粉体力学8-2
粉体力学8-2
对于圆锥形料斗,破拱
主应力σ 与最大主应力
σ 1 的关系:
( 2 0 .015 ) sin i 1 sin i
1
粉体物料的临界开放屈服强度, 指的是相应于 两条曲线σ = f (σ 1 ) 与σ c = F (σ 1 ) 的交点 的开放屈服强度。
应用实例
需要设计一台圆形整体流料仓, 确定料斗半顶角和卸 料口直径B 。已知粉体物料的有效内摩擦角φ = 40°, 壁面摩擦角 δ = 23°, 平均密度ρ =960kg/ m3 。
机械拱和粘性拱
对于平均直径较大( > 3000μ m) 的颗粒体, 易形成机械拱
B 6d P
对于平均直径较小的粉体物料, 不产生粘性拱的最小卸料口尺寸
B
* H ( ) c
g
粉体物料的临界开放屈服强度
粉体密度
1 H ( )
(
65 130
)(
i
200 200
) 1 i
综上所述，可以看到从临界流态化开始一直到 气流输送为止，反应器内装置的状况从气相为非 连续相一直转变到气相成为连续相的整个区间都 是属于流态化的范围，因此它的领域是很宽广的， 问题也是很复杂的。 流态化技术之所以得到如此广泛的应用，是因 为它有一下一些突出的优点： 传热效能高，而且床内温度易于维持均匀。 大量固体颗粒可方便地往来输送。 由于颗粒细，可以消除内扩散阻力，能充分发挥 催化剂的效能。
息角所致。整体流仓必须
保证料仓各个部位的倾斜 角大于物料的安息角。
形成整体流的必要条件是料斗半顶角θ 要小于θ max 。
3、确定料 仓 的 直 径
料仓的高径比关系着基建费
用。由于仓内物料压力的增量 并不与深度的增量成正比，深 度增加压力增大不多，因此， 选取较大高径比是经济的。通 常料仓直筒部分的高度为其直 径的2～3倍。其直筒部分是主 要储料部位，其尺寸视储存
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。
粉体工程第8讲粉碎理论课件
.
d1 d2
i1.i2.i3.i4
2.体积假说（Kick定律 1874年）
吉尔皮切夫：在相同的技术条件下，将几何 形状相似之物料粉碎成形状亦相同的成品时，粉 碎物料所消耗的能量与体积或重量成正比。
基克：粉碎比相同的物料粉碎功耗也相同。
公式推导过程：
设：n级粉碎，每级i相同
则：i总
d前均 d后均
d后均
d前均
（2-44）
d后均
mi mi
(表面积体积平均径)
di
适用范围： 8 i 15
裂纹假说：由k值知，其与物料性质及 粉碎机类型有关，故不同的粉碎阶段，粉碎 机不同，k值也不同。
表面假说：只考虑生成新表面积，这对 均质的非晶体物质（如石膏）还是比较正确 的，但其对物理机械特性层理，微小裂纹都 没有考虑。
如果把给料和产品的粒度分布写成n×1， 则B实际是n×n矩阵。于是，粉碎过程的矩阵 式如下：
矩阵方程式 P=B.f
（2-47）
（2）选择函数 进入粉碎过程的各个粒级受到的碎裂具 有随机性，这一随机性的概率函数称选择函 数。 设：Si：某一粒级原料被破碎的质量百分数 n：给料粒级 fi：每个粒级的总质量
同理：lg
d后均
(lg dimi mi
)
(体积平均径)
（2-43）
物理基础：粉碎外力与物料内部引起应
力和产生变形，它们之间的应变关系符合直
线法则。 适用范围：粗碎作业 i＜8
3.裂纹假说（Bond 1952年）
粉碎所消耗的能量与碎成料直径的平方
根成反比．
