二、粉尘的安息角与滑动角 安息角:粉尘从漏斗连续落到水平面上,自然堆积成一个圆锥体,圆锥体母线与水平面的夹角称为粉尘的 安息角。也称动安息角或堆积角。 滑动角:指自然堆放在光滑平板上的粉尘,随平板做倾斜运动时,粉尘开始发生滑动时的平板倾斜角;也 成静安息角。 影响粉尘安息角和滑动角的因素主要有:粉尘粒径、含水率、颗粒形状、颗粒表面光滑程度及粉尘粘性等。 对于一种粉尘,粒径越小,安息角越大;粉尘含水率增加,安息角增大;表面越光滑和越接近球形的颗粒,安 息角越小。 粉尘的安息角与滑动角是评价粉尘流动性的一个重要指标。安息角小的粉尘,其流动性好;安息角大的粉 尘,其流动性差。粉尘的安息角与滑动角是设计除尘器灰斗(或粉料仓)的锥角及除尘管路或输灰管路倾斜角 的主要依据。 三、粉尘的比表面积 粉状物料的许多理化性质,往往与其表面积大小有关,细颗粒往往表现出显著的物理、化学活动性。 比表面积:单位体积(或质量)粉尘所具有的表面积。 以粉尘自身体积(即净体积)为基准表示的比表面积S ——粉尘的表面积体积平均粒径,cm。V——粉尘的平均体积,cm 四、粉尘的含水率粉尘中的水分包括附着在颗粒表面上的和包含在凹坑处与细孔中的自由水分,以及紧密结合在颗粒内部的 结合水分。 粉尘中的水分含量,用含水率w 表示,指粉尘中所含水分质量与粉尘总质量(包括干粉尘与水分)之比。 粉尘含水率的大小,会影响到粉尘的其他物理性质,如导电性、黏附性、流动性等,所有这些在设计除尘 装置时都必须加以考虑。 五、粉尘的润湿性 粉尘颗粒能否与液体相互附着或附着难易程度的性质称为粉尘的润湿性。当尘粒与液体接触时,接触面能 扩大而相互附着,就是能润湿;反之,接触面趋于缩小而不能附着,则是不能润湿。一般根据粉尘能被液体润 湿的程度将粉尘大致分为两类:容易被水润湿的亲水性粉尘(润湿性粉尘),难以被水润湿的疏水性粉尘(非润 湿性粉尘)。 粉尘的润湿性用液体对试管中粉尘的润湿速度来表征。通常取润湿时间为20min,测出此时的润湿高度L 20 (mm),于是润湿速度为: 20 20 (mm/min).................(5 41) 20 粉尘的润湿性与粉尘的性质,如粒径,生成条件、温度、含水率、表面粗糙度、荷电性等有关,还与液体的表面张力、尘粒和液体间的粘附力及相对运动速度等有关。此外,粉尘的润湿性还随压力的增加而增加,随 温度升高而减小,随液体表面张力减小而增强。 润湿性是选用湿式除尘器的主要依据;各种湿式除尘装置,主要是依靠粉尘与水的润湿作用来捕集粉尘的。 六、粉尘的荷电性及导电性 粉尘在其产生及运动过程中,由于相互碰撞、摩擦、放射线照射、电晕放电及接触带电体等原因,几乎总是带有一定量的电荷。粉尘荷电后将改变其某些物理性质,如凝聚性、附着性及在气体中的稳定性等。粉尘的 荷电量随温度增高、表面积加大和含水率减小而增加,还与其化学组成有关。 粉尘的荷电在除尘中有重要作用,如电除尘器就是利用粉尘的荷电而除尘的, 2.粉尘的导电性 粉尘的导电性与金属导线类似,用电阻率(比电阻)ρ cm)..........(542) 式中:V——通过粉尘层的电压,V;J——通过粉尘层的电流密度,A/cm δ——粉尘层的厚度,cm。粉尘的导电机制有两种,取决于粉尘、气体的温度和组成成分。在表面导电占优势的低温范围内(100以下),粉尘电阻称为表面电阻率,其值随温度升高而增大,随含水率增大而减小;在体积导电占优势的高温范围 (200以上)内,粉尘比电阻称为体积电阻率,其值随温度升高而减小;在两种导电机制皆重要的中间温度范 围内,粉尘比电阻是表面比电阻和容积比电阻的合成。其值最高。见图(5-11)P148 七、粉尘的粘附性 粉尘颗粒附着在固体表面上,或者颗粒彼此相互附着的现象称为粘附。后者也称自粘。 附着强度,即克服附着现象所需要的力(垂直作用在粒粒重心上)称为粘附力。 粉尘的粘附是一种常见的实际现象,既有其有利的一面,也有其有害的一面。 颗粒之间的粘附力有三种:分子力、毛细力和静电力。 断裂强度表征粉尘自黏性的基本指标,在数值上等于粉尘断裂所需的力除以其断裂的接触面积。根据断裂 强度的大小,将各种粉尘分为四类:不黏性、微黏性、中等黏性和强黏性。见表5-9。 八、粉尘的自燃性和爆炸性 1.粉尘的自燃性 自燃指粉尘在常温下存放过程中自然发热,此热量经长时间的积累,达到该粉尘的燃点而引起的燃烧现象。 粉尘自烟的原因在于自然发热,并且产热速率超过排热速率,使物系热量不断积累所致。引起粉尘自燃发 热的原因有:氧化热;分解热;聚合热;发酵热。 2.粉尘的爆炸性 这里所说的爆炸是指可燃物的剧烈氧化作用,在瞬间产生大量的热量和燃烧产物,在空间造成很高的温度 和压力,故称为化学爆炸。