洁净技术讲稿1-3

空气洁净技术空气洁净技术课程性质：选修2学分空气洁净技术：指除去空气中的污染物质，控制房间或空间内空气达到洁净要求的技术。空气中的污染物：粉尘、烟雾、微生物、花粉等。现代科学与工业产生技术的发展，对空气洁净度提出严格要求，现代生物医学的发展，对空气中细菌数量的控制要求。本课程教学目标：掌握、了解空气洁净技术的基本原理、理论及其应用，为工程实践应用打下基础。选用教材：许钟麟著，《空气洁净技术原理》，原书共16章，选编其中11章（课时、成本），专著与教材有区别。考核方式：开卷/闭卷结合空气洁净度的意义加工的精密化产品的微型化产品的高纯度产品的高可靠性洁净室技术的发展第一，朝鲜战争中美国发现其大量电子仪器失灵，返修率甚高，最后终于找到主要原因在于灰尘作怪，这促成了掐净室技术的起步。第二，1957年苏联第一颗人造卫星上天后，刺激美国加速发展宇航事业，特别是阿波罗号登月，不仅精密机械加工和电于控制仪器要求净化。而且为了从月球带回岩石，对容器、工具的洁净度有严格要求，其加工环境必须超净，因而动洁净室技术和设备的大发展，出现了层流技术和百级洁净室，出现了第一个洁净室标准。第三，1970年1K位的集成电路进入大生产时期，中国不久也开始集成电路会战，使洁净室技术得以腾飞日本从60年代初到70年代空气洁净技术产品迅猛发展，1971年突然急剧降到低谷，但次年又突然飞速发展起来。这还和药品生产对洁净室的需求进入新阶段有关，因为L969年世界卫生组织正式制订了GMP(药品生产质量管理规范)。第四，80年代大规模和超大规模集成电路的发展进一步促进空气洁净技术的发展。第五，即90年代，世界范围的沾海室技术将依探什么动力再发展?生物洁净室与工业洁净室(1)超大规模集成电路生产取得了新发展(2)海湾战争使人们认识到电子技术的极端重要性，可以说，洁净室技术是电子尖端技术的一大支柱。洁净室建设在我国的发展从军工走向民用—制药．医疗、食品从高精走向普及从国内走向国外1微粒及其分布特性空气洁净技术所要对付的主要对象是空气中悬浮的微粒，而微粒分散于气态介质则形成气溶胶。气溶胶：悬浮于气体介质中，粒径范围为0.001~1000μm的固体、液体小粒子形成的胶溶状的分散体系。国际标准化组织给出了更概括的表达形式：气溶胶是指沉降速度可以忽略的固体粒子、液体粒子或固体和液体粒子在气体介质中的悬浮体。我们通常就生活在气溶胶中，组成气溶胶的微粒称为分散相，气态介质称为分散介质。本门课中的微粒系指组成气溶胶的微粒。1.1微粒的分类（1）按微粒的形成方式分类：1）分散性微粒：可以是固态或液态。2）凝集性微粒：由许多更细小的粒子凝结或松散的组合体。（2）按微粒的来源分类①无机性微粒；②有机性微粒；③有生命微粒（3）按微粒大小分类：气溶胶10-3μm~103μm范围很宽分三档：1）可见微粒10μm；2）显微微粒（普通显微镜可见0.25~10μm）；3）超显微微粒超显微镜或电子显微镜下可见0.25μm。（4）微粒的通俗分类1）灰尘：固态分散性微粒，也称粉尘；2）烟：比通俗的烟范围广（物质燃烧时产生的混有未完全燃烧微粒的混合气体），是指熔融物质挥发后生成的气态物质的气凝物，生成过程伴有氧化之类的化学反应；3）雾：比通俗的雾范围广（水蒸汽遇冷时凝结成的小液滴），这里包括所有液态微粒，如SO2水蒸汽产生的H2SO4雾。4）烟雾：区别于烟和雾，烟+雾比单纯烟雾相加范围更大，因为还包括了分散性微粒，如煤粉尘和水蒸汽形成的结合体。1.2微粒大小的量度（1）粒径：粒径的概念，指粉尘颗粒的大小，是一个代表性尺寸，有定向、长轴、短轴、筛分粒径；液体沉降法（斯托克斯粒径）等。在空气洁净技术中，微粒的种类扩大了，粒径的含义相似，是指通过微粒内部的某个长度因次。粒径测定分为两类：1）按微粒的几何性质直接测定，定义用显微镜测出的定向、长轴、短轴等粒径。2）按微类的某种物理性质间接测定定义的。