粉体工程 第四章
精选粉体工程与设备培训讲义
第4章 辊式破碎机
在硅酸盐工业中，辊式破碎机广泛用于中硬质或软质物料中、细碎。辊式破碎机有双辊式和单辊式两种基本类型。
齿面辊子破碎物料时除了施于挤压作用外，还兼施劈裂作用，故适于破碎具有片状节理的软质和低硬度的脆性物料。如煤、干粘土、页岩等，破碎产品粒度也比较均匀。齿面和槽面辊子部不适于破碎坚硬物料
第一篇粉碎机械
第1章 概述§1-1粉碎过程 固体物料在外力作用下，克服了内聚力，使之碎裂的过程——粉碎过程。
粉碎过程的目的：随着粉碎的进行，大块物料碎裂为小块，小块物料碎成细粉，物料的总表面积在不断地增加。因此: 1、可以提高物理作用的效果及化学反应的速度。 2、几种固体物料的混合，也必须在细粉状态下才能得到均匀的效果。 3、固体物科经粉碎后，为烘干、混合、运输和储存等操作难备好有利条件。
பைடு நூலகம்
性能及应用
反击式破碎机结构简单，制造维修方便，工作时无显著不平衡振动，无需笨重的基础。它比锤式破碎机更多地利用了冲击和反冲击作用，进行选择性破碎。料块自击粉碎强烈，因此粉碎效率高，生产能力大，电耗低，磨损少，产品粒度均匀且多呈立方块状。反击式破碎机的粉碎度大，为40左右，最高可达150。粗碎用反击式破碎机喂料尺寸可达2m3，产品粒度小于25mm，可直接入磨；细碎用反击式破碎机的产品粒度小于3mm。选用一台合适的反击式破碎机就能代替以往二级或三级的破碎工作，减少破碎级数，简化生产流程，还可以提高磨机产量。
粉碎过程通常还按以下方法进一步划分：
常用物料粉碎前的尺寸D与粉碎后的尺寸d之比来说明粉碎过程中物料尺寸变化情况。比值i——粉碎度(或称粉碎比)。 每一种粉碎机械所能达到的粉碎比是有一定限度的。破碎机的粉碎度一般为3—30；粉磨机的粉碎度可达500一1000以上。
《粉体工程》(第一章-第四章)
苏州大学材料与化学化工学部 沈风雷
1
目 录
概述 粉体粒度分析及测量 粉体填充与堆积及作用力 粉体的流变学 粉碎过程及设备 颗粒流体力学 粉体的气力输送及设备 分级、分离及设备 混合与造粒 粉体输送设备 粉体喂粒及计量设备
2
第一章 概述
粉体工程的起源
8
粉体的形态
有认为是粉体是物质第四态 具有固体的性质 在一定的条件下，可以认为具有液体和气 体的性质
9
研究内容
粉体工程是以粉体物料为研究对象，研究 其性质、加工处理技术的跨学科、跨行业 的综合类工程科学。 可以分为
粉体科学：粉体几何形态、粉体力学、粉体化
学、气溶胶、粉体的润湿、粉体测定及其它 特性。 粉体技术：粉体分离、粉体均化、粉体制造、 粉体储存、粉体输送
md 3 D md 3
1
(2-4)
29
在实际应用中，常用两个系列的平均径，以个 数为基准加以说明： nd (2-5) （一） 1, 0 D
10
制备方法
气相法 液相法 固相法
电 阻 加 热 法
化 学 火 焰 法
等 离 子 法
激 光 法
溶 乳 溶 熔 喷 液 液 胶 盐 雾 凝 合 干 法 法 胶 成 燥 法 法 法 -
热 烧 还 机 机 分 结 原 械 械 解 法 化 化 粉 合 学 碎 法 法 法 法 -
11
意 义
提高工业产品的质量与控制水平
34
图2-7 粒度分布示意图
35
粒度分布的表达方式
频率分布
f f1 (d )
R f 2 (d ) D f 3 (d )
山东理工大学资源与环境工程学院粉体工程课件 第四章(4)
最有利工作转速的确定：磨机在抛落制工作 时，其粉碎主要依靠钢球对矿石的冲击作用。 显然，冲击动能越大，磨碎效果越好。即为获 得理想的粉碎效果，必须使钢球具有较大的冲 击动能。为满足此条件，必须保证球能被提升 较高的高度，因下落高度越大，球落下时的冲 击动能越大，冲击作用越强，粉碎效果越好。 因而，从这个意义上讲，最有利工作转速应该 是钢球具有最大下落高度的转速。
4.3.5.3 脱离点与落回点的轨迹，最大脱离角 和最小球层半径。
1、脱离点的轨迹
由钢球运动的基本公式
30 n R
cos
脱离点（半径）方程R=900cosα/n2
问题：R是球磨机的半径么？
两点说明：凡是作圆和抛物线运动的任意 球层，其R、n、α间均存在该关系式。n一定 时，R与α一一对应。
R=900cosα/n2
高转速磨机：
适宜的转速率：
二 磨机充填率的确定
ψ =76%,(α1=54044/ α2=73044/) Φ = 40.7% ψ=88%, (α1=54044/ α2=73044/) Φ= 54%
具体计算过程参考教材P155例题。
4.3.6.3 球荷的循环次数