可燃物包括可燃粉尘、可燃气体和蒸气等。 引起可燃物爆炸必须具备的条件有两个:一是由可燃物与空气或氧构成的可燃混合物达到一定的浓度(上 限和下限);二是存在能量足够的火源。 可燃混合物中可燃物的浓度,只有在一定范围内才能引起爆炸。能够引起可燃混合物爆炸的最低可燃物浓 度,称为爆炸浓度下限;最高可燃物浓度称为爆炸浓度上限。在可燃物浓度低于爆炸浓度下限或高于爆炸浓度 上限时,均无爆炸危险。由于上限浓度值过大(如糖粉在空气中的爆炸浓度上限为13.5kg/m ),在多数场合下都达不到,故实际意义不大。 此外,有些粉尘与水接触后会引起自燃或爆炸,如镁粉、碳化钙粉等;有些粉尘互相接触或混合后也会引起爆炸,磷、锌粉与镁粉等。 第三节 净化装置的性能 评价净化装置性能的指标,包括技术指标和经济指标两方面。技术指标主要有处理气体流量、净化效率和 压力损失等;经济指标主要有设备费、运行费和占地面积等。此外,还应考虑装置的安装、操作、检修的难易 等因素。本节以净化效率为主来介绍净化装置技术性能的表示方法。 一、净化装置技术性能的表示方法 1.处理气体流量 处理气体流量是代表装置处理气体能力大小的指标,一般以体积流量表示。实际运行的净化装置,由于本 体漏气等原因,往往装置进口和出口的气体流量不同,因此,用两者的平均值作为处理气体流量的代表: v,1Nv,2N v,1N——装置进口气体流量,m v,2N——装置出口气体流量,m 净化装置漏风率δ可按下式表示: v,1N v,2N v,1N 100%............(544) 2.净化效率净化效率是表示装置净化污染物效果的重要技术指标。对于除尘装置称为除尘效率,对于吸收装置称为吸 收效率,对于吸附装置则称为吸附效率。 3.压力损失 压力损失是代表装置能耗大小的技术经济指标,系指装置的进口和出口气流全压之差。净化装置压力损失 的大小,不仅取决于装置的种类和结构型式,还与处理气体流量大小有关。通常压力损失与装置进口气流的动 压成正比,即: (Pa)................(545) 是气流通过装置时所消耗的机械能,它与通风所耗功率成正比,所以总是希望尽可能小些。 二、净化效率的表示方法 1.总效率 总效率系指在向一时间内净化装置去除的污染物数量与进入装置的污染物数量之比。 如上图所示,装置进口的气体流量为q V,1N (g/s)、污染物浓度值ρ1N V,2N总净化效率η 可表示为: 若净化装置本体不漏气,即qv,1N v,2N,则式(5-47)简化为: 2N 1N 2.通过率当净化效率很高时,或为了说明污染物的排放率,有睦也采用通过率P 来表示装置性能: 2NV,2N 1NV,1N 3.分级除尘效率除尘装置的总效率的高低,往往与粉尘粒径大小 有很大关系。为了表示除尘效率与粉尘粒径的关系,提出分级除尘效率的概念。(形象地可以理解粒径越大,除尘效率越高) 分级除尘效率系指除尘装置对某一粒径d pi 或粒径间隔Δ 内粉尘的除尘效率,简称分级效率。分级效率可以用表格、曲线图或显函数η pi)的形式表现。d pi 代表某一粒径或粒径间隔。 假设除尘器进口、出口和捕集的d pi 颗粒质量流量分别为q m,1i m,3i,则该除尘器对d pi 颗粒的分级 效率为: 在讨论除尘器性能时经常用到。4.分级效率与总除尘效率之间的关系 (1)由总效率求分级效率:在除尘器实验中,可以测出除尘器进口和出口的粉尘浓度ρ 2,即可计算出总除尘效率 η,为了求出分级效率,还需同时测出除尘器进口、出口和捕集的粉尘的质量频率 可以课堂推算证明,也可提请同学们课后证明式5-53。由式(5-51)得 ,代入式(5-52),即可得到式(5—53)。(请同学们课后利用上面三个分级除尘效率计算公式重新计算表 5—10 中的数据,看表格中数据有无错 (2)由分级效率求总除尘效率由由分级效率计算公式(5—51)ηg 3i 1i,如果对等式两端各种粒径间隔 求和,因为 3i 5.多级串联运行时的总净化效率在实际工程中,有时需要把两种或多种不同型式的除尘器串联起来使用,形成两级或多级除尘系统。 若多级除尘器中每一级的运行性能是独立的,净化第i 级粉尘的分组通过率分别为Pi1,Pi2,…,Pin,或分级效 率分别为η i1 ,则此多级除尘器净化第i级粉尘的总分级通过率为: ………………......(5—56)或总分级效率为: ).……....(5—57)若已知各级除尘器的除尘效率为η 第四节颗粒捕集理论基础 除尘过程的机理就是,将含尘气体引入具有一种或几种力作用的除尘器,使颗粒相对其运载气流产生一定 的位移,并从气流中分离出来,最后沉降到捕集表面上。颗粒的粒径大小和种类不同,所受作用力不同,颗粒 的动力学行为也不同。