2024年5月30日发(作者：)
粉尘粒径分布测定实验
一、原理：
除尘系统所处理的粉尘均具有一定的粒度分布。粉尘的分散度不同，对人体健康危害的影响程度和适用的除尘机
理就不同。对粉尘的粒径分布进行测定可以为除尘器的设计、选用及除尘机理的研究提供基本的数据。粉尘粒径分布
的测定方法包括有巴柯离心分级测定法，液体重力沉降法（移液管法）和惯性冲击法等。本装置系统为液体重力沉降
法（移液管法）。
液体重力沉降法（移液管法）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进行
的。粒子在液体介质中作等速自然沉降时所具有的速度称为沉降速度，而沉降速度是沉降高度与沉降时间的比值。通
过对混合均匀的颗粒物悬浮液在不同沉降时间、不同沉降高度上取出一定量的液体，称量出其所含有的粉体质量，便
可通过斯托克斯公式及沉降速度、时间和高度的关系求出。
二、系统构成：
系统主要包括液体重力沉降瓶、称量瓶、采用透明有机玻璃制作恒温水浴等。(图)
三、技术参数：
1、环境温度：5℃～40℃、
2、可在0~100μm自由选择分为3段(≤40μm、≤30μm、≤20μm)。
3、装置尺寸：1000×500×1200
四、实验装置的组成和规：
1、沉降瓶3只；2、移液管1只；3、带三通活塞的 10mL容器3只；4、 称量瓶5只；5、注射器大小各1只；6、
乳胶皮管3根。7、透明有机玻璃制作恒温水浴1套、8、控制温度系统1套、9、防水面板及不锈钢实验台架1套
五、辅助设备（由用户自备）：
烘箱、分析天平、干燥器等。
移液管法测定粉尘粒径分布
一、实验目的：
掌握液体重力沉降法（移液管法）测定粉尘粒径分布的方法。
二、实验原理：
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：
ρ－ρ）gd
υ
t
＝
（
18μ
（2-10-1）
pL
2
p
式中：υ
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/m
3
；
ρ
L
——液体的真密度，g/m
3
；
g——重力加速度，cm/s
2
；
d
p
——粒子的直径，cm。
18μυ
由式（2-10-1）可得：d
p
＝√
（
（2-10-2）
ρ—ρ）g
t
pL
这样，粒径便可以根据其沉降速度求得。但是，直接测得各种粒径的沉降速度是困难的，而沉降速度是沉降高度
18μH 18μH
与沉降时间的比值，以此替换沉降速度，使上式变为：d
p
＝√
（ρ—ρ）gt
或 t＝
（ρ—ρ）
gd
（2-10-3）
pLpL
2
p
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2-10-1表示。粉样放入玻璃瓶内某种液体介质中，经搅拌后，使粉样均匀的扩散在
整个液体中，如图2-10-1中状态甲。经过t
1
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d
1
的
18μH
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t
1
。根据式（2-10-3）应为：t
1
＝
（ρ—ρ）gd
。
pL
2
1
同理，直径为d
2
的粒子全部沉降到虚线以下（即到达状态丙）所需时间为：
18μH
t
2
＝
（ρ—ρ）gd
。
pL
2
2
18μH
直径为d
3
的粒子全部沉降到虚线以下（即到达状态丁）所需时间为：
（ρ—ρ）gd
。
pL
2
3
图2-10-1 粒子在液体中沉降示意图
甲 乙 丙 丁
H
粒径为d
1
粒径为d
2
粒径为d
3
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。 图2-10-2 液体重力沉降法测定粉体粒
三、仪器设备和试剂：
1、实验装置示意图如图2-10-2。 5 6 3
2、本实验需用下列仪器设备：
1
液体重力沉降瓶1套 4 ○
（包括沉降瓶、移液管、带三通活塞的10ml梨形容器）；
2
灌肠注射器1支； 1、沉降瓶 2、移液管 1 ○
3
称量瓶8个； 3、带三通活塞的10ml梨形容器 ○
4
分析天平1台（分度值为0.0001g）○： 4、称量瓶 5、注射器 6、乳胶管 2
5
水银温度计1支（温度范围为0～50℃，分度值为0.5℃）○；
6
透明恒温水槽1个； ○
7
电烘箱1台； ○
8
干燥器1个； ○
9
烧杯2个； ○
10
○搅拌器1台；
11
○乳胶管2m；
12
○秒表1块。
3、根据粉体种类不同，所用的分散液也不同，可参考表2-10-1选用。
本实验的粉体采用滑石粉。分散液为六偏磷酸钠水溶液，浓度为0.003mol/l。六偏磷酸钠分子式为（NaPO
3
）
6
，相
对分子质量为611.8。
表2-10-1 各种粉尘常用的分散液和分散基
粉尘名称 分散液 分散剂
环已醇
铜
丁醇
环已醇
锌
金属
水 2％六偏磷酸钠
环已醇
铝
金属氧化物
铁
铅
氧化铜（CuO）
氧化锌（ZnO）
三氧化二铝（Al
2
O
3
）
二氧化硅（SiO
2
）
氧化铅（PbO）
铅丹（Pb2O3）
二氧化二铁（Fe2O3）
氧化钠（CaO）
二氧化锰
碳酸锰（MnCO
3
）
碳酸钙（CaCO
3
）
磷酸钙[Ca（PO
4
）
2
]
氯化汞（HgCl）