（思考题：磨筒转一周球介质循环几次？） 一 磨机、球荷循环一次所需时间 1 磨机转一周所需时间
30 30 n COS COS 54 44' R R
得 n/nc100%=cos1/254044/=76% （问题: 该方法的特点及局限性？）
2 缩聚层法（中间球层法）： 为使更多球产生较理想的粉碎效果， 设想整个球荷重心集中在某一层上，此层 称为缩聚层。如果该球层处于最有利工作 状态下，那意味着整个球层都处于最有利 工作状态。换句话说，如果磨机在某转速 时使该球层具有最大下落高度，则认为该 转速最有利。 （1）求缩聚层的半径R0 将上述α =54044/ 代入R=900cosα /n2 得R0=520/n2
粉体工程习题及答案(解题要点)
粉体第2章作业题1、证明：DnL·DLS=DnS2；DnL·DLS·DSV=DnV32、求：边长为a的正方形和正三角形片状颗粒的Feret径。
3、求边长为m的正方形片状颗粒的Martin径。
4、求底面直径为10，直径：高度=1：1的圆柱形颗粒的球形度。
5、用安德烈移液管测得某火力发电厂废气除尘装置所收集的二种烟灰的粒度分布情况如下表。
若服从R―R分布，试求：（1）分布特征参数De和n；（2）二种粉体何者更细？何者粒度分布更集中？第3章粉体的填充与堆积特性作业题1、将粒度为D1＞D2＞D3的三级颗粒混合堆积在一起，假定大颗粒的间隙恰被次一级颗粒所充满，各级颗粒的空隙率分别为ε1=0.42，ε2=0.40，ε3=0.36，密度均为2780kg/m3。
试求：（1）混合料的空隙率；（2）混合料的容积密度；（3）各级物料的质量配合比。
2、根据下表数据，按最密填充原理确定混凝土中砂子的粒径及各组分的配合比，并计算混凝土混合物的最大表观密度和最小空隙率。
（已知：D碎石/D砂=D砂/D水泥）粒径/mm 空隙率/% 密度/kg/m3物料名称碎石D1=32 48 2500砂子D2 42 2650水泥D3=0.025 50 31003、根据容积密度、填充率和空隙率的定义，说明：（1）；（2）；（3）4、某粉体的比重为m，在一定条件下堆积的容积密度为其真密度的60%，试求其堆积空隙率。
5、某粉料100kg，在一定堆积状态下，其表观体积为0.05m3。
求：该粉体的堆积密度、填充率和空隙率。
（ρP=2800kg/m3）6、已知：粉料（ρP=2700kg/m3）成球后ε=0.33，并测得料球含水量为13%（以单位质量干粉料计），试求料球的空隙饱和度ψs。
第4章作业题1、试计算直径为10、1.0、0.1、0.01、0.001μm的球形颗粒群形成的T孔隙和R孔隙入口在20℃水中的抽吸压力。
（20℃时，水的表面张力为72.75′10-3N/m）2、二个直径为1mm的玻璃球相接触，接触点含水，钳角为600。
粉体工程与设备(基础篇)知到章节答案智慧树2023年济南大学
粉体工程与设备（基础篇）知到章节测试答案智慧树2023年最新济南大学绪论单元测试1.本课程的主要内容有：参考答案:粉体的表征;粉体的堆积与填充;粉体的润湿与颗粒流体力学;粉体的基本形态第一章测试1.原级颗粒是（）形成的粉体颗粒。
参考答案:最先2.PM2.5是指环境空气中颗粒物的当量粒径小于2.5（）的颗粒物。
参考答案:微米3.下列哪一种不是粉体粒径大小的表示方法（）。
参考答案:表面积“m2”4.球形颗粒的扁平度为（）。
参考答案:15.球形颗粒的表面积形状因数为（）。
参考答案:π6.粉体物料的样品中，粒径的累积分布为50%的粒径是（）。
参考答案:中位粒径7.若一粉体符合R—R粒度分布，在R—R图上粒度分布直线越陡峭，则该粉体的（）。
参考答案:粒度分布越均匀8.标准偏差σ表示粒度频率分布的离散程度，其值越小，说明分布越（）。
参考答案:集中9.在等径球体规则填充模型中，（）填充模型空隙率最大。
参考答案:立方体填充10.粉体随机填充时，紧挨着固体表面的颗粒形成一层与表面形状相同的料层称为（）。
参考答案:壁效应第二章测试1.粉体表面的润湿角θ在90°＜θ≤180°为浸渍润湿。
参考答案:错2.形成液桥的临界湿度为65%。
参考答案:对3.颗粒在流体中沉降受到的力为重力、浮力和阻力，其中沉降速度越大阻力越大。
参考答案:对4.颗粒在流体中沉降受到的阻力与流体的雷诺数有关。
参考答案:对5.湍流区的阻力系数是雷诺数的函数，随着雷诺数变化，不是常数。
参考答案:错6.根据颗粒雷诺数的大小，球形颗粒沉降情形下大致可分为层流区、过渡区和湍流区。
参考答案:对7.在重力场中的沉降可以将细颗粒甚至胶体从流体中分离出来。
