流区内 （ 对颗粒的雷诺数 Re<2.0） 的空气动力径 。
Vt—— 颗粒在流体中的终端沉降速度 （ m/s）
d,分割粒径 （ 半分离粒径 ） d50,即分级效率为 50%的颗粒直径 。
代表mAcmgm213 )/(
2118
g
Vd
p
t
st
（ 二 ） 平均粒径
对于一个由大小和形状不相同的粒子组成的实际粒子群与一个由均一的球形粒子组成的假想粒子群相比,若两者的粒径全长相同,则称此球形粒子的直径为实际粒子群的平均粒径 。
各种方法计算的平均粒径,数值相差很大 。
一般顺序,d1<ds<dv<d2<d3<d4
常用的单一粒径,投影径,等体积径,斯托克斯径,分割粒径 dc50,空气动力学径 da（ 是除尘技术中用得最多的 ） 。
平均粒径：中位径,众径 。
二、粒径分布
1,定义,
粒径分布是指某一粒子群中不同粒径的粒子所占的比例,亦称粒子的分散度 。
表示方法,
个数分布,以粒子的个数所占的比例来表示；
表面积分布,以粒子表面积表示；
质量分布,以粒子质量表示 。
2,常见的表示方法
（ 1） 频数分布 ΔR,它是指粒径 dp至 （ dp+Δdp）
之间的粒子质量占粒子群总质量的百分数 。 见图 a。
ΔR与选取的粒径间隔的大小有关 。
（ 2） 频度分布 f,是 Δdp=1μm时粒子质量占粒子群的或单位粒径间隔宽度时的频率分布百分数 。
即,其微分定义式：
%1 0 0
0
m mR %1 0 0 R
pd
Rf
dp
dp d
dRf
由计算结果可绘出频度分布 f的直方图,用粒径间隔中值可绘出频度分布曲线,见图 b。
最大频度的粒径 dom称为众径 。
频率
（ % ）
图 a
dp/ ( μ m) dp/ ( μ m) 图 c
50%
100%
D
（ % ）
d 50
频率密度图 b dp/ ( μ m) d om
(3)筛下累积频率分布 D/%,指小于某一粒径 dp的尘样质量占尘样总质量的百分数 。
反之为 筛上累积分布 R,D=1-R
当 D=R=50%时的 dp叫 中位径 d50。 由图可见,筛上分布 R
对 dp之比为负梯度,筛下分布 D对 dp之比为正值 。 因此若已知 R,D,则
若粒径间隔宽度 即取极限,则：
即：筛上分布为减函数；筛下分布为增函数 。
在除尘技术中,筛上累积分布 R比使用频度分布更为方便,
所以,在一些国家粉尘标准中多用 R表示粒径分布 。
dp
dp
d dp
dp
ddp dfdDD m i nm i n
dpdp
dp d
dD
d
dRf
0dp
dpdp
dpdp
dpdp d
dR
d
dDfdpfddpfgR 即
3．粒径分布函数
常见的分布函数
1.正态分布函数,对称
2.对数正态分布,dp取对数后对称,实际大气中气溶胶,工业粉尘多服从此分布
3.罗率 — 拉姆勒分布,破碎筛分过程多服从此分布
后两者分布为非对称性的 。
采用某种数学函数来描述粒径分布曲线,更为应用方便 。
据大量数据的统计结果表明对数正态分布,正态分布以及罗辛 — 拉姆勒 （ Rosin— Rammler ） 分布较常用 。 下面介绍世界上用的较多的 R— R分布 。
R— R分布是：
（ a）
(b)
式中,n—— 分布指数；
β,β’—— 分布系数,并有 。
npdp dR e x p
nRd
dpR
'10
'3 03.2'10ln
对 (b)两端两次求对数得：
以 lgdp为横坐标,以 lg 为纵坐标,可的一条直线,其斜率为 n。
将中位径 d50代入 (a)式可求得
那麽 R— R函数表达式为：
在 R— R坐标纸上绘制的筛上累积分布曲线 （ R） 为直线,
并能方便地求出 n,β’,d50等 。
dpnR
dp
lg'lg1lglg
dpR
1lg
nn dd
5050
693.02ln
n
dp d
dpR
50
693.0e x p
(一 )正态分布函数
（ 1）
—— 算术平均粒径,m
dp—— 粒径,m
δ—— 标准差,
N—— 粉尘粒子的总个数 。
其特征数为,δ,dp。
特点,图形对称,众位径 dd=中位径 d50=平均粒径
2
2
2e x p2
100
pddpf
dp
pd
1
2
2
N
pddp?
