粉尘粒径分布测定实验装置说明书

粉尘粒径分布测定实验装置说明书
发布者：信息资讯 发表时间:2019-12-11

通风与除尘中所研究的粉尘都是由许多大小不同粉尘粒子所组成的聚合体。粉尘的粒径分布也叫分散度—即粉尘中各种粒径或粒径范围的尘粒所占的百分数。以数量统计形式表征的粉尘粒径布称为粉尘粒径数量分布；以质量统计形式表征的粉尘粒径分布称为粉尘粒径质量分布。
粉尘的粒径分布不同，其对人体到的危害以及除尘的机理也都不同，掌握粉尘的粒径分布是进行除尘器设计和研究的基本条件。
一、粉尘粒径分布测定实验装置的实验目的：
(1) 掌握使用移液管法测定粉体粒度分布的原理和方法；
(2) 加深对Stokes颗粒沉降速度方程的理解，灵活运用该方程；
(3) 根据粒度测试数据，能作出粒度累积分布曲线主频率分布曲线。
二、粉尘粒径分布测定实验装置的实验原理：
本实验使用液体重力沉降法（安德逊移液管法）来测定分析粉尘的粒径分布。
液体重力沉降法是根据不同大小的粒子在重力作用下，在液体中的沉降速度各不相同这一原理而得到的。粒子在液体（或气体）介质中作等速自然沉降时所具有的速度，称为沉降速度，其大小可以用斯托克斯公式表示。

       （1）
式中：v_t— 粒子的沉降速度，cm/s；   μ — 液体的动力黏度，g/(cm·s)
  ρ_p— 粒子的真密度， g/cm³；    ρ_L— 液体的密度，g/cm³
  g — 重力加速度，981cm/s²；    d_p—粒子的直径， cm。
由式（1）可得

（2）
这样，粒径便可以根据其沉降速度求得。由于沉降速度是沉降高度与沉降时间的比值，以此替换沉降速度。使上式变为

（3）
式中：H — 粒子的沉降高度，cm； t — 粒子的沉降时间，s
粒子在液体中沉降情况可用图1表示。粉样放入玻璃瓶内某种液体介质中，经搅拌后，使粉样均匀地扩散在整个液体中，如图1中状态甲。经过t₁后，因重力作用，悬浮体由状态甲变为状态乙。在状态乙中，直径为d₁的粒子全部沉降到虚线以下，由状态甲变到状态乙，所需时间为t₁。根据式（3）应为

甲乙丙丁

图 1 颗粒在液体中的沉降状态示意图

粒径为d₂粒子全部沉降到虚线以下（即达到状态丙）所需时间为

；同理，

根据上述关系，将粉体试样放在一定液体介质中，自然沉降，经过一定时间后，不同直径的粒子将分布在不同高度的液体介质中。根据这种情况，在不同沉降时间，不同沉降高度上取出一定量的液体，称量出所含有的粉体质量，便可以测定出粉体的粒径分布。