参考答案:错8.若单位时间的流量为Q，流体粘度为μ，颗粒层迎流断面面积为A，层厚为L，压力损失为ΔP，得到平均流速与ΔP成正比。
参考答案:对9.颗粒在离心场中流体内的沉降速度不大于其在重力场中的沉降速度。
《粉末工程》课件——4 超微粉体制备之固相法
采用同一粉碎机械，在相同物料尺寸变化 条件下。某一物料的易碎系数Km：
强度还与测定条件（如试样的尺寸、加载速 率及所处环境等）有关。
材料名称 金刚石 石墨 钨 铁 氧化镁 氧化钠 石英玻璃
理论强度/GPa 200 1.4 96 40 37 4.3 16
实测强度/MPa 约 1800 约 15
3000（拉伸的硬丝） 2000（高张力用钢丝）
100 约 10
50
④易碎（磨）性
当分别以n=1、1.5、2代入
dE cxndx
分别为基克、邦德定律和雷廷格尔定律
适用范围
• 据芬兰R.T.Hukky等人的验证研究： 基克学说适用于产物粒度大于50mm的粉碎 邦德学说适用于产物粒度为50~0.5mm 的粉碎 雷廷格尔学说适用于产物粒度为0.5~0.075mm
原因
• 超微粉粉碎作业中，外加的机械能不仅仅 用于颗粒粒度的减小或比表面积的增大， 还有颗粒因强烈和长时间机械力作用导致 的机械化学变化以及机械传动、研磨介质 之间的摩擦、振动等消耗。
4. 超微粉体制备之固相法 (6课时)干式粉碎 机械来自碎法 湿式粉碎热分解法
固相法 固相反应法
其它方法 共沉淀法
粉
沉淀法 化合物沉淀法
体 制
水热法 水解沉淀法
液相法 溶胶－凝胶法
冷冻干燥法
备
喷雾法
气相分解法
方
化学气相反应法 气相合成法
法
气－固反应法
粉体工程-教学大纲
《粉体工程》教学大纲课程编号：11110090 课程类别：专业基础课课内学时：45 适用专业：材料科学与工程先修课程：机械设计基础、材料工程基础教材：粉体工程与设备，陶珍东，化学工业出版社，2003参考书：1．粉体技术导论，陆厚根，同济大学出版社，19982．粉体加工技术，卢寿慈，中国轻工出版社，20003. 粉体工程，张少明，中国建材工业出版社，1994一、课程的性质、教育目标及任务粉体工程是以颗粒和粉状物料为对象,研究其基本性质及加工、处理技术的一门新兴的应用学科,是材料科学与工程专业的专业基础课。
该课程讲述粉体科学技术的基本知识，理解粉体加工过程的基本原理，掌握粉体加工设备的选型计算、工艺流程设计等方法，培养学生的工程素质,为后续专业课程打下必要的基础。
二、教学内容及基本要求1．粉体的基本性质了解粉体的粒径、粒径分布、形状系数以及粒度和形状的测量方法；理解粉体的堆积性质和摩擦性质；掌握粉体的粒度分布方程。
2．粉碎了解粉碎比、易磨性、超细粉等基本概念；了解粉碎机理和基本方法；理解粉碎功耗定律；掌握各种破碎设备和粉磨设备的工作原理和结构及应用特点，掌握粉体粉碎加工工艺流程。
3．分级了解分级、筛制、筛分的概念；理解分级效率和各种流体力学分级设备的工作原理；掌握重力分级机、离心分级机、旋风式分级机、水力分级机等分级设备的应用特点。
4．分离了解分离的概念、分离和分级的区别、固液分离的方法；掌握各种固气分离设备的工作原理和应用特点，掌握废气收尘系统的工艺流程。
5．流体输送了解流体输送的优点和缺点；了解固气比的概念；理解气力输送的工作原理；掌握各种流体输送设备的工作原理和应用特点。
6．造粒了解造粒的概念和工业意义；掌握各种造粒方法；了解各种造粒设备的结构和应用特点。
7．混合了解混合的概念以及目的和的作用；理解混合效果的概念；掌握各种混合设备的工作原理和应用特点。
8．粉体的表面改性了解粉体表面改性的意义和表面改性的评价指标；理解表面改性的机理；掌握各种表面改性方法。
粉体工程期末重点总结
第二章粉体粒度分析及测量1.粉体：由无数相对较小的颗粒状物质构成的一个集合体。
2.三轴径：以颗粒的长度，宽度和高度定义的粒度平均值称为三轴径。
3.投影径：Feret diameter (a) : 在特定方向与投影轮廓相切的两条平行线间距.Martin diameter (b): 在特定方向将投影面积等分的割线长.Krumbein diameter (c)：(定方向最大直径）最大割线长Heywood diameter (d)：(投影面积相当径): 与投影面积相等的圆的直径.4.形状指数：将表示颗粒外形的几何量的各种无因次组合称为形状指数, 它是对单一颗粒本身几何形状的指数化.（扁平度，伸长度，表面积，体积形状因数，球形度）5.形状系数：在表征粉末体性质,具体物理现象和单元过程等函数关系时,把颗粒形状的有关因素概括为一个修正系数加以考虑,该系数即为形状系数。