%13.84%87.1521 RdpRdp?
pd
pd
（ 二 ） 对数正态分布
f～ dp图形非对称,但 f～ lndp图形对称,
将 (1)式变换即为其表达式：
特征数,d50,δg（ 几何标准差 ）
特点：无论是质量分布,粒数分布还是表面积分布均是对数正态分布,且几何标准差相同 。 据 d50,δg可求出平均粒径 。
2
1
50
50
50
2
2
ln
%13.84
%87.15%87.15
%13.84
%50
ln2
lnln
ex p
2ln
1 0 0
Rdp
Rdp
d
Rdp
Rdp
d
Rdgdgd
gddp
f
g
gg
dp
—几何平均粒径，—式中：
（ 三 ） 罗率 — 拉姆勒分布 （ R— R分布 ）
表达式：
（ 3）
R— R曲线
特征值,β,β’,n
～ lgdp是一条直线，斜率为 n,截距为 lgβ’,代入
（ 3）式进而可求得 R。
n
d
dpR
50
6 93.0e x p1 00
R100lglg
§ 4-3 粉尘的物理性质
一,粉尘的结构和形状
二,粉尘的密度
三,粉尘的湿润性
四,粉尘的粘附性
五,粉尘的自燃性和爆炸性
六,粉尘的荷电性和导电性
七,粉尘的安息角
一,粉尘的结构和形状
（ 一 ） 单颗粒的结构形态
（ 1） 各向线性尺度相同的粒子
（ 2） 平板状粒子
（ 3） 针状粒子
（ 二 ） 聚合体的形状
（ １ ） 各向同长
（ ２ ） 线形链
（ 三 ） 球形系数
球形度
§ 4-4 粉尘颗粒的捕集
一,理想气体及气体流动基本方程式
（ 一 ） 理想气体状态方程式
（ 二 ） 气体流动方程式
二,粉尘颗粒的流体阻力
（ 一 ） 层流区
（ 二 ） 紊流过渡区
（ 三 ） 紊流区
三、粉尘颗粒的重力沉降
§ 4-5除尘装置的捕集效率
除尘装置的捕集效率代表装置捕集粉尘效果的重要指标 。 有以下几种表示方法：
1,总捕集效率 η T,ηT指在同一时间内净化装置去除污染物的量与进入装置的污染物量之百分比 。
2,除尘装置的分级捕集效率
除尘装置的总除尘效率的高低,往往与粉尘粒径大小有很大关系 。 为了表示除尘效率与粒径间的关系,提出分级效率的概念 。
id?
1．总捕集效率 η T
出口
Ge
λ 0
C
0
Q
0
G
0
m
0
= Q
0
× C
0
λ0 气体流量 Q0（ m3/s） ； 污染物流量 G0（ g/s） ； 污染物浓度 C0
（ g/m3） 。
出口相应的为 Qe,Ge,Ce。
净化装置捕集的污染物流量 Gc（ g/s） 有 G0= Ge+Gc
∵ G=CQ
∴
∵ Q0,Qe与状态有关,
∴ 常换算成标准状态 （ 0℃,1.013× 105Pa） 下干气体流量表示,并加脚标,N”
%1 001%1 00
00
GGGG ecT?
%1001
00
GQ GQ eeT?
%1 0 01
00
NN
eNeNT QC QC?
若装置不漏风,QON=QeN
实际上净化装置常有漏风,
式中,k—— 漏风系数
串联使用净化装置：设每一级的捕集效率为 η1、
η2,… ηn
总效率：
净化器的性能还可用另一指标表示：即 通过率 P
%1001
0
N
eN
T C
C?
