四川大学考研复习笔记大气污染控制工程考研笔记.docx
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四川大学考研复习笔记大气污染控制工程考研笔记
大气污染控制工程
（四川大学考研复习笔记）
主要考点分布：
第3章基础知识
第4章机械式除尘器第5章电除尘器
第6章过滤式除尘器
第8章吸收法净化气态污染物第9章吸附法净化气态污染物第10章催化法净化气态污染物
题目分布（章）：
只出计算题：
4、5
只出简答题：
3、6、11、15
计算和简答：
8、9、10
重点章节：
4.1、5.4、8.3、9.4、10.3
难点章节：
8.2、8.3、9.4
复习大纲：
全面掌握大气污染的来源、途径和机理（包括基本概念、基本理论、基本技能）、大气污染控制的原理、方法
掌握颗粒物的粒径分布及其他物理性质、净化装置的性能指标
了解除尘器的类型，包括各种干式和湿式除尘器
掌握机械、湿式、电除尘器作原理及区别。
掌握物理吸收的机理；掌握化学吸收与吸收计算；重点掌握双膜理论传质计算及填料塔的设计计算，气态污染物的催化净化。
理解和掌握全球气候变化、臭氧层破坏和酸雨污染问题
（往往会出一道全面型论述题，要求全面把握书本及实践知识，要求至少全面阅读教材两遍）
笔记正文
第三章（出简答题或公式推导）
粒径分布的表示方法有表格法、图形法和函数法。
重点：
粉尘的粒径和粒径分布、频率分布、筛上频度分布、筛下累计统计。
粉尘的物
理性质、粉尘的真密度、堆积密度。
除尘装置的性能、除尘效率（总效率、分级效率）
粉尘粒径和粒径分布
一、粉尘粒径
1．一般分为两类：
单一粒径：
单个粒子的；球形颗粒：
d=直径
平均粒径：
粒子群的。
一）单一粒径
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
d
a
b
c．长径，不考虑方向的最长径。
d．短径，不考虑方向的最短径。
2．几何当量径：
取颗粒的某一几何量（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（一下雷同）。
b．等体积径dV：
c．等表面积径dS：
d．体积表面积平均径de：
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d：
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
t
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
1
时的圆球的直径。
单位
m（g/cm3）2mA代表。
c．斯托克斯径（Stokes）dst。
（重点考点）
在层流区内（对颗粒的雷诺数
Re<2.0）的空气动力径。
1
18Vt
2
Vt——颗粒在流体中的终端沉降速度（m/s）
dst
pg
d．分割粒径（半分离粒径）d50：
即分级效率为50%的颗粒直径。
（重点考点）
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。
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。
常见的表示方法
（1）频数分布R：
它是指粒径dp至（dp+dp）之间的粒子质量占粒子群总质量的百
分数。
见图a。
Rm100%R100%R与选取的粒径间隔的大小有关。
m0
（2）频度分布f：
是dp=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：
f
R
%
其微分定义式：
fdp
dR
dp
m
ddp
有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。
D
（%）
频率
100%
（%）
50%
图adp/（μm）d50图cdp/（μm）
频
率
密
度
dom图bdp/（μm）
（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。
dp
dp
Ddp
dD
d
dmin
f
dp
ddp
反之为筛上累积分布R：
D=1-R
当D=R=50%时的dp位中位径
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
fdp
dR
dD
0即取极限，则：
ddp
或也可这样说：
若粒径间隔宽度dp
ddp
R
g
fdpfddp即fdp
dD
dR
ddp
ddp
dp
dp
dp
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。
装置效率（重点容易出公式推导）
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：
1．总捕集效率ηT：
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。
见下图：
出口
Ge
λ0
C0
Q0
G0
m0=Q0×C0
如图：
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
ee
，G，C。
净化装置捕集的污染物流量
Gc（g/s）有G0=Ge+Gc
T
Gc
100%
1Ge
100%∵G=CQ
G0
G0
∴T
1QeGe
100%
Q0G0
∵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”
T1
CeNQeN
100%
C0NQ0N
