粉塵粒徑分布測定試驗-安德遜移液管法

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通風(fēng)與除塵中所研究的粉塵都是由大量大小不同粉塵粒子所組成的聚合體。粉塵的粒徑分布也叫分散度—即粉塵中各種粒徑或粒徑范圍的塵粒所占的百分?jǐn)?shù)。以數(shù)量統(tǒng)計形式表征的粉塵粒徑布稱為粉塵粒徑數(shù)量分布；以質(zhì)量統(tǒng)計形式表征的粉塵粒徑分布稱為粉塵粒徑質(zhì)量分布。

粉塵的粒徑分布不同，其對人體到的危害以及除塵的機(jī)理也都不同，把握粉塵的粒徑分布是進(jìn)行除塵器設(shè)計和研究的基本條件。

一、試驗?zāi)康?/p>

(1)把握使用移液管法測定粉體粒度分布的原理和方法；(2)加深對Stokes顆粒沉降速度方程的理解，靈活運用該方程；(3)根據(jù)粒度測試數(shù)據(jù)，能作出粒度累積分布曲線主頻率分布曲線。

二、試驗原理

本試驗使用液體重力沉降法（安德遜移液管法）來測定分析粉塵的粒徑分布。液體重力沉降法是根據(jù)不同大小的粒子在重力作用下，在液體中的沉降速度各不一致這一原理而得到的。粒子在液體（或氣體）介質(zhì)中作等速自然沉降時所具有的速度，稱為沉降速度，其大小可以用斯托克斯公式表示。

vt?2(?p??L)gdp18?（1）

式中：vt—粒子的沉降速度，cm/s；μ—液體的動力黏度，g/(cm·s)

ρp—粒子的真密度，g/cm3；ρL—液體的密度，g/cm3g—重力加速度，981cm/s2；dp—粒子的直徑，cm。由式（1）可得

dp?18?vt?(?p??L)g18?H（2）

(?p??L)gt這樣，粒徑便可以根據(jù)其沉降速度求得。由于沉降速度是沉降高度與沉降時間的比值，以此替換沉降速度。使上式變?yōu)?/p>

t?18?H（3）2(?p??L)gdp式中：H—粒子的沉降高度，cm；t—粒子的沉降時間，s粒子在液體中沉降狀況可用圖1表示。粉樣放入玻璃瓶內(nèi)某種液體介質(zhì)中，

經(jīng)攪拌后，使粉樣均勻地擴(kuò)散在整個液體中，如圖1中狀態(tài)甲。經(jīng)過t1后，因重力作用，懸浮體由狀態(tài)甲變?yōu)闋顟B(tài)乙。在狀態(tài)乙中，直徑為d1的粒子全部沉降到虛線以下，由狀態(tài)甲變到狀態(tài)乙，所需時間為t1。根據(jù)式（3）應(yīng)為

甲乙丙丁

圖1顆粒在液體中的沉降狀態(tài)示意圖

t1?18?H2(?p??L)gd1粒徑為d2粒子全部沉降到虛線以下（即達(dá)到狀態(tài)丙）所需時間為

t2?18?H18?H；同理，t?i22(?p??L)gd2(?p??L)gdi根據(jù)上述關(guān)系，將粉體試樣放在一定液體介質(zhì)中，自然沉降，經(jīng)過一定時間后，不同直徑的粒子將分布在不同高度的液體介質(zhì)中。根據(jù)這種狀況，在不同沉降時間，不同沉降高度上取出一定量的液體，稱量出所含有的粉體質(zhì)量，便可以測定出粉體的粒徑分布。

三、儀器與材料

液體重力沉降瓶（如圖2）、稱量瓶、恒溫水浴，分析天平、烘箱、枯燥器、秒表、溫度計、燒杯、1000ml及100ml量筒等。

分散液：六偏磷酸鈉（Ar=611.8）水溶液，濃度為0.003mol/L。

粉塵：滑石粉，真密度為2.7g/cm3；。

注：圖1的球形漏斗容積為10ml

四、試驗步驟

1、沉降瓶有效容積V的檢定：

①加水至略低于沉降瓶標(biāo)線處，用溫度計測定水溫并記錄；

②插入吸液管，并使三通旋塞置于吸液狀態(tài)，調(diào)理水面確鑿到20cm標(biāo)線；③取出吸液管，將沉降瓶中的水移至1000ml量筒中，測定體積V。2、吸液一次液面下降高度△h的標(biāo)定：①與步驟1的①、②一致；

