大气污染控制工程：主要气体参数的换算与计算

本节简单介绍气体主要参数的换算和计算，在大气污染控制工程中会常常用到这些知识。

1.气体的湿度

气体的湿度表示气体中水蒸气含量的多少，有4种表示方法。

（1）绝对湿度ρw。1m3湿气体中含有水蒸气的质量（kg），它等于水蒸气分压下的密度，即

式中，pw——湿气体中水蒸气分压，Pa；

Mw——水蒸气的相对分子质量；

Rw——水蒸气的气体常数，Rw=R/Mw=461.4J/（kg·K），R为通用气体常数；

T——热力学温度，K。

饱和气体的绝对湿度ρv称为饱和绝对湿度，其值随温度而变。

（2）相对湿度φ。气体绝对湿度ρw与同温度下饱和绝对湿度ρv之百分比，即

式中，pv——同温度下饱和水蒸气分压，Pa。

（3）含湿量d和d0。含湿量d代表l kg干气体中所含水蒸气的质量（kg），即

式中，mw、md——水蒸气和干气体的质量，kg；

ρw、ρd——水蒸气和干气体的密度，kg/m3。

干空气的相对分子质量md=28.97，水蒸气的相对分子质量Mw=18.02，将ρw=Mwpw/RT和ρd=Mdpd/RT代入式（1-8），则有

式中，p——总压力，Pa。

式（1-9）仅适用于空气。

含湿量d0定义为标准状态下1m3干气体中所含水蒸气的质量（kg）。令ρnd=Md/22.414kg/m3为干气体在标态下的密度，可以导出

式（1-10）适用于任何气体。

（4）水蒸气体积分数φw或摩尔分数xw。若以湿气体中水蒸气所占体积分数φw或摩尔分数xw表示湿气体的湿度，则有

2.气体密度的换算

单一气体在标准状态下的密度为ρn=M/22.414kg/m3，混合气体在标准状态下的密度为

式中，ρni——i组分在标准状态下的密度，kg/m3；

xi——i组分的体积分数或摩尔分数。

在常压或低压下，已知气体湿度时，可由下列公式之一计算操作压力p、温度T时的实际密度

式中，2.696×10-3——标准状态热力学温度Tn=273.15K与标准状态压力pn=101325Pa的比值，而2.167×10-3=2.696×10-3×0.804。

若为干气体，即φ=0，xw=0，d0=0，d=0，式（1-15）～式（1-18）可简化为同一形式

3.气体体积的换算

若气体处于常压或低压状态，不考虑压缩因子修正，代入pn/Tn=101 325/273.15=370.95，已知φ、xw、d、d0之一时，可计算出在操作压力p和温度T时的体积V

若是干气体，不考虑湿度修正，以上四式可简化为下式

式中，Vnd——标准状态下干气体的体积，m3。

以上各式中若用初态压力p0和温度T0之比值p0/T0代换370.95，则可任何初态（p0，T0）时的体积换算为终态（p，T）时的体积。

4.气体黏度的换算

气体黏度分为动力黏度μ（Pa·s）和运动黏度v（m2/s），两者之间的关系为

气体的动力黏度随温度升高而升高，描述这一关系的肖捷兰德（Sutllerand）公式为

(www.xing528.com)

式中，μ——气体在温度T（K）时的动力黏度，Pa·s；

A——由气体特性决定的常数；

C——肖捷兰德常数，无因次。

式（1-26）适用于常压、温度不太高时气体动力黏度的计算。表1-1给出了某些常见气体的A与C值。

当A从表中查不到时，可用下式计算

式中，μ0——标准状态下气体的动力黏度，Pa·s；

表1-1　某些常见气体的A与C值

当C从表中查不到时，可用下式计算

式中，Tc——气体临界温度，K。

混合气体的临界温度按下式计算

低压下，混合气体的平均动力黏度可按下式计算

式中，xi、μi、Mi——i组分的摩尔分数、动力黏度和相对分子质量。

5.气体的单位量定压热容

气体的单位量定压热容（又称真热容）cp是定压下单位量气体升高（降低）1K所吸收（放出）的热量，它与温度的关系为

式中，a、b、c、d——常数，其值随气体的种类和采用的单位不同而异，常见气体摩尔定压热容的常数值见表1-2。

表1-2　气体摩尔定压热容的常数值

工程热计算中常用平均单位量定压热容来计算。平均单位量定压热容等于定压下单位量气体由T1加热（或冷却）到T2吸收（或放出）的热量除以温度差（T2-T1），即

平均单位量定压热容分平均质量定压热容[J/（kg·K）]、平均摩尔定压热容[J/（mol·K）]和平均体积定压热容。

平均单位量定压热容的计算式为

多组分混合气体的摩尔定压热容cp，m，可按下式计算

平均摩尔定压热容按下式计算

式中，xi——i组分的摩尔分数；

cp，m——i组分的摩尔定压热容，J/（mol·K）；

——i组分的平均摩尔定压热容，J/（mol·K）。

如果气量为n个气体单位量，定压下从T1至T2的定压热可按单位量定压热容cp和平均单位量定压热容计算

上式中，平均单位量定压热容的单位应与气体量的单位相对应，如气体量为n（单位：kg）时，平均单位量定压热容应采用平均质量定压热容[J/（kg·K）]；若气体量为n（单位：mol）时，平均单位量定压热容应采用平均摩尔定压热容[J/（mol·K）]。

工程中还习惯用气体0→t范围内的平均摩尔定压热容来计算定压过程热，即

式中，cp，m1t1、cp，m2t2——0→t1和0→t2范围内气体的平均摩尔定压热容。

气体在等压过程中吸收或放出热量等于该过程焓的增量。而焓是状态函数，它与物系的变化途径无关，只与其初、终状态有关。

式中，H1、H2——气体在状态1（T1）、状态2（T2）时的焓，kJ/kg。湿气体在温度T时的焓为

式中，cpd、cpw——273K至T范围内干气体和水蒸气的平均质量定压热容，J/（kg·K）；

r——水蒸气汽化潜热，kJ/kg；

d——湿气体含湿量。