物理基础：外力→应力→裂纹→破碎
W k( 1 1 )(J / kg)
11 Wi ki ( di d前均 )qi (J)
粉体学
（3）折射法(refraction)
采用狭角扫描沉降光度计测定
2013-7-11
粉体学与流变学
32
Kozeny-Carman公式
SV SW A Pt 14 2 LQ (1 )
3
A－粉体层面积；L-粉体层长度；P －粉体层两侧流 体的压力差； －流体的粘度； －粉体的孔隙率； Q－t时间通过粉体层的流量
2013-7-11
粉体学与流变学
11
（一）粒子径的表示方法
（c）Heywood径：投影面积圆相当径。即与粒子的
投影面积相同圆的直径，常用 DH 表示。
（d）体积等价径：与粒子的体积相同的球体直径，也
叫球相当径／用库尔特计数器测得，记作 DV 。粒子的体 积V
3 DV / 6 。
2013-7-11
2013-7-11 粉体学与流变学 4
第一节
概 述
单个粒子叫一级粒子（primary particle），聚结粒子 叫二级粒子（second particle）
一级粒子（左）和二级粒子（右）的光学照片
2013-7-11
粉体学与流变学
5
第一节
概 述
物态有三种:固体/液体/气体 液体和气体具有流动性/固体没有流动性 将固体粉碎成粒子群后,则有(1)液体类似的流动性;(2)
表示。
2013-7-11
粉体学与流变学
18
2013-7-11
粉体学与流变学
19
（四）粒子径的测定方法
（measuring of particle diameter） 粒子径的测定原理不同，粒子径的测定范围也不同。 表13－3列出了粒径的不同测定方法与粒径的测定范
第三章粉体力学
图8-1 不同尺寸分离球间液体桥联的粘聚模型
3.2 固体表面间的摩擦力 摩擦力等价于由一个固体对抗与其接触的另一个固体运动的 阻力。这个力正切于接触面。 静摩擦系数是物体即将运动时的最大摩擦力与相应的正压力 之比值。 动摩擦系数是两个相对运动的表面间摩擦力与接触面上的正 压力之比值
eyl粉体密实的最大主应力和最小主应力与有效内摩擦角的关系粉体流动性随着的增大而降低粉体的有效屈服轨迹及开放屈服强度eyl353粉体的开放屈服强度在一个筒壁无摩擦的理想的圆柱形筒内即无剪应力a使粉体在一定的预密实应力作用下压实然后除去圆筒在不加任何侧向支承的情况下即0如果被预压实的粉体试块不坍塌b则说明其具有一定的固结强度换言之如果单纯施加垂直压力使试块破坏则发生破坏时的压应力即为相当于条件下的固结强度亦即开放屈服强度
f ( )
当粉体开始滑移时，若滑移面上的切应力τ与正应力σ成正 比 c c 库仑定律 这样的粉体称为为库仑粉体，
c
粉体的摩擦系数，又称内摩擦系数，
初抗剪强度，C=0的粉体称为简单库仑粉体。
c
库仑定律是粉体流动和临界流动的充要条件：
①当粉体内任一平面上的应力 c c 时，粉体处
3、最大主应力和最小主应力 值
由（3.8）可知，σ 随θ 角变化，故其最大和最小值可通过
对式（3.8）取极值
式3-8取微分
d ( x y ) sin 2 2 xy cos 2 0 d
令此时的θ 为Ψ ，则
xy tan 2 ( x y ) / 2
3.1.2 颗粒间的内聚力
粉体颗粒间最基本和最常见的内聚力有范德华力、 静电吸引力、液体桥联力和固体桥联力。此外，还有颗 粒表面断键形成的活性点之间的作用力和颗粒表面吸附 活性基团之间的作用力，以及颗粒粗糙表面之间凹凸部 分的机械啮合力等。