②用吸液管連續(xù)n次抽吸、排液，記錄相應(yīng)液面下降總高度Hn，則每次吸液后，液面下降高度△h=Hn/n。

3、測定移液管有效長度—20cm標(biāo)線即至底部的長度。

4、將粉樣按粒徑大小分組（如50~40、40~30、30~20、20~10、10~5μm)，按式（3）計算出每組內(nèi)最大粉粒由液面沉降到移液管底部所需的時間，即為該粒徑的預(yù)定吸液時間，并把它填入記錄表內(nèi)。5、懸濁液的制備與裝入

①稱取約6g枯燥過的粉體，確切至1/10000g，放入燒杯中，先向燒杯中參與50~100mL的分散液，使粉體全部潤濕后，再加液到300mL左右。

②把懸濁液攪拌15min左右，倒入沉降瓶中，把移液管插入沉降瓶中，然后由通氣孔繼續(xù)加分散液直到零刻度線（即600mL）為止。6、測定

①一手持沉降管底，另一手執(zhí)其上部，并以手指堵住通氣孔，將沉降管作上下振蕩，并時而傾倒振蕩，持續(xù)2～3分鐘。振蕩終了時，迅速反復(fù)傾倒。然后置于平臺上，按下秒表，作為沉降開始時刻（t=0）。

②按步驟4計算出的預(yù)定吸液時間進(jìn)行吸液。勻速向外拉注射器，使液體沿移液管緩緩上升至10mL刻度線，馬上關(guān)閉活塞，使液體和排液管相通，勻速向里推注射器，使10mL液體被壓入已稱重的稱量瓶（注意要先做好編號）內(nèi)。然后由排液管吸蒸餾水沖洗10mL容器，沖洗水排入稱量瓶中，沖洗進(jìn)行2~3次。

按上述步驟根據(jù)計算的預(yù)定吸液時間依次操作，直至最小粒徑為止。③試樣的枯燥和稱量

把全部稱量瓶放入電烘箱中，在低于100℃的溫度下烘干，然后再置于枯燥器內(nèi)，冷卻至常溫，取出稱量。吸液應(yīng)注意的問題

（1）每次吸10mL樣品要在15s左右完成，則開始吸液時間應(yīng)比計算的預(yù)定吸液時間提前0.5*15=7.5s。

（2）每次吸液應(yīng)力求為10mL，太多或太少的樣品應(yīng)作廢。（3）吸液應(yīng)勻速，不允許移液管中液體倒流。（4）向稱量瓶中排液時，應(yīng)防止液體測出。

五、數(shù)據(jù)記錄與處理1、數(shù)據(jù)記錄

將測定試驗數(shù)據(jù)記錄于表1、表2

表1吸液管檢定、試樣及分散液物性

沉降管試樣沉降管有效容積V/mL吸液一次液面下降值△h/cm沉降管中吸液管有效長度/cm試樣名稱真密度/g·cm-3試樣質(zhì)量/mg分散劑名稱分散液分散液溫度/℃分散液粘度/g·cm-1·s-1分散劑濃度/g·L-110mL分散液含分散劑質(zhì)量md/g

表2測試結(jié)果

項目抽吸次數(shù)沉降高度Hi/粒徑di/μm沉降時間ti/sec稱量瓶編號空稱量瓶質(zhì)量m0i/g試樣烘干后稱量瓶質(zhì)量Pi/g稱量瓶增重(Pi－m0i)/g粉體試樣質(zhì)量/gmi=Pi－m0i－md篩下累積百分?jǐn)?shù)Fi/%

50140230320410562、數(shù)據(jù)處理

各粒徑的篩下累計百分?jǐn)?shù)按下式計算

Fi?Pi?m0i?mdmc

式中Fi—粒徑為di的粉塵的篩下累計百分?jǐn)?shù)，%mc:—10mL原始樣液的含塵量，g

根據(jù)表2作出質(zhì)量累積頻率分布曲線和質(zhì)量密度分布曲線（可用Excel處理）

8001009080700600頻度7060500400300202300000.10.20.3粒徑dp0.40.5Fi5040302023000.10.2dp0.30.40.5樣圖

附：水的粘度(×103Pa·s)溫度℃00102030401.7871.3071.0020.79750.652911.7281.27121.6711.23531.6181.20241.5671.16951.5191.13961.4721.10971.4281.08181.3861.05391.3461.0270.97790.95480.93250.91110.78080.76470.74910.73400.64080.62910.61780.60670.89040.87050.7194