如沉降法：即斯托克斯粒径（定律、速度相等的球体直径），光电法，与标准粒子的散射光强度相等（粒子计算器用此原理）。2）平均粒径能反映全部粒径某种特征的粒径的平均值。教材表1-1给出9种平均直径的名称及意义和求法，用的最多的是算术平均粒径，求法最简单，其次是中值（中位）直径和模型直径。教材对一组832个氯化钠微粒的样本进行各种平均粒径的计算，结果值最大的比质量直径是值最小的几何平均值径的2.93倍。钠焰法测尘简介1.3微粒的统计分布研究微粒的统计分布主要是为了掌握不同类型微粒的分布特性，为对其测试以及除尘净化所采取的技术措施提供依据，图1-4是放大了2万7千倍的氯化钠微粒的照片，可看出微粒是离散的，一个个的个体、大小形状不一，要运用统计学的一些原理进行处理分析。分析微粒的分布规律有两种法：一种是按微粒的粒径分布，一种是按密集度分布，相当于微粒的计数浓度，我们仅介绍按粒径的分布。（1）粒径分布曲线粒径分布表示各种粒径的颗粒所占的比例，也叫微粒的分散度，可以按数量或质量计，以微粒的个数所占的百分比来表示时，称为粒数频率分布，简称频率分布。以微粒的质量所占的百分比表示时称质量分布。还有用表面积分布的，用得少。通常说的微粒分散度是指按粒径的分布，而空气净化中用得最多的又是粒数频率分布。粒径分布曲线是指微粒中某种尺寸的微粒在检测中出现的次数与各种微粒尺寸总的次数的比率或叫频率，以关系曲线的形式表达出来，因微粒都是离散的，分布曲线都是由直方图加以光滑而形成。1）频率分布（相对频率分布）△D%定义：由粒径Dp至Dp+△D之间的微粒的某物理量（粒数或质量）占微粒群同一物理量（总粒数N0或总质量M0）的百分比。以粒数频率分为例分布曲线画法（步骤）前题已准备好某一样本的微粒，准备按粒径或质量表示其粒径分布。可能的问题（组距大或不均匀）%100NND2）频度分布（频率密度分布）φ(D)（%μm-1）定义：粒径组距为一个单位的频率分布PDDD3）筛上累积频率分布（简称筛上分布）R(D)(%)用大于某一粒径DP的全部微粒某一物理量（粒数或质量）占微粒群该物理量的百分数表示。随差粒径增大，R(D)越来越小，图1-13形象给出大于某一粒径的微粒量在总量中的比例。PPDDPPdDDDDDR4）筛下累积频率分布(简称筛下分布)D(D)(%)用小于某一粒径DP的全部微粒的某一物理量（粒数或质量）占微粒群该物理量的百分数表示。随着粒径DP的增大，D(D)值应逐渐增大，当DP→最大时D(D)=1，全部漏到筛下。PPDPDPdDDDDDD005)双峰和多峰分布即微粒的频率分布曲线中出现了两个或两个以上的峰值，一般不会出同在固体微粒中，教材图1-14，图1-15分别是两种液体雾化后的气溶胶微粒，机油和DOP气溶胶。DOP全称为邻笨二甲酸二辛脂，常用来作检测高效过率器过滤效率的尘粒源。其加热发生的DOP粒子近似认为单分散相，dp≈0.3μm，加压喷射形成的DOP雾则为多分散相。用DOP粒子计数测量过滤器效率的方法称DOP法。（2）粒径的正态分布和对数正态分布正态分布是自然界和工程技术的统计量中最普遍的分布规律,我们所讨论的微粒的分布也不例外，也基本上服从正态分布。那么正态概率密度曲线即正态分布曲线就是服从某正态分布的一群微粒的频率分布曲线，其频率分布值可由概率密度函数来表示。22221DdiedniiDdN21iiinDdn2服从正态分布的微粒各其累积分布频率在正态概率纸上是一条直线，不完全服从则画不出直线.洁净技术遇到的微粒，大部分近似服从正态分布。为了利用正态分布在正态概率纸上累积分布为直线这一特性，对于非正态分布的微粒样本以对数坐标作为横坐标，对粒径（区间）取对数作粒径组距，采用频率分布方法，就能得到接近正态分布的曲线，图1-20是图1-11经对数处理后的分布图形，那么在对数正态概率纸上其累积分布就是一条直线，图1-22上曲线3是图1-11在对数概率坐标纸上的分布，因是非正态，所以有个别点有一定离差，这就是所谓的对数正态分布。