%1001
0
kCC
N
eNT?
321 1111 T
T
ONON
eNeNe
QC
QC
G
GP 1%100%100
0
2．除尘装置的分级捕集效率
定义,指除尘装置对某一粒径 dPi或粒径间隔 dPi
至 dPi+Δdp内粉尘的除尘效率 。
a,由分级效率求总除尘效率
ΔR为频数分布
若分级效率以 的函数形式给出,入口粒径分布以累计分布函数 （ Di） 或频度分布 fi=fi(dp)形式给出,则有
%100
0
GG cd?
ii idi dT gRn ii
dpii
dpiiii dfdD
0
1
0
a,由总效率求分级效率
i
ii
i
i
i
i
i
i
i
i
i
i
i RG
RGRG
R
R
R
R
R
R
R
RP
RG
RG
11
2211
1
2
1
2
1
2
1
2
11
22 11111
i
i
i
i
i
i
i
i
i
i
i
i
i
i f
fP
f
f
dp
gf
g
gP
gs
gs
g
g
gs
gs
1
2
1
3
1
2
11
22
1
3
11
33 111
同理因为
i
iii
i
i
i
i
i
i
ii
i
iii
i
ii
i
i
i
i
g
g
Pn
n
Pgg
g
g
Pg
g
g
P
g
gPg
g
g
P
g
g
3
223
3
3
2
3
2
3
23
3
23
1
11
11
所以因为
§ 5-2重力沉降室
重力沉降室是通过重力从气流中分离尘粒的。
其结构如图所示 。
L
u s
u
W
H
一,原理,利用含尘气体中的颗粒受重力作用而自然沉降的原理 。 含尘气流进入沉降室后,引流动截面积扩大,流速迅速下降,气流为层流,尘粒在重力作用下缓慢向灰斗沉降 。
a,沉降速度
悬浮在空气中的尘粒在重力作用下降落时,起初作加速运动,但当空气的阻力增大到使尘粒所受的合力为零时,它就开始作匀速下降,尘粒的降落速度达到最大恒定速度,该速度即为沉降速度
us。
层流区：雷诺数 Rep≤ 1,对球形粒子而言：
（ 5-2）
当介质为空气时 ρp>>ρ则有,（ 5-3）
由上式可见 Vt,若 dp小,则 Vt就小,故小颗粒就难分离 。
若将雷诺数 Rep=1代入,可求出尘粒沉降时的临界粒径 dc。
得
代入 （ 5-2） 得,（ 5-4）
smgdu pp
s /18
2
smgdu pps /182
2pd?
1cpep udRpc du?
3
2
63.2 gd
p
c
工业粉尘粒径大致为 1— 100μm,粒径小于 5μm的尘粒实际沉降速度要比 Stocks定律预示的大,需修正 。 故 dp≤ 5μm
的尘粒,us=c·us·Stocks
c为修正系数,在空气中温度为 20℃,压强为 1atm时,
dp为 μm。
在其它温度下,Kc值就变化,
pd
c 172.01
p
c d
TK 41002 1.61
二、重力沉降室的设计
假设通过重力沉降室断面的水平气流的速度 V分布式均匀的,呈层流状态；入口断面上粉尘分布均匀 （ 即每个颗粒以自己的沉降末端速度沉降,互不影响 ） ；在气流流动方向上尘粒和气流速度相等,就可得到除尘设计的简单模式 。
（ 一 ） 沉降时间和 （ 最小粒径时的 ） 沉降速度
尘粒的沉降速度为 Vt,沉降室的长,宽,高分别为 L,W、
H,要使沉降速度为 Vt的尘粒在沉降室内全部去除,气流在沉降室内的停留时间 t（ ） 应大于或等于尘粒从顶部沉降到灰斗的时间 （ ）,即：
tc V
Ht?
VLt?
tV
H
V
L?