用来衡量实际颗粒与球形(立方体等)颗粒形状的差异程度,比较的基准是具有与表征颗粒群粒径相同的球的体积,表面积,比表面积与实际情况的差异。
6.颗粒粒度的测量：（1）沉降法：当光透过悬浮液的测量容器时，一部分光被放射或吸收，另一部分光到达光传感器，将光强转化为电信号。
透过光强与颗粒投影面积有关，颗粒在力场中沉降，可用托克斯定律计算其粒径大小，从而得到累积粒度分布。
重力场光透过沉降法：测量范围为0.1~1000微米，悬浮液密度差大时，颗粒沉降速度快。
中科院马兴华发明了图像沉降法。
将沉降过程可视化。
离心力场透过沉降法：该法适合测纳米级颗粒可测量0.007~30微米的颗粒，与重力场相结合，上限可提高到1000微米。
（2）激光法：常见的有激光衍射法和光子相干法，重复性好，测量速度快，但对几纳米的式样测量误差大，范围为0.5~1000微米。
7.颗粒形状的测量与表征：图像分析法和能谱法。
傅里叶级数表征法和分数维表征法第三章 粉体的填充与堆积特性1. 粉体的填充指标：（1）容积密度：在一定填充状态下，单位填充体积的粉体质量，也称表观密度（p B =填充粉体的质量/粉体填充体积）（2）填充率：在一定填充状态下，颗粒体积占粉体的比率（ =粉体填充体的颗粒体积/粉体填充体积εφ-==1V Vp ）（3）空隙率：空隙体积占粉体填充体积的比率V Vc V Vp V =-=ε2. 等径球体的规则填充：（1）两种约束方式（正方形，特征是90度角；等边三角形，特征是60度角）（2）三种稳定构成方式(a.下层球的正上面排列着上层球b.下层球和球的切点上排列着上层球c.下层球间隙的中心排列着上层球)3. 六种填充模型：（正方系）立方最密填充（最疏），正斜方体填充，面心立方体填充，（六方系）正斜方体填充，楔形四面体填充，六方最密填充（最密）。
粉体工程课件4颗粒的填充结构及控制粒度的实例
粉体的质量
ρb= 粉体填充层体积 =
Vb（1-ε）ρp
Vb
= （1-ε）ρp
Vb为粉体填充层的体积；
ρp为颗粒密度； ε为空隙率。
4
（2）填充率ψ
粉体颗粒体积（颗粒实体部分和内孔隙体积之和， 不包括颗粒之间空隙的体积）占粉体填充层体积的分数 称为填充率，表达式如下：
7
（6）接触点角度分布
将与所观察颗粒相接触的第一层颗粒的接触点位置， 以坐标角度为自变量表示的分布称为接触点角度分布。
8
4.1.2 均一球形颗粒的规则填充
要研究粒度组成复杂的实际粉体的填充结构，最 基本的是研究均一球形颗粒的规则填充结构。将大小相 同的球在平面上排列起来作为基本层，如图，将相邻的 4个球（图中带填充图案者）可作为基本层的最小组成 单位，则有正方形和单斜方形（菱形）两种排列方式。
（1）煤粒度影响输送管道； （2）煤粒度影响输送设备； （3）煤粒度影响烧嘴。
15
4.2.2蒙脱石和二氧化钛粒度对吸附能力的影响
吸附少量蒙脱石
吸附大量蒙脱石致死
16
硅藻土
硅藻土负载二氧化钛
17
4.2.3活性炭粒度对吸附能力的影响
18
欢迎讨论与建议！
19
粉体的颗粒体积
Ψ=
粉体填充体积
M/ρp =
M/ρb
ρb = ρp
M为粉体的质量；
ρb为填充层的密度； ρp为颗粒密度。
5
（3）空隙率ε
颗粒之间空隙的体积占粉体填充层总体积的分数称 为空隙率，表达式如下：
第四章-粉体动力学
iv）颗粒流速与壁面粗糙度的影响：在气力输送中，气流速度产生足 够大的分离力以及加工良好的壁面都会有轻附着情况。一般是气流速度越高， 对壁面的压力也越大，引起附着力增大，与此同时，分离力即在壁面的剪切 应力几乎是随气流速度的平方关系增大，如图3.27.当气流速度小于临界速度 时，粘附力存在，超过临界点时，分离力大于附着力，就不产生粘附了。
计算
d T
1.11
F
2
p
(dyne cm2)
T K [3 n(1.91 0.91)
w p (1
w
p
)]
3g d p
(1 w) 3 (1 w)
w
w
其中 表面能，n为颗粒脱离时单个颗粒减少的配位数，w为粉体层中含水的
分率，K为常数。
测定方法通常有水分二分模法和垂直二分模法
– 如图，粉体a中FF与斗仓 – ff相交于点A，A点为临界 – 流动点，即A左边粉体能 – 流动，右边属于不动区， – 通常改变物料性质或料 – 斗结构就能得到较大的 – FF值和较小的ff值，物料 – 就流出。
厚德 博学 笃行 创新
材料科学与工程学院
第四章 粉体动力学
二、 流动速度法（双漏斗法）