粉体工程试题与答案
粉体工程一、粉末的性能与表征1.粒径：粉末体中，颗粒的大小用其在空间范围所占据的线性尺寸表示，称为粒径。
2.粒径的表示方法：①几何学粒径②投影粒径③筛分粒径④球当粒径。
3.粉体粒径的分布常表示成频率分布和累积分布：①粒径分布的表格、直方图、曲线可直观地反映粉体粒径的分布特征。
②数字函数表达式有：正态分布；对数正态分布；Rosin—Rammler分布；RRB方程能较好地反映工业上粉磨产品的粒径分布特征。
4.平均粒径：若将粒径不等的颗粒群想象成自由径为D的均一球形颗粒组成，那么其物理特性可表示为f（d）=f（D），D即表示平均粒径。
5.粉末的测量方法：显微镜法；激光衍射法；重力沉降光透法；筛分法。
平均粒径测量方法：比表面法。
6.粉末的性质：堆积性质；摩擦性质；压缩性质与成形性（压制性）。
安息角：又称休止角、堆积角，它是指粉体自然堆积时的自由表面在静止平衡状态下与水平面所成的最大的角度。
（用来衡量与评价粉体的流动性）。
在0.2mm以下，粒径越小而休止角越大，这是由于微细粒子间粘附性增大导致流动性降低的缘故。
粉体颗粒形状愈不规则安息角愈大，颗粒球形愈大粉体流动性愈好其安息角就愈小。
二、粉体表面与界面化学1.粉末颗粒的分散：①在气相中，主要受范德华力、静电力、液桥力，分散方法，机械分散、干燥分散、颗粒表面改性分散、静电分散、复合分散；②在液相中，主要受范德华作用力、双电层静电作用力、空间位阻作用力、熔剂化作用力、疏液作用力，分散调控有，介质调控、分散剂调控、机械调控和超声调控。
2.颗粒表面改性：粉末颗粒表面改性：用物理，化学，机械方法对颗粒表面进行处理，根据应用的需要有目的的改变颗粒表面的物理化学性质，如表面晶体结构和官能团，表面能、界面润湿性，电性，表面吸附性和反应特性等，以满足现代新材料，新工艺和新技术发展的需要。
3.改性方法：①表面化学改性：偶联剂表面改性、表面活性剂改性、高分子分散剂改性、接枝改性；②微胶囊包覆——化学法、物理法、物理化学法；③机械化学改性；④原位聚合改性——无皂乳液聚合包覆法、预处理乳液聚合法、微乳液聚合法。
粉体知识点整理
第一章绪论1.粉体学的重要意义对应“粉体及其技术的重要性”1)粉体是许多材料构成、组分或原料；2)粉体技术是制备材料的基础技术之一；3)超细粉体材料,尤其是纳米粉体材料在新型材料的开发研究中越来越重要；4)粉体容易大批量生产处理,产品质量均匀,成本低,控制精确,成为许多人工合成材料必然选择的合成方法;2.颗粒的定义：是在一特定范围内具有特定形状的几何体;大小一般在毫米到纳米之间,颗粒不仅指固体颗粒,还有雾滴、油珠等液体颗粒;3.粉体的定义：大量颗粒的集合体,即颗粒群,又称粉末狭义的粉末是指粒度较小的部分;颗粒与粉体的关系：颗粒是粉体的组成单元,是粉体中的个体,是研究粉体的出发点;颗粒又总是以粉体这种集合体的形式出现,集合体产生了个体所所不具有的性质;4.粉体学的特点：以粉体为研究对象,研究其性质及加工利用技术;5.粉体技术包括：制备、加工、测试;制备有各种物理、化学、机械方法；加工作业有粉碎、分级、分散、混合、制粒、表面处理、流态化、干燥、成形、烧结、除尘、粉尘爆炸、输运、储存、包装等；测试对粉体各种几何、力学、物理、化学性能表征;6.粉体的存在状态：通常所指的粉体是小尺寸的固体,但气体中的液滴、液体中的气泡也属于颗粒；固态的物质中又分为分散态和聚集态,多数粉体为分散态;7.