L
H
V
ω s
W
L
Vt s
V
W
H 净气
将 代入,可求出 沉降室能 100%捕集的最
小粒径 dmin
上式是在理想状况下得到的,实际中常出现反混现象,
工程上常用 36代替式中的 18,这样理论和实践更接近 。 室内的气流速度 u应根据尘粒的密度和粒径确定 。 一般取
0.2— 2m/s。
沉降室的设计,1).沉降时间 ;
2).沉降速度 (按要求沉降的最小颗粒 )
3),沉降室尺寸
18
2 gd
V ppt?
tV
H
V
L?
2
1
m i n
1818
LWg
Q
gL
Hud
pp?
V
Lt?
（二）沉降室尺寸
先按 算出捕集尘粒的沉降速度 us，
假设沉降室内的气流速度 V和沉降室高度 H（ 或宽度 W）,
而后求沉降室的长度和宽度 （ 或高度 ） 。
Q=WHV=WLVt
沉降室长度：
沉降室宽度：
Q为处理气流量,m3/s
18
2 gd
u pps?
VVHL
t
HV
QW?
（ 一 ） 设计要求
1,保证粉尘能沉降,L足够长；
2,气流在沉降室的停留时间要大于尘粒沉降所需的时间 。
3,能 100%沉降的最小粒径
（ 二 ） 设计的主要内容
根据粒径 dp算出 1） Vt；
2） 初步确定了 V,H,根据 求长度 L。
3） 根据进气量 Q求宽度 B,Q=VBH.
tV
H
V
L?
2
1
m i n
m i n
1818
gLg
HV
g
Vd
p
t
p
t
VVHL
t
]
三,沉降室的结构
重力除尘一般是让气流慢慢地通过结构简单而体积较大的除尘室,这样可为颗粒提供落入底部灰斗的机会 。 可通过在除尘室中放置一些水平隔板来缩短颗粒的降落距离 。
类型,重力沉降室可放置导流板，以改变气流的方向，也可利用鱼鳞板、百叶窗以产生惯性作用。有单层沉降室，
有多层沉降式（平行的放置一些隔板）。折流板式沉降室
（垂直的折流板安装在沉降室的顶部），惯性作用力会增强颗粒的重力作用。当气流被绕过折流板底部的时候，由于气流路径上这段弯曲部分的惯性作用，颗粒被分离下来。
四、重力沉降室的实际性能
沉降室的实际性能几乎从不进行实验测量或测试,
在最好的情况下,这种装置也只能作为气体的初级净化,除去最大和最重的颗粒 。 沉降室的除尘效率约为 40— 70%,仅用于分离 dp>50μm的尘粒 。
穿过沉降室的颗粒物必须用其它的装置继续捕集 。
优点,结构简单,投资少,易维护管理,压损小
（ 50— 130Pa） 。
缺点,占地面积大,除尘效率低 。
第一节 概述
第二节 粉尘的粒径和粒径分布
第三节 粉尘的物理性质
第四节 粉尘颗粒的捕集
第五节 除尘装置及其性能
重点：
第二节 粉尘的粒径和粒径分布众径,中位径,stokes径,频率分布,筛上频度分布,筛下累计分布 。
第三节 粉尘的物理性质粉尘的真密度,堆积密度 。
第四节 除尘装置的性能除尘效率（总效率、分级效率）
§ 4-1 概 述
空气污染物的性质和存在状态不同,其净化机理,方法及所选用的装置也各不相同 。 空气污染物分为气溶胶 （ 颗粒物 ）
污染物和气态污染物 。 以后各章将介绍颗粒物的处理方法 。
气溶胶 （ AEROPAL） 是非均相污染物,主要污染物是分散于气体介质中的颗粒物 （ 固体,液体 ）,可用除尘技术把粒状物从气体介质中分离出来,分离方法一般采用物理法 。
依据：气,固,液体粒子在物理性质上的差异将其分离 。
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,凝拼增大而被捕获的特性 。
电除尘：利用荷电性,静电力分离 。 等等 。
§ 4-2粉尘粒径和粒径分布
一,粉尘粒径
1,定义：在实际中,因颗粒大小,形状各异,故表示方法有所不同 。
一般分为两类：
单一粒径：单个粒子的直径；
平均粒径：粒子群的直径 。
（ 一 ） 单一粒径 球形颗粒,d=直径
单一粒径分成 投影径
非球形颗粒 几何当量径
物理当量径
（ 1） 投影径：指颗粒在显微镜下观察到的粒径 。
a,面积等分径 （ martine）,指颗粒的投影面积二等分的直线长度,其与所取的方向有关,常采用与底边平行的线作为粒径 。
b,定向径 （ feret）,指颗粒投影面上两平行切线间的距离 。
c,长径,不考虑方向的最长径 。
d,短径,不考虑方向的最短径 。
c
d
a
b
（ 2）,几何当量径：指颗粒的某一几何量 （ 面积,体积等 ） 相同时的球形颗粒的直径 。
a,等投影面积径 dA,与颗粒投影面积相同的某一圆面积的直径 。
b,等体积径 dV：
c,等表面积径 dS：
d,体积表面积平均径 de,颗粒体积与外表面积相同的圆球的直径 。
2/1
2/1
128.14 ppA AAd 24 Ap dA颗粒投影面积
3
3
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3
6 pp dV
2
1
p
s
Sd
p
p
e S
Vd 6?