材料科学与工程学院
第四章 粉体动力学
厚德 博学 笃行 创新
一、物料的开放屈服强度（单纯压缩强度fc与流动函数FF，也有称为破坏函数 (Failure function)
这一方法主要用在料斗仓中物料流动条件的判断。提出了和的设想， 我们知道粉体强度在很大程度上取决于预密实状态（料在周围无摩擦的条件 下圆筒内压实，所用压力为，此时为预密实应力，此状态下物料称为预密实 状态。而fc为物料在预密实状态下去掉圆筒侧向不加任何力，仅在上方加压引 起破坏所需加压力为fc，此时fc与的两mohr圆上的切线即为屈服轨迹，如图
粉体工程蒋阳-第四章
(3)编织筛面：
用钢丝、铜丝、尼仑丝等编织而成。筛孔形状为方
形或长方形。
编织筛的优点是开孔率高、质量轻、制造方便；缺 点是使用寿命较短。 编织筛通常用于中细物料的筛分。
4.2.1.2 筛制
编织筛的筛面规格在许多国家都定有标准，即对筛
孔尺寸、筛孔形状、筛丝尺寸、上下两筛号间孔的 大小等作了规定。 英制筛：英美等国家采用，以每英寸(25.4mm)筛网 长度上的筛孔数目表示筛目。如16目表示每英寸筛 网长度上有相等间距的筛孔16个。 ISO制：以方孔筛筛孔的边长表示筛孔的大小。
不变。
(1)筛分动力学方程式 假设W为某一瞬间筛上物中比筛孔小的物料质量， W0为原料中比筛孔小的物料质量，t为筛分时间，
dw/dt为t时刻物料被筛出的速率；
假设筛分速率与W的一次方成正比，即：
k：比例系数
符号表示W随时间延长而减小
解该微分方程可得：
比值W/W0是筛上物中含筛下级别的量/原料中含筛下 级别的量，结合筛分效率定义(实际得到的筛下级别 的量/原料中ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ含筛下级别量)有： 筛分动力学方程推导式
两式作比，有：
在L1、1与L2已知情况下，可据上式求得2。
4.2.3 筛分设备
据筛面运动方式不同，筛分设备可分为固定筛、回转 筛、摇动筛、振动筛等。常见的筛分设备见下表。
(1)振动筛
振动筛是目前工业生产中应用最广泛的一种筛机。
其筛面振动方向与筛面成一定角度，筛面用筛网。 利用激振器使筛面产生振动，有机械振动筛和电磁 振动筛两种；按筛面运动形式，分为圆振动筛和直 线振动筛。 振动筛的优点：筛体以小振幅、高频率作强烈振动， 能消除物料的堵塞现象，使筛机具有较高的筛分效 率和处理能力；动力消耗小，构造简单，维修方便； 使用范围广，可用于细筛及中、粗筛分。
粉体工程作业答案
第一章粉体基本性质1—1 粉体是细小颗粒状物料的集合体。
粉体物料是由无数颗粒构成的，颗粒是粉体物料的最小单元。
1—2 工程上常把在常态下以较细的粉粒状态存在的物料，称为粉体。
1—3 颗粒的大小、分布、结构、形态和表面形态等因素,是粉体其他性能的基础。
1—4 构成粉体颗粒的大小,一般在几个纳米到几十毫米区间。
1—5 如果构成粉体的所有颗粒，其大小和形状都是一样的，则称这种粉体为单分散粉体.大多数粉体都是由参差不齐的各种不同大小的颗粒所组成，这样的粉体称为多分散粉体。
粉体颗粒的大小和在粉体颗粒群中所占的比例分别称为粉体物料的粒度和粒度分布。
1—6“目"是一个长度单位，代表在1平方英寸上的标准试验筛网上筛孔数量。
1-7 粒度是颗粒在空间范围所占大小的线性尺度。
粒度越小，颗粒越细。
所谓粒径，即表示颗粒大小的一因次尺寸.1—8以颗粒的长度l、宽度b、高度h定义的粒度平均值称为三轴平均径，适用于必须强调长形颗粒存在的情况.1—9 沿一定方向与颗粒投影轮廓两端相切的两平行线间的距离。
称为弗雷特直径。
沿一定方向将颗粒投影面积等分的线段长度,称为马丁直径。
1-10 与颗粒同体积的球的直径称为等体积球当量径;与颗粒等表面的球的直径称为等表面积球当量径;与颗粒投影面积相等的圆的直径称为投影圆当量径(亦称heywood径.1-11若以Q表示颗粒的平面或立体的参数，d为粒径，则形状系数Φ定义为;若以S表示颗粒的表面积，d为粒径,则颗粒的表面积形状系数形状系数Φs定义为; 对于球形颗粒，Φs=；对于立方体颗粒,Φs= 6 .若以V表示颗粒的体积，d为粒径,则颗粒的体积形状系数Φv 定义为Φv = 对于球形颗粒，Φv= ;对于立方体颗粒，Φv= 1。
1-12比表面积形状系数定义为表面积形状系数与体积形状系数之比，用符号Φsv表示:Φsv=，对于球形颗粒和立方体颗粒，Φsv= 6。
与颗粒等体积的球的表面积与颗粒的实际表面积之比称为Carman形状系数。
《粉体工程》课程笔记