粉体的分类：1)按照成因分类：天然粉体与人工粉体2)按制备方法分类：机械粉碎法和化学法粉体3)按分散状态分类：原级颗粒一次颗粒、聚集体颗粒二次颗粒、凝聚体颗粒三次颗粒、絮凝体颗粒4)按颗粒大小粒径分类：粗粉体>、中细粉体~、细粉体10~74μm、微粉体~10 μm 、纳米粉体<100nm第二章粉体的几何性质1.粒度定义：粒度是指粉体颗粒所占空间的线性尺寸;2.颗粒尺寸常用的表征方法：三轴径、定向径、当量径、3.粉体平均粒径计算公式：4.粒度分布及其表示方法：粒度分布依据的统计基准：∑n的比例;①个数基准分布又称频度分布以每一粒径间隔内的颗粒数占颗粒总数∑nd的比例;②长度基准分布以每一粒径间隔内的颗粒总长度占全部颗粒的长度总和∑2nd的比例;③面积基准分布以每一粒径间隔内的颗粒总表面积占全部颗粒的总表面积∑3nd的比例;④重量基准分布以每一粒径间隔内的颗粒总重量占全部颗粒的总重量表征粒度分布的方法：列表法,作图法、矩值法和函数法;其中函数法是最精确的粒度描述方法即用概率理论或者近似函数的经验法莱寻找数学函数5．形状因子：为形状表征量,无量纲常数,有形状指数和形状系数;形状指数是指颗粒几何参数的无量纲组合;它与形状系数相比没有明确的物理意义;形状系数：颗粒的表面积、体积、比表面积等几何参数与某种规定粒径dp的相应次方的比例关系;6.常用粒度测量方法及其他优缺点：1)筛分析法一般>40μm,其中最细的是400目,孔径为38μm；优点：统计量大、代表性强；便宜；重量分布;缺点：粒度下限为38μm；人为因素影响大；重复性差；非规则形状粒子误差；速度慢;2)显微镜法：采用定向径方法测量;光学显微镜——250μm；电子显微镜——5μm；优点：可直接观察粒子形状；可直接观察粒子团聚；光学显微镜便宜；缺点：代表性差；重复性差；要测量投影面积直径；速度慢；3)光衍射法粒度测试：根据小颗粒衍射角大,大颗粒衍射角小来测量,同时某一衍射角的光强度与相应粒度的颗粒多少关;4)激光衍射—500μm；X光小角衍射—μm；所用方法即为投射电子显微镜法；扫描电子显微镜法；优点：可观察粒径小,图像富有立体感,较真实,易于识别,可观察微区,一般同时进行成分分析;缺点：造价昂贵,试样制备要求严格,真空度要求严格5)原子力显微镜AFM：x,y方向分辨率可达到2nm,垂直方向分辨率课达到小于.优点：AFM具有操作客易、样品准备简单、操作环境不受限制、分辨率高等优点缺点：与SEM相比,成像范围太小,速度慢,受探头的影响太大;6)光散射法和消光法光散射法原理：利用颗粒对激光的散射角度随颗粒粒度而改变的原理测定粒度分布;消光法原理：通过测定经粉体散射和吸收后光强度在入射方向上衰减确定粒度;符合朗勃比尔定律;优点：适用于气溶胶和液体分散系、非接触测定、精确给出粒度分布曲线和平均粒度、测定速度快；电传感法粒度测试：当一个小颗粒通过小孔时所产生的电感应,即电压脉冲与颗粒的体积成正比；7)水利分析法—沉降法用于小于物料粒度组成的测定测量原理：在具有一定粘度的粉末悬浊液内,大小不等的颗粒自由沉降时,其速度是不同的,颗粒越大沉降速度越快;大小不同的颗粒从同意起点高度同时沉降,经过一定距离时间后,几颗将粉末按粒度差别分开;重力沉降：10-300μm；离心沉降：μm;优点：测量重量分布；代表性强；经典理论, 不同厂家仪器结果对比性好；价格比激光衍射法便宜；缺点：检测速度慢尤其对小粒子；重复性差；对非球型粒子误差大；不适用于混合物料即粒子比重必须一致才能较准确；动态范围窄8)气体吸附法原理：使气体分子吸附于微粒表面,测定吸附量,换算粉体比表面积,求出粒度;常见粒度分析方法:7:粒度测定方法的选定还要进一步看书P34根据数据的应用场合选择；根据粉体的粒度范围选择；根据粉体的存在形式选择；根据测定精度的要求选择；根据样品量选择；.