（ 3） 物理当量径,取颗粒某一物理量相同时的球形颗粒粒径 。
a,自由沉降 dt,特定气体中,在重力作用下,密度相同的颗粒因自由沉降而达到的末速度与球形颗粒所达到的末速度相同时的球形颗粒的直径 。
b,空气动力径 da,在静止的空气中颗粒的沉降速度与密度为 1g/cm3
的圆球的沉降速度相同时的圆球的直径 。
单位
c,斯托克斯径 (Stokes) dst。
在层流区内 （ 对颗粒的雷诺数 Re<2.0） 的空气动力径 。
Vt—— 颗粒在流体中的终端沉降速度 （ m/s）
d,分割粒径 （ 半分离粒径 ） d50,即分级效率为 50%的颗粒直径 。
代表mAcmgm213 )/(
2118
g
Vd
p
t
st
（ 二 ） 平均粒径
对于一个由大小和形状不相同的粒子组成的实际粒子群与一个由均一的球形粒子组成的假想粒子群相比,若两者的粒径全长相同,则称此球形粒子的直径为实际粒子群的平均粒径 。
各种方法计算的平均粒径,数值相差很大 。
一般顺序,d1<ds<dv<d2<d3<d4
常用的单一粒径,投影径,等体积径,斯托克斯径,分割粒径 dc50,空气动力学径 da（ 是除尘技术中用得最多的 ） 。
平均粒径：中位径,众径 。
二、粒径分布
1,定义,
粒径分布是指某一粒子群中不同粒径的粒子所占的比例,亦称粒子的分散度 。
表示方法,
个数分布,以粒子的个数所占的比例来表示；
表面积分布,以粒子表面积表示；
质量分布,以粒子质量表示 。
2,常见的表示方法
（ 1） 频数分布 ΔR,它是指粒径 dp至 （ dp+Δdp）
之间的粒子质量占粒子群总质量的百分数 。 见图 a。
ΔR与选取的粒径间隔的大小有关 。
（ 2） 频度分布 f,是 Δdp=1μm时粒子质量占粒子群的或单位粒径间隔宽度时的频率分布百分数 。
即,其微分定义式：
%1 0 0
0
m mR %1 0 0 R
pd
Rf
dp
dp d
dRf
由计算结果可绘出频度分布 f的直方图,用粒径间隔中值可绘出频度分布曲线,见图 b。
最大频度的粒径 dom称为众径 。
频率
（ % ）
图 a
dp/ ( μ m) dp/ ( μ m) 图 c
50%
100%
D
（ % ）
d 50
频率密度图 b dp/ ( μ m) d om
(3)筛下累积频率分布 D/%,指小于某一粒径 dp的尘样质量占尘样总质量的百分数 。
反之为 筛上累积分布 R,D=1-R
当 D=R=50%时的 dp叫 中位径 d50。 由图可见,筛上分布 R
对 dp之比为负梯度,筛下分布 D对 dp之比为正值 。 因此若已知 R,D,则
若粒径间隔宽度 即取极限,则：
即：筛上分布为减函数；筛下分布为增函数 。
在除尘技术中,筛上累积分布 R比使用频度分布更为方便,
所以,在一些国家粉尘标准中多用 R表示粒径分布 。
dp
dp
d dp
dp
ddp dfdDD m i nm i n
dpdp
dp d
dD
d
dRf
0dp
dpdp
dpdp
dpdp d
dR
d
dDfdpfddpfgR 即
3．粒径分布函数
常见的分布函数
1.正态分布函数,对称
2.对数正态分布,dp取对数后对称,实际大气中气溶胶,工业粉尘多服从此分布
3.罗率 — 拉姆勒分布,破碎筛分过程多服从此分布
后两者分布为非对称性的 。
采用某种数学函数来描述粒径分布曲线,更为应用方便 。