《粉体工程》课程笔记第一章颗粒物性1.1 颗粒粒径和颗粒分布颗粒粒径是指颗粒的线性尺寸，通常用直径表示。
颗粒的形状、大小和分布对其物理和化学性质有重要影响。
颗粒分布是指颗粒大小的分布情况，可以通过粒度分布曲线来表示。
粒度分布曲线通常以颗粒直径的对数为横坐标，以对应直径的颗粒体积或质量分数为纵坐标。
颗粒的粒径分布可以分为单峰分布和双峰分布。
单峰分布是指颗粒大小集中在某个范围内，而双峰分布则是指颗粒大小分布在两个不同的范围内。
颗粒的粒径分布对其堆积、流动性等物理性质有重要影响。
1.2 颗粒形状和表面现象颗粒形状是指颗粒的外形特征，可以分为规则形状和不规则形状。
规则形状的颗粒如球形、立方体等，而不规则形状的颗粒则呈现出各种复杂的几何形状。
颗粒的形状对其堆积、流动性等物理性质有重要影响。
表面现象是指颗粒表面的吸附、反应、润湿等性质。
颗粒的表面现象对其在流体中的沉降、分散等行为有重要影响。
例如，表面活性剂可以改变颗粒的润湿性，从而影响其在流体中的分散性。
1.3 颗粒间的作用力颗粒间的作用力主要包括范德华力、静电力、氢键等。
这些作用力对颗粒的团聚、分散、堆积等行为有重要影响。
范德华力是由于颗粒表面分子的瞬时偶极矩引起的吸引力，静电力是由于颗粒表面带电而产生的相互作用力，氢键则是一种特殊的相互作用力，常见于含有氢键供体和受体的颗粒之间。
颗粒间作用力的强度和性质决定了颗粒体系的稳定性。
当颗粒间作用力较弱时，颗粒容易发生分散；而当颗粒间作用力较强时，颗粒容易发生团聚。
1.4 颗粒的团聚与分散颗粒在空气中或其他介质中容易发生团聚现象。
颗粒的团聚会导致其堆积密度降低，流动性变差。
颗粒的分散是指颗粒在介质中均匀分布，颗粒的分散性对其在流体中的沉降、输送等行为有重要影响。
颗粒的团聚与分散可以通过调节介质性质、添加分散剂等方法来控制。
介质性质包括介质的pH值、离子强度等，这些参数可以影响颗粒表面的电荷和润湿性，从而影响颗粒的分散性。
粉体工程第四章粉体的分级课件
结构及工作原理
粗分级机的产品细度范围为0.08mm，方孔 筛筛余10~20%左右。其优点是结构简单，操作 管理方便，无运动部件，不易损坏。但要配风机 及除尘器为辅助设备。
（三）离心式分级机
离心式分级机亦称内部循环式选粉 机，应用很广泛。
结构及工作原理
（四） 旋风式分级机
图4-12旋风式分级机
垂直流型重力分级机 的结构及工作原理：
图4-7 垂直流型重力分级机 1-空气入口；2-粉体入口；3-排气口；4-旋风分离器；
5-细粉收集器；6-粗粉收集器
重力分级机只能用来对粒径较大的粉体
进行分级，对于超细粉体，则很难达到满 意的分级效果。
（二） 粗分级机
粗分级机（俗称粗分离器）为空气一 次通过的外部循环式分级设备。形式很多， 其基本过程相似，系利用颗粒群在垂直上 升旋转运动的气流中，由于重力和惯性作 用而沉降分级的设备。
旋风式分级机结构及工作原理:
物料中的细颗粒因质量小，进入选粉 室后被上升气流带入旋风筒7，被收集 下来，落入外锥体，经细粉出口管13排 出； 消除细粉后的气流出旋风筒经集风管 6和导风管14，返回风机19，形成选粉 室外部气流闭路循环； 循环风量可由气阀16调节，也可以控 制选粉室气流上升速度(调节细度)
(二) 离心力场分级原理
不同粒度颗粒在 离心力场中沉降，其沉降末 速（v0r)计算公式为：
vor
d 2a ( 18
)
d 2 jg
18
(
)
式中, j ＝ω 2r/ g；ω 为颗粒的旋转角速度（rad/s）； r 为颗粒的旋转半径（m）
故当被分级的物质一定，介质一定，介质的粘度一定， 离心加速度或分离因素一定时，颗粒的离心沉降速度只 与颗粒的直径大小有关。因而可采用离心力场根据颗粒 离心沉降速度的不同，对粒径大小不同的颗粒进行分级。
《粉体工程》(第3章-第四章)(1次课)
粉体的填充指标 粉体颗粒的填充与堆积
1
一、粉体的填充指标
容积密度 填充率 孔隙率
2
1. 容积密度ρB
在一定填充状态下，单位填充体积的粉体质 量，亦称表观密度。 单位：kg/m3
填充粉体的质量 B 粉体填充体积
VB (1 ) p VB
(1 ) p
4
3.空隙率ε
一定填充状态下，空隙体积占粉体填充体 积的比率。
B 1 1 p
Hale Waihona Puke (3-3)ρΡ ------ 颗粒的密度， kg/m3 ρB ------容积的密度， kg/m3
5
二、粉体颗粒的填充与堆积
等径球体的规则填充 不同尺寸球形颗粒的填充 实际颗粒的填充 不同尺寸颗粒的最紧密堆积
9
b.