氯化钾（KCl）
玻璃
萤石（氟石）
石灰石
菱镁矿
陶土
石棉
滑石粉
水泥
盐类
无机物
水
豆油+丙醇（1∶1）
环已醇
水
水
水
水
水
水
环已醇
水
水
乙二醇
水
水
水
水
环已醇
水
水
水
水
水
豆油+丙醇（1∶4）
水
煤油
乙二醇
酒精
酒精、煤油
丁醇
水
苯
水
有机物
煤灰
焦炭
煤
纤维素
塑料粉体
2％油酸钠
2％六偏磷酸钠
2％六偏磷酸钠
2％六偏磷酸钠
2％六偏磷酸钠
2％六偏磷酸钠
2％六偏磷酸钠
2％六偏磷酸钠
0.03mol/l焦磷酸钠
六偏磷酸钠
2％六偏磷酸钠
2％六偏磷酸钠
焦磷酸钠
2％六偏磷酸钠
2％六偏磷酸钠
2％六偏磷酸钠
2％六偏磷酸钠
2％六偏磷酸钠
0.003mol/l六偏磷酸
钠
0.006mol/l油酸
0.05％氯化钙（CaCl
2
）
四、实验步骤：
（一）准备工作：
1、 把所需玻璃仪器清洗干净，放入电烘箱内干燥，然后在干燥器中自然冷却至室温；
2、 取有代表性的粉体试样30～40g（如有较大颗粒需用250目的筛子筛分，除去86μm以上的大颗粒），放入电
烘箱中，在（110±5）℃的温度下干燥1h或至恒重，然后在干燥器中自然冷却至室温；
3、 配制浓度为0.003mol/l的六偏磷酸钠水溶液作为分散液（解凝液），数量可根据需要定；
4、 把干燥过的称量瓶分别编号，称量；
5、 测定沉降瓶的有效容积，将水充满到沉降瓶上面零刻度线（即600ml）处，用标准量筒测定水的体积；
6、 读出移液管底部刻度数值，测定移液管（长、中、短）有效长度，然后把自来水注入沉降瓶中到零刻度线（即
600ml）处，每吸10ml溶液，测定液面下降高度；
7、 将粉样按粒径大小分组，如(≤40μm、≤30μm、≤20μm)，按式（2-10-3）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，即为该粒径的预订吸液时间，并把它填入记录表内；
8、 调节透明恒温水槽中的水温，使与计算沉降时间所采用的温度一致。如无透明恒温水槽，可在室温下进行测定。
下面仅按无透明恒温水槽的情况进行操作；
9、 在一烧杯中装满蒸馏水，准备用其冲洗每次吸液后附在容器壁上的粉粒。
（二）操作步骤：
1、 称取6～10g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、 把悬浮液搅拌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；
3、 将沉降瓶上下转动，摇晃数次，使粉粒在分散液中分散均匀，停止摇晃后，开始用秒表计时，作为起始沉降时
间。同时记下室温；
4、 按计算出的预订吸液时间进行吸液。匀速向外拉注射器，液体沿移液管缓缓上升，当吸到10ml刻度线时，立
即关闭活塞，使10ml液体和排液管相通，匀速向里推进注射器，使10ml液体被压入已称重的称量瓶内。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订吸液时间依次进行操作，直到要求测的最小粒径为止。同时记下室温。
5、 全部称量瓶放入电烘箱中，在小于100℃的温度下进行烘干，待水分全部蒸发后，再在（110±5）℃的温度烘
1h或至恒重。然后在干燥器中自然冷却至室温，取出称量。
（三）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订吸液时间提前
1
15＝7.5s。
2
×
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，应防止液体溅出。
五、实验结果的整理：
有关实验数据和计算结果记入表2-10-2中。（表中数值精确到小数点后四位）
≤di（μm）
≤20μm
≤30μm
≤40μm
预订吸液时间(s) m
1
(g)
t
20
=
t
30
=
t
40
=
m
2
(g)
m
3
(g)
0.0183
0.0183
0.0183
m
i
(g)
m
20
＝
m
30
＝
m
40
＝
筛下累计频率Di
D
20
=
D
30
=
D
40
=
（假设液面到移液管底部的距离为30cm）
注意： 0.99>D
40
> D
30
>D
20
>0.1
t
20
> t
30
> t
40
ρ
p
=2311.2 kg/m
3
; ρ
L
=1.2 kg/m
3
；
μ＝1.81*10
-5
Pa
.
s; H=30cm；
0.1> m
40
> m
30
> m
20
； m
2
为10g左右
1、粒径小于d
i
的粉体的质量（在10ml吸液中）为：m
i
＝m
1
－m
2
－m
3
式中：m
1
——烘干后称量瓶和剩余物（小于d
i
的粉体）的质量，g；
m
2
——称量瓶的质量，g；
m
3
——10ml分散液中含分散剂的质量，g。
m
3
＝611.8×0.003×10/1000＝0.0183（g）
2、粒径为d
i
的粉体的筛下累计分布为：D
i
＝
m
100％
m
×
i
0
式中：m
0
——10ml原始悬浮液中（沉降时间t＝0时）的粉体质量，g。
6
如果最初加入的粉体为6g，则：m
0
＝
600
×10＝0.1g
六、讨论：
为什么吸液过程中不允许吸液管内液体倒流？
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