据大量数据的统计结果表明对数正态分布,正态分布以及罗辛 — 拉姆勒 （ Rosin— Rammler ） 分布较常用 。 下面介绍世界上用的较多的 R— R分布 。
R— R分布是：
（ a）
(b)
式中,n—— 分布指数；
β,β’—— 分布系数,并有 。
npdp dR e x p
nRd
dpR
'10
'3 03.2'10ln
对 (b)两端两次求对数得：
以 lgdp为横坐标,以 lg 为纵坐标,可的一条直线,其斜率为 n。
将中位径 d50代入 (a)式可求得
那麽 R— R函数表达式为：
在 R— R坐标纸上绘制的筛上累积分布曲线 （ R） 为直线,
并能方便地求出 n,β’,d50等 。
dpnR
dp
lg'lg1lglg
dpR
1lg
nn dd
5050
693.02ln
n
dp d
dpR
50
693.0e x p
(一 )正态分布函数
（ 1）
—— 算术平均粒径,m
dp—— 粒径,m
δ—— 标准差,
N—— 粉尘粒子的总个数 。
其特征数为,δ,dp。
特点,图形对称,众位径 dd=中位径 d50=平均粒径
2
2
2e x p2
100
pddpf
dp
pd
1
2
2
N
pddp?
%13.84%87.1521 RdpRdp?
pd
pd
（ 二 ） 对数正态分布
f～ dp图形非对称,但 f～ lndp图形对称,
将 (1)式变换即为其表达式：
特征数,d50,δg（ 几何标准差 ）
特点：无论是质量分布,粒数分布还是表面积分布均是对数正态分布,且几何标准差相同 。 据 d50,δg可求出平均粒径 。
2
1
50
50
50
2
2
ln
%13.84
%87.15%87.15
%13.84
%50
ln2
lnln
ex p
2ln
1 0 0
Rdp
Rdp
d
Rdp
Rdp
d
Rdgdgd
gddp
f
g
gg
dp
—几何平均粒径，—式中：
（ 三 ） 罗率 — 拉姆勒分布 （ R— R分布 ）
表达式：
（ 3）
R— R曲线
特征值,β,β’,n
～ lgdp是一条直线，斜率为 n,截距为 lgβ’,代入
（ 3）式进而可求得 R。
n
d
dpR
50
6 93.0e x p1 00
R100lglg
§ 4-3 粉尘的物理性质
一,粉尘的结构和形状
二,粉尘的密度
三,粉尘的湿润性
四,粉尘的粘附性
五,粉尘的自燃性和爆炸性
六,粉尘的荷电性和导电性
七,粉尘的安息角
一,粉尘的结构和形状
（ 一 ） 单颗粒的结构形态
（ 1） 各向线性尺度相同的粒子
（ 2） 平板状粒子
（ 3） 针状粒子
（ 二 ） 聚合体的形状
（ １ ） 各向同长
（ ２ ） 线形链
（ 三 ） 球形系数
球形度
§ 4-4 粉尘颗粒的捕集
一,理想气体及气体流动基本方程式
（ 一 ） 理想气体状态方程式
（ 二 ） 气体流动方程式
二,粉尘颗粒的流体阻力
（ 一 ） 层流区
（ 二 ） 紊流过渡区
（ 三 ） 紊流区
三、粉尘颗粒的重力沉降
§ 4-5除尘装置的捕集效率
除尘装置的捕集效率代表装置捕集粉尘效果的重要指标 。 有以下几种表示方法：
1,总捕集效率 η T,ηT指在同一时间内净化装置去除污染物的量与进入装置的污染物量之百分比 。
2,除尘装置的分级捕集效率
除尘装置的总除尘效率的高低,往往与粉尘粒径大小有很大关系 。 为了表示除尘效率与粒径间的关系,提出分级效率的概念 。
id?