若装置不漏风，QON=QeN
CeN
100%
T
1
C0N
实际上净化装置常有漏风，
k——漏风系数
T1CeNk100%
C0N
串联使用净化装置：
设每一级的捕集效率为
η
ηn
1、η、⋯2
总效率：
T111121
3
净化器的性能还可用令一指标表示：
即通过率P
P
Ge
100%
CeNQeN
100%1T
G0
CONQON
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由很大关系。
为了表示除尘效率
与粒径间的关系，提出分级效率的概念
di。
定义：
指除尘装置对某一粒径
dPi或粒径间隔dPi至dPi+
dp内粉尘的除尘效率。
d
Gc
100%
G0
a．由分级效率求总除尘效率
T
ndiRdi
igi
R为频数分布
i
i
若分级效率以
i
idp
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。
1
idDi
ifiddp
0
0
b.由总效率求分级效率
i
1G2
R2i
1PR2i
11
R2i
1
R2i
R2i
G1R1i
G2R2i
G1
R1i
R1i
R1i
R1i
R1i
G1
R1i
s3g3i
g3i
s2g2i
1
P
g2i
因为f
g
同理i
f3i
1
f2i
i
s1g1i
g1i
1
g1i
f1i
P
s1g1i
dp
f1i
因为g1i
g3i
所以i
1
P
ig2i
g3i
Pig2i
1P
ig2i
i
g3i
g3i
g3i
1
Pg2i
i
1
g3i
i
g3i
n
g3i
Pg2i
g2i
nP
g3i
机械式除尘器（出计算题）
4.1重力沉降室（只在本节出题）
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。
W
L
uH
us
沉降室可能是所有空气污染控制装置中最简单和最粗糙的装置。
就其本身的特点而论，有广
泛的用途。
能用于分离颗粒分布中的大颗粒，在某些情况下，其本身就是能进行适当的污染控制，它的主要用途是对更有效的控制装置作为一种初筛选装置。
在大颗粒特别多的地方，沉降室能除掉颗粒分布中的大量大颗粒，这些颗粒如不除掉，就要堵塞其它控制装置。
（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
由第三章可知，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：
dp2
p
g
（6-2）
us
18
m/s
ρp>>ρ则有：
us
dp2
pg
（6-3）
当介质为空气时
18
m/s
由上式可见Vt
dp2,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。
Rep
dpuc
1
得
uc
dp
2
代入（6-2）得：
dc2.633
p
（6-4）
g
一般说来方程式
6-3应用于粒径小于
50μm的球形尘粒，小于100μm得尘粒误差也不大。
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
s
=c·u·Stocks
c为修正系数，在空气中温度为
20℃，压强为1atm时，c10.172
dp
dp为μm。
在其它温度下，Kc值就变化，Kc
6.021104
T
1
dp
（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。
1．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（t
L
H
L
H
）应大于或等于尘粒从顶部沉降到灰斗的时间（tc
Vt
），即：
Vt
V
V
WV
ωsH
L
W
L
V净气H
Vts
dp2
pg
100%捕集的最小粒径
dmin
将Vt
代入上式，可求出沉降室能
18
1
18Hu
18Q
2
dmin
pgL
gpLW
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。
常取
0.3—0.5m/s，
一般取0.2—2m/s。
沉降室的设计：
概括1.沉降时间t
L
2.沉降速度（按要求沉降的最小颗粒）
V
2．沉降室尺寸
先按
us
dp2
pg
V和沉降
算出捕集尘粒的沉降速度
s
18
u，在假设沉降室内的气流速度
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：
LHV
Vt
沉降室宽度：
W
Q
Q为处理气流量，m3/s
HV
（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。
颗粒需要降落的距离可通过在除尘室中放置一些水平隔板而缩短。
类型：
重力沉降室可放置导流板，以改变气流的方向，以产生惯性作用，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、实际性能和测试
沉降式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。
1．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。
L
H
V
Vt
1
18Vtmin
18
HVt
2
（3）．能100%沉降的最小粒径
（重点）
dmin
g
pgL
pg
2．设计的主要内容
根据粒径dp算出1）Vt；2）初始确定：
V、H,，根据L
HV求长度L。
Vt
3）根据进气量Q求宽度B，Q=VBH.