规则填充的叠层密堆
一层叠在另一层的上面，构成二层正方形的和二层三角形 的球层。 存在三种稳定的叠层堆积方式： 正上方堆积 如图3-1（a）和(d)是在下层球的正上面排列着 上层球。 切点堆积 如图3-1（b）和(c)是在下层球和球的切点上排 列着上层球。 间隙堆积 如图3-1（d）和(f)是在下层球间隙的中心上排列 着上层球。
Fint er C0 mg
小于1μm的颗粒，颗粒的团聚准数大于106，可见，小颗粒在颗 粒间力的作用下将形成团聚体
40
四、液体在粉体层毛细管中的上升高度
41
液体在毛细管中的上升高度为：
故，毛细管常数为
4 cos 1 h g 2rc g 2rc h 4 cos
的平均值（0.26）
15
粉体工程 4
对于球形颗粒φs＝ ; φv＝ ；φ＝ ；
形状系数
4)卡门(Carman)形状系数 与比表面积 φC = 6/φ
对于球形颗粒群 （2.8，2.9公式）
非球形颗粒群偏差程 度；
某些材料的 φC测定值：
糖0.848; 砂0.7; 煤尘0.606; 水泥0.571；玻璃粉尘0.526; 云母颗粒0.108; （3）粗糙 度系数—反 映颗粒表面 微观结构
（2）形状指数
球形度的测量
形状指数 1）均齐度 长短度：α=长径/短径=l/b 扁平度：β=短径/厚度=b/h 2）球形度： Ψo=球的表面积/颗粒实际表面<1 3）圆形度： Ψc=圆的周长/颗粒投影面积周长<1
小结：
1）形状指数—与具体物理现象无关， 对颗粒外形本身用数学式进行表达； 2）形状系数—测量得到的颗粒大小 与颗粒面积或体积之间的关系描述， 表示与圆、球状的偏离； 3）Carman形状系数与球形度（颗 粒群与单个颗粒）
若假设形状各异的颗粒为球形、直方 体等有规则形状的颗粒，再乘以修正 系数——表示实际颗粒形状与规则体 的不一致程度；方便计算，实验结果 容易重现；
形状因子的意义
（2）形状系数——在表示颗 粒群性质和现象的函数关系中， 把与颗粒形状有关的因数作为 一个系数加以考虑； 2) 体积形状系数 φv=颗粒的体积/ （平均粒径)3 = V/d3 3)比表面积形状系数 φ=φs /φv 1)表面积形状系数 φs=颗粒的表面积 /(平均粒径)2=S /d2
1. 颗粒的形态及观察法
1.1 颗粒的形状对粉体性质影响
颗粒形状对颗粒群的除了上述性质有影 响外，还对其他许多性质有直接的影响。 如流动性，自然堆积密度，安息角，比 表面，成形体密度，烧结体性质等等；
粉体工程第8讲
漏斗流（中心流）
漏斗流Ⅰ θ >900-Ф w死角区留有残留 漏斗流Ⅱ θ <900-Ф w无死角区留残留 判别漏斗流和质量流的临界条件是漏斗流 不产生明显的a滑动线，而仅有b滑动线。 由莫尔圆集合关系，形成质量流的料仓顶 角临界值为： (900 x ) / 2
偏析防止方法
偏析防止方法
料仓多点加料 细 高 法
改善物料的流动性
防止偏析
堵塞措施
安装助流装置
添设垂直挡板
恰当设计料仓的形状、尺寸
孔口流出
在一个容器的底部具有小孔，在容器中加 满水，则水沿小孔流出，在孔口附近有收 缩，而且容器内水面越高，出流水速越快. 对于同样的容器中装入细颗粒（细砂）， 这时细砂也从小孔流出，但其出流速度几 乎与粒面高度无关. 原因: 这主要是小孔上面颗粒群相互挤压形 成拱构造，将上部的料层压力支撑住，故 流量与粉层度无关，这也是颗粒与流体小 孔流动的显著不同的地方，
料仓内粉粒体流动椭圆（球）体
一次流动椭圆体是B、E交界面，其 长轴是垂直的，颗粒群成团运动； 二次椭圆体即C本身，其内料流是颗 粒的各自运动；椭圆体内产生垂直 降落和滚动两种运动，边界之外， 没有运动；一次椭圆体以内的物料， 产生整体流动；一次椭圆体是二次 椭圆体的15倍。
一次运动椭圆体 颗粒静止角漏斗
p 2
dT du p (u P g cos ) 0 B dR dR
R.L.Brown理论