1．总捕集效率 η T
出口
Ge
λ 0
C
0
Q
0
G
0
m
0
= Q
0
× C
0
λ0 气体流量 Q0（ m3/s） ； 污染物流量 G0（ g/s） ； 污染物浓度 C0
（ g/m3） 。
出口相应的为 Qe,Ge,Ce。
净化装置捕集的污染物流量 Gc（ g/s） 有 G0= Ge+Gc
∵ G=CQ
∴
∵ Q0,Qe与状态有关,
∴ 常换算成标准状态 （ 0℃,1.013× 105Pa） 下干气体流量表示,并加脚标,N”
%1 001%1 00
00
GGGG ecT?
%1001
00
GQ GQ eeT?
%1 0 01
00
NN
eNeNT QC QC?
若装置不漏风,QON=QeN
实际上净化装置常有漏风,
式中,k—— 漏风系数
串联使用净化装置：设每一级的捕集效率为 η1、
η2,… ηn
总效率：
净化器的性能还可用另一指标表示：即 通过率 P
%1001
0
N
eN
T C
C?
%1001
0
kCC
N
eNT?
321 1111 T
T
ONON
eNeNe
QC
QC
G
GP 1%100%100
0
2．除尘装置的分级捕集效率
定义,指除尘装置对某一粒径 dPi或粒径间隔 dPi
至 dPi+Δdp内粉尘的除尘效率 。
a,由分级效率求总除尘效率
ΔR为频数分布
若分级效率以 的函数形式给出,入口粒径分布以累计分布函数 （ Di） 或频度分布 fi=fi(dp)形式给出,则有
%100
0
GG cd?
ii idi dT gRn ii
dpii
dpiiii dfdD
0
1
0
a,由总效率求分级效率
i
ii
i
i
i
i
i
i
i
i
i
i
i RG
RGRG
R
R
R
R
R
R
R
RP
RG
RG
11
2211
1
2
1
2
1
2
1
2
11
22 11111
i
i
i
i
i
i
i
i
i
i
i
i
i
i f
fP
f
f
dp
gf
g
gP
gs
gs
g
g
gs
gs
1
2
1
3
1
2
11
22
1
3
11
33 111
同理因为
i
iii
i
i
i
i
i
i
ii
i
iii
i
ii
i
i
i
i
g
g
Pn
n
Pgg
g
g
Pg
g
g
P
g
gPg
g
g
P
g
g
3
223
3
3
2
3
2
3
23
3
23
1
11
11
所以因为
§ 5-2重力沉降室
重力沉降室是通过重力从气流中分离尘粒的。
其结构如图所示 。
L
u s
u
W
H
一,原理,利用含尘气体中的颗粒受重力作用而自然沉降的原理 。 含尘气流进入沉降室后,引流动截面积扩大,流速迅速下降,气流为层流,尘粒在重力作用下缓慢向灰斗沉降 。
a,沉降速度
悬浮在空气中的尘粒在重力作用下降落时,起初作加速运动,但当空气的阻力增大到使尘粒所受的合力为零时,它就开始作匀速下降,尘粒的降落速度达到最大恒定速度,该速度即为沉降速度
us。
层流区：雷诺数 Rep≤ 1,对球形粒子而言：
（ 5-2）
当介质为空气时 ρp>>ρ则有,（ 5-3）
由上式可见 Vt,若 dp小,则 Vt就小,故小颗粒就难分离 。
若将雷诺数 Rep=1代入,可求出尘粒沉降时的临界粒径 dc。
得
代入 （ 5-2） 得,（ 5-4）
smgdu pp
s /18
2
smgdu pps /182
2pd?
1cpep udRpc du?