电除尘器（出计算题）
5.4粒子的捕集（只在本节出题）
一、驱进速度
在电场中粉尘的运动主要受静电力和空气动力支配。
静电力F1qEpEp——粒子所处位置的集尘电场强度，V/m
空气动力主要是由于粉尘和气体之间的相对运动所引起的阻力按斯托克斯公式计算：
F23dp二力相等时，即F1=F2时，尘粒就达到一个极限速度或终末速度：
qEp
3dp
ω称为尘粒的驱进速度。
从式中可看出，驱进速度ω与尘粒的荷电量、粒径、电场强度及
气体的粘性有关，其方向与电场方向一致，垂直于集尘电极表面。
因尘粒的荷电量取决于两
种荷电机制，故可根据粒径大小确定以哪种荷电方式为主，可得以下驱进速度公式：
p
0dpE0Ep
较大尘粒：
（场荷电的饱和电荷值代入即得）
p2
小于0.2μm的尘粒以扩散荷电方式为主，按怀特公式计算掂量，但这时的空气阻力
Fa
因分子减产生滑移而减小，需用肯宁输—斯托克斯修正系数
c加以修正，得下式：
qEpc
按此式计算的驱进速度仅是尘粒的平均驱进速度的近似值，
因为电场中各点
3dp
的场强并不相同，荷电量的计算值是近似的，此外，气流、粉尘特性等的影响也未考虑进去。
二、捕集效率方程式（多依奇方程式）（重点）
电除尘器捕集效率与粉尘性质、场强、气流速度、气体性质及除尘器结构等因素有关，
所以严格地从理论上推导捕集效率方程式是困难的，必须作一定的假设。
关于捕集效率方程式由许多专家从理论上进行了研究，并推导出了计算式，下面我们介绍两个：
1．多依奇（Deutsch）方程式：
于1922年提出，他在推导过程中作了一系列假设，主要有：
①电除尘器中的气流为紊流状态，通过除尘器任一横断面的粉尘浓度是均匀分布
的；
②进入除尘器的粉尘立刻达到了饱和荷电；
③忽略电风、气流分布不均匀、二次扬尘等的影响。
在此介绍一下紊流状态：
在工业生产中应用的电除尘器皆处于紊流区域内。
在紊流状
态下，较小尘粒运动主要取决于空气动力特性。
它们的运动轨道无法准确预计，但在集尘极
板附近的边界层中，由于摩擦使紊流减弱了，每一尘粒都有一垂直于集尘极板的速度分量ω，
其大小与气流速度v具有相同的数量集，因而在时间间隔t内，在离极板为ωt的气流层内
的粉尘皆能尘降到长度为L的集尘极表面上。
气流
紊流区
电晕线
v
ω
Vr
L
集尘板
推导过程如下：
含尘气流Ci
C
C+dL
清洁气流C0
dx
V
出口
入口
ω
x
设气体流向为
x，气体和粒子的流速皆为
v（m/s），气体流量Q（m3/s），粒子浓度为
c（g/m3），
流动方向上每单位长度的集尘板面积a（m2/m），总集尘极板面积Ac（m2），极板长度为L（m），
流动方向上的横截面积为A（m2），粒子驱进速度为ω（m/s），则在dt时间内于dx空间捕
集的粒子质量为：
dmadxcdtFdxdc由于vdt=dx，代入上式得：
adxdc将其从除尘器入口（浓度为Ci）到出口（浓度为C0）进行积分，并
Fvc
考虑Fv=Q,对上式积分，则得到理论捕集方程式：
L
a
c0
Fv
dx
0
ci
dc
c
a
Lln
c0
Fv
ci
c0
ciexp
a
L
Fv
Fv=Q，
aL=A，代入上式得：
c0
A
因为
ciexp
Q
多依奇方程式：
cic0
1
c0
1exp
A
ci
ci
（重点）
Q
线板式电除尘器：
1exp
L
sv
L——电场长度；
S——电晕线与集尘板距离；
V——气流速度。
对半径为b的圆管式电除尘器：
2L
1exp
bv
多依奇方程式概括地描述了效率与集尘极板表面积，气体流量和粉尘驱进速度之间的关
系，指明了提高电除尘器捕集效率的途径，
因而被广泛应用在电除尘器的性能分析和设计中
如果粒子比电阻过低，即导电能力强，则带负电的粒子到达集尘极后，不但未将负离子转移到集尘极上进行电性中和而被捕集，反而立刻放出所带负电荷、获得正电荷。
若正电荷形成的斥力大于粒子的粘附力，则沉积的粒子又被排斥到气流中，形成重返气流，造成粒子
沿着极板表面跳动着前进，最后被气流带出除尘器。
石墨、炭黑和金属粉末等都属于这种低阻型粉尘。
反之，若粒子比电阻过高，即导电性差，如水泥、铅、锌等，则称高阻型粉尘。
这种粉
尘到达集尘极后释放电荷很慢，并残留着部分电荷，这不但会排斥随后而至的带有同性电荷的粒子，影响其沉降，而且引起粉尘层空隙中的气体被电离，发生电晕放电。
这种在集尘极上产生电晕放电的现象称为反电晕。
另外，电晕产生正离子和负电子，正离子穿过极间区域向电晕极运动，会使集尘场强减弱，粒子所带负电荷部分被正离子中和，粒子电荷减少，因而削弱了粒子的沉降，捕集效率显著降低。
（09年简答题）
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