三、粉尘粒径分布测定实验装置的实验步骤：
1、沉降瓶有效容积V的检定：
① 加水至略低于沉降瓶标线处，用温度计测定水温并记录；
② 插入吸液管，并使三通旋塞置于吸液状态，调节水面准确到20cm标线；
③ 取出吸液管，将沉降瓶中的水移至1000ml量筒中，测定体积V。
2、吸液一次液面下降高度 △h的标定：
① 与步骤1的①、②相同；
② 用吸液管连续n次抽吸、排液，记录相应液面下降总高度H_n，则每次吸液后，液面下降高度△h=H_n/ n。
3、测定移液管有效长度—20cm标线即至底部的长度。
4、将粉样按粒径大小分组（如50~40、40~30、30~20、20~10、10~5μm)，按式（3）计算出每组内最大粉粒由液面沉降到移液管底部所需的时间，即为该粒径的预定吸液时间，并把它填入记录表内。
5、悬浊液的制备与装入
① 称取约6g干燥过的粉体，精确至1/10000g，放入烧杯中，先向烧杯中加入50~100mL的分散液，使粉体全部润湿后，再加液到300mL左右。
② 把悬浊液搅拌15min左右，倒入沉降瓶中，把移液管插入沉降瓶中，然后由通气孔继续加分散液直到零刻度线（即600mL）为止。
6、测定
① 一手持沉降管底，另一手执其上部，并以手指堵住通气孔，将沉降管作上下振荡，并时而倾倒振荡，持续2～3分钟。振荡终了时，迅速反复倾倒。然后置于平台上，按下秒表，作为沉降开始时刻（t=0）。
② 按步骤4计算出的预定吸液时间进行吸液。匀速向外拉注射器，使液体沿移液管缓缓上升至10mL刻度线，立即关闭活塞，使液体和排液管相通，匀速向里推注射器，使10mL液体被压入已称重的称量瓶（注意要先做好编号）内。然后由排液管吸蒸馏水冲洗10mL容器，冲洗水排入称量瓶中，冲洗进行2~3次。
按上述步骤根据计算的预定吸液时间依次操作，直至最小粒径为止。
③ 试样的干燥和称量
把全部称量瓶放入电烘箱中，在低于100℃的温度下烘干，然后再置于干燥器内，冷却至常温，取出称量。
吸液应注意的问题
（1）每次吸10mL样品要在15s左右完成，则开始吸液时间应比计算的预定吸液时间提前0.5*15=7.5s。
（2）每次吸液应力求为10mL，太多或太少的样品应作废。
（3）吸液应匀速，不允许移液管中液体倒流。
（4）向称量瓶中排液时，应防止液体测出。
四、粉尘粒径分布测定实验装置的数据记录与处理：
1、数据记录
将测定实验数据记录于表1、表2
表1 吸液管检定、试样及分散液物性

沉降管	沉降管有效容积V/mL
	吸液一次液面下降值△h/cm
	沉降管中吸液管有效长度/cm
试样	试样名称
	真密度/g·cm^-3
	试样质量/mg
分散液	分散剂名称
	分散液温度/℃
	分散液粘度/g·cm^-1·s-¹
	分散剂浓度/ g·L^-1
	10mL分散液含分散剂质量m_d/g

表2 测试结果

项目抽吸次数	1	2	3	4	5	6
沉降高度H_i /
粒径 d_i/μm	50	40	30	20	10
沉降时间 t_i /sec
称量瓶编号
空称量瓶质量 m₀_i/g
试样烘干后称量瓶质量P_i/g
称量瓶增重(P_i－m_0i)/g
粉体试样质量/g m_i=P_i－m_0i－m_d
筛下累积百分数F_i/%

2、数据处理
各粒径的筛下累计百分数按下式计算

式中 F_i—粒径为d_i的粉尘的筛下累计百分数，%
m_c: —10mL原始样液的含尘量，g
根据表2作出质量累积频率分布曲线和质量密度分布曲线（可用Excel处理）

样图
附：水的粘度(×10³Pa·s)

温度℃	0	1	2	3	4	5	6	7	8	9
0	1.787	1.728	1.671	1.618	1.567	1.519	1.472	1.428	1.386	1.346
10	1.307	1.271	1.235	1.202	1.169	1.139	1.109	1.081	1.053	1.027
20	1.002	0.9779	0.9548	0.9325	0.9111	0.8904	0.8705	0.8513	0.8327	0.8148
30	0.7975	0.7808	0.7647	0.7491	0.7340	0.7194	0.7052	0.6915	0.6783	0.6654
40	0.6529	0.6408	0.6291	0.6178	0.6067	0.5960	0.5856	0.5755	0.5656	0.5561

注：1P（泊）=1 g/(cm·s)=0.1 Pa·s
例如：20℃时，水的水的粘度为1.002×10^-3Pa·s=0.01002 g/(cm·s)

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