结合上式则有，使的能量最小的出口的球 k 面半径为： D R 2 s i n
0 m
u 2 4 sin 该处的颗粒线速度为： 在该球面上积分。可求得孔口的质量流出 速度： W 2 ( k ) D 0 R u sin d 2 4 u sin d
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气力输送特点： 优点： 直接输送散装物料，不需要包装，作业效率高； 设备简单，占地面积小，维修费用低； 可实现自动化遥控，管理费用少； 输送管路布置灵活，使工厂设备配置合理化； 输送过程中物料不易受潮、污损或混入杂物，同时 也减少扬尘，改善环境卫生； 输送过程中能同时进行对物料的混合、分级、干燥、 加热、冷却和分离过程； 可方便地实现集中、分散、大高度（可达80m）、 长距离（可达2000m），适应各种地形的输送。 缺点： Х 动力消耗大，短距离输送时尤其显著； Х 需配备压缩空气系统； Х 不适意输送黏着性强的和粒径大于30m应用： （1）颗粒层过滤除尘器： （2）固定床热交换装置： （3）流体透过法测定粉体的比表面积：
4.3 悬浮现象
4.3.1 流态化技术的基本原理 在粉体填充层内，逐渐增大气流速度u，并研究u和之间 的关系。如图。A－B为固定床状态，随u增大至足以近似 支撑粉体层的全部重量时，粉体层的填充状态部分出现 不稳定，一部分颗粒开始运动，颗粒进行重新排列，因 此B－C段缓慢上升。C点是颗粒群保持相互接触状态的 最松排列，超过这点时，不再保持固定床条件，粉体层 开始悬浮运动（流化床状态），C点称为流化开始点。一 旦流态化开始，由于粉体层膨胀，空隙率亦增大，所以 越过C－D后，即使u增大，却几乎不变。若u再增加，稳 定的流化床就不存在，且产生沟流和腾涌，使颗粒被吹 起称为气力输送状态。
4.3.2 气力输送 气力输送是一种利用空气流作为输送动力在管道中输送 粉粒状颗粒料的方法。 气力输送装置可分为： 吸送式：将大气与物料一起吸入管内，靠低于大气压力 的气流进行输送。适用于从多个供料点把粉体输送汇 集到一个点的场合。输送能力较小，压力损失也小， 且吸嘴的结构简单。 压送式：用高于大气压力的压缩空气推动物料进行输送。 适用于把粉体从一个供料点分配输送到几个点的场合， 压头损失大，输送能力大，可作长距离输送。
4 粉体流体力学
4.1 沉降
4.1.1 颗粒在流体中的运动 4.1.1.1 颗粒在流体中运动时受到流体阻力R的作用 牛顿阻力定律： 设颗粒与流体的相对速度为u，颗粒的迎流投影面积为A， 流体的密度为ρ，则： u 2 R C A( ) 2 牛顿阻力定律 式中C为阻力系数，它是雷诺数的函数 颗粒雷诺数： Re Dpu 式中Dp：颗粒直径 μ：流体粘度 斯托克斯（Stokes）阻力定律： 在雷诺数较小即层流状态下，作用于直径为Dp的球形颗 粒的粘性阻力 R 3 Dpu
4.1.1.2 Stokes沉降速度公式 颗粒在流体中等速运动的速度称为沉降速度。 g ( p ) 2 ums表示Stokes区域内的速度：
ums 18 D
p
4.1.2 阻力系数C和雷诺数Re 球形颗粒的沉降可分为三个区域： 层流区（Stokes区） 104 Re 0.3, C 24/ Re
过渡区（Allen区） 2 Re 500, C 10 / Re
或1 Re 1000, C 18.5 / Re 0.6 2 Re 500, C 0.4 (40 / Re)
湍流区（Newton区）
500 Re 103 , C 0.44
4.1.3 干扰沉降 悬浊液浓度小，相邻颗粒间的距离比颗粒直径大得多， 颗粒间相互干扰可以忽略不计，这种沉降称为自由沉降。 当颗粒浓度增大时，就要改变悬浊液内的条件，特别是 被沉降颗粒所置换的流体向上流动的影响就要增大，这 种沉降称为干扰沉降。当大颗粒和小颗粒同时沉降时， 小颗粒将随同大颗粒一起沉降，亦属干扰沉降。