不同的微粒样本，其分布在对数正态概率纸上是不同的直线。（3）在双对数纸上的粒径分布洁净环境空气中所涉及到的各种粒径的灰尘粒子在双对数坐标纸上按粒径的粒数分布接近平行的直线（斜率基本相同），分布规律一样，这是很重要的一个性质。右图是一直洁净室空气中灰尘粒径与粒数在双对数纸上的分布关系，我们依据该直线只要测出某一粒径的浓度（个/L）就能方便地查出任一其它粒径尘微的颗粒数，不同洁净级别的洁净室都有一条分布直线，都几乎平行。2室外空气中的悬浮微粒——大气尘大气尘是空气净化的直接处理对象。大气尘的概念，来源、成分、浓度和分布等方面的情况。当掌握了微粒的一般分布持性以后，就便于进一步研究室外空气中的悬浮微粒即大气尘的若干性状。2室外空气中的悬浮微粒——大气尘2.1大气尘的概念章名即为意义，包括固体微粒，也包括液态微粒，实际上是多分散的气溶胶。洁净技术所要对付的主要是10μm以下的悬浮微粒，过去称作飘尘（不易自由沉降的），现在在我国《大气环境质量标准》中称之为总悬浮微粒，缩写T·S·P，T·S·P=TotalSuspendedParticulate，常出现在晚间电视空气质量通报上，从空气品质的角度讲，可以称之为可吸入微粒。由于大气尘是空气洁净系统由新风引入或可能的门窗渗透形成的污染源，所以有必要对其进行较细的讨论。和工业污染有关的大气尘来源2.2大气尘的发生源（1）自然发生源和人为发生源自然发生源中最容易想到的风所吹起携带的尘粒，然后是植物花粉，实际量较大的还有海水喷沫带入空气中的海盐微粒也会被海风携带很远，还有火山喷发，森林大火等都产生大量的微粒，当然这里面也有的与人为因素分不开，如现在的沙尘暴就与植物被破坏分不开。人为发生源主要是工业技术发展所造成的大气污染，该种污染分为三个阶段：Ⅰ煤烟型，我国还属于此阶段（表2-2）；Ⅱ燃油型污染，SO2→硫酸雾；Ⅲ光化学烟雾（汽车尾气）。和工业污染有关的大气尘来源（2）大气尘的发生量表2-3为各种大气尘发生源发生量的数据，从百分比看，自然发生源占总量93.3%，人工发生源占6.70%，表2-4，2-5则是美国和一些欧洲国家不同产业的年粉尘排放量，t/年，美国1968年总量达1830万吨，表2-6为1994年我国重点城市烟尘、粉尘排放和处理情况，全国平均消烟除尘率90.7%，工艺废气净化处理率仅为74.5%，加重空调通风的净化负担。§2-3大气尘的组成无机性非金属微粒、金属微粒、有机性微粒、有生命微粒（生物粒子）。2.4大气尘的浓度（1）浓度表示方法（大气尘三种表示法）1）计数浓度：单位体积空气中含尘粒的个数，粒/m3，习惯用“粒/升”，洁净技术中用得最多。2）计重浓度：单位体积空气中含尘粒的质量，mg/m3`。主要用于环境卫生、工业卫生一般性空调，净化空调在讨论过滤器寿命问题时用到，而且计重浓度与计数浓度之间在一定范围内有一定的相关关系，在一定条件下，可互相估算。3）沉降浓度：单位时间、单位面积上自然沉降下来的尘粒的粒数或质量，单位粒/cm2·h或t/km2月，多用于环境监测，常用t/km2月，在生物净化中也常用沉降浓度，个/皿·h或个/皿·半小时等，皿指9cm平皿。（2）计重浓度计重浓度多用于环境卫生、工业卫生的一些标准中，主要考虑人体健康因素，对标准的制定主要考虑三个方面：1）对健康的客观危害，表2-14，图2-20、2-21，表2-15均为浓度与健康的关系或粒径与呼吸系统的关系。2）人的主观感受，是否感到污染存在，问卷，表2-16。3）不保证程度，即允许多少时间的浓度值超过标准，由必要性（危害大小）及经济性确定。表2-17，东京大气尘设计用计重浓度建议值的变化。表2-18是各国制定的大气尘标准，我国分为三组。表2-19、2-20、2-21为各城市超标情况。（3）计数浓度空气洁净技术中，一般沿有以≥0.5μm的微粒的粒数为准的计数浓度