3
2
63.2 gd
p
c
工业粉尘粒径大致为 1— 100μm,粒径小于 5μm的尘粒实际沉降速度要比 Stocks定律预示的大,需修正 。 故 dp≤ 5μm
的尘粒,us=c·us·Stocks
c为修正系数,在空气中温度为 20℃,压强为 1atm时,
dp为 μm。
在其它温度下,Kc值就变化,
pd
c 172.01
p
c d
TK 41002 1.61
二、重力沉降室的设计
假设通过重力沉降室断面的水平气流的速度 V分布式均匀的,呈层流状态；入口断面上粉尘分布均匀 （ 即每个颗粒以自己的沉降末端速度沉降,互不影响 ） ；在气流流动方向上尘粒和气流速度相等,就可得到除尘设计的简单模式 。
（ 一 ） 沉降时间和 （ 最小粒径时的 ） 沉降速度
尘粒的沉降速度为 Vt,沉降室的长,宽,高分别为 L,W、
H,要使沉降速度为 Vt的尘粒在沉降室内全部去除,气流在沉降室内的停留时间 t（ ） 应大于或等于尘粒从顶部沉降到灰斗的时间 （ ）,即：
tc V
Ht?
VLt?
tV
H
V
L?
L
H
V
ω s
W
L
Vt s
V
W
H 净气
将 代入,可求出 沉降室能 100%捕集的最
小粒径 dmin
上式是在理想状况下得到的,实际中常出现反混现象,
工程上常用 36代替式中的 18,这样理论和实践更接近 。 室内的气流速度 u应根据尘粒的密度和粒径确定 。 一般取
0.2— 2m/s。
沉降室的设计,1).沉降时间 ;
2).沉降速度 (按要求沉降的最小颗粒 )
3),沉降室尺寸
18
2 gd
V ppt?
tV
H
V
L?
2
1
m i n
1818
LWg
Q
gL
Hud
pp?
V
Lt?
（二）沉降室尺寸
先按 算出捕集尘粒的沉降速度 us，
假设沉降室内的气流速度 V和沉降室高度 H（ 或宽度 W）,
而后求沉降室的长度和宽度 （ 或高度 ） 。
Q=WHV=WLVt
沉降室长度：
沉降室宽度：
Q为处理气流量,m3/s
18
2 gd
u pps?
VVHL
t
HV
QW?
（ 一 ） 设计要求
1,保证粉尘能沉降,L足够长；
2,气流在沉降室的停留时间要大于尘粒沉降所需的时间 。
3,能 100%沉降的最小粒径
（ 二 ） 设计的主要内容
根据粒径 dp算出 1） Vt；
2） 初步确定了 V,H,根据 求长度 L。
3） 根据进气量 Q求宽度 B,Q=VBH.
tV
H
V
L?
2
1
m i n
m i n
1818
gLg
HV
g
Vd
p
t
p
t
VVHL
t
]
三,沉降室的结构
重力除尘一般是让气流慢慢地通过结构简单而体积较大的除尘室,这样可为颗粒提供落入底部灰斗的机会 。 可通过在除尘室中放置一些水平隔板来缩短颗粒的降落距离 。
类型,重力沉降室可放置导流板，以改变气流的方向，也可利用鱼鳞板、百叶窗以产生惯性作用。有单层沉降室，
有多层沉降式（平行的放置一些隔板）。折流板式沉降室
（垂直的折流板安装在沉降室的顶部），惯性作用力会增强颗粒的重力作用。当气流被绕过折流板底部的时候，由于气流路径上这段弯曲部分的惯性作用，颗粒被分离下来。
四、重力沉降室的实际性能
沉降室的实际性能几乎从不进行实验测量或测试,
在最好的情况下,这种装置也只能作为气体的初级净化,除去最大和最重的颗粒 。 沉降室的除尘效率约为 40— 70%,仅用于分离 dp>50μm的尘粒 。
穿过沉降室的颗粒物必须用其它的装置继续捕集 。
优点,结构简单,投资少,易维护管理,压损小
（ 50— 130Pa） 。
缺点,占地面积大,除尘效率低 。