根据粒度测定所需时间选择；根据设备投资和分析费选择：8.粉体填充结构：是指粉体层内部颗粒在空间中的排列状态;一般而言,粉体层的排列状态是不均匀的;要注意到填充状态的两个极端,即最疏与最密填充状态;原因是：形状不规则,存在空隙;注意：粉尘的体积与其他固体物质的体积不同粉尘的体积包括：尘粒的颗粒体积、粉颗粒之间的空隙体积、颗粒外开口体积、颗粒内闭孔和附面膜体积等五部分;9.描述粉体填充结构的参数主要掌握前三个容积密度：ρb,亦称视密度：单位填充体积的粉体质量,即自然堆积状态下单位体积粉体的质量;表观密度填充率：Ψ,颗粒体积占粉体填充体积的比例如右图;空隙率：ε,空隙体积占粉体填充体积的比例Ε=1-Ψ=1- ρb/ρp配位数：某一个颗粒接触的颗粒个数配位数分布：粉体层中各个颗粒有着不同的配位数,用分布来表示具有某一配位数的颗粒比率时,该分布称为配位数分布;空隙率分布：以距观察颗粒中心任一半径的微小球壳空隙体积比率对距离表示的分布;接触点角度分布：将与观察颗粒相接的第一层颗粒的接触点位置,以任意设定的坐标角度表示的分布10.等径球均一球的颗粒的规则填充相邻的四个球视为基本层的最小组成单位,则有正方形和单斜方形两种排列方式;掌握立方体填充立方最疏填充和菱面体填充六方最密填充;立方体填充：配位数为6；菱面体填充：配位数12.11.均一球形颗粒的实际填充不规则填充实际填充时,由于受到球之间的碰撞、回弹、摩擦、容器壁面等影响,而成为不规则填充;均一球形颗粒群的随机填充结构贝尔纳实验统计分析结论是：1空隙率比较大时,配位数分布接近正态分布；2随着空隙率减小,趋近于最密填充状态的配位数;实验结论：高配位数的疏接触点多,填充疏松,空隙率大；P39.低配位数的密接触电多,填充紧密,空隙率小;12.非等径球形颗粒的填充较大球形颗粒中加入一定数量的较小球形颗粒,空隙率可以降低；若进一步加入更小的球形颗粒,空隙率进一步降低;1)空隙率随着小颗粒的混入比增加而减小2)填入颗粒的粒径越小,空隙率也越低总结即是：小颗粒粒径越小,配位数越大,空隙率越小,填充率越大;13.影响颗粒填充的因素：1)壁效应：当粉体填入容器时,填充结构受容器壁面的影响,在容器壁面附近形成特殊的填充结构,成为壁效应;2)局部填充结构：空隙率分布、填充数密度分布、接触点分布;3)粉体的含水量：潮湿粉体易于团聚,导致内部保持松散结构,致使填充率降低;含水量较低时候,容积密度略有降低,影响不大；随着含水量继续增大,形成大团粒,导致容积密度迅速降低；含水量继续增大,由于颗粒发生相对滑动而使填充率增大;4)颗粒形状：颗粒越接近球形,通常其空隙率越低;即空隙率随颗粒球形度降低而增加;5)颗粒大小：粒度很小时,颗粒间的附着力大于颗粒重力,发生团聚,此时空隙率较大,即表观体积增大；当粒度大于某一临界值,凝聚力可忽略不计,粒度大小则对堆积无明显影响;6)填充速度：对粗颗粒,填充速度越快会导致有较大的空隙率；对于面粉之类吸附力较明显的粉体,填充速度快,可降低空隙率;14.致密堆积经验1)用单一粒径尺寸的颗粒,不能满足致密堆积对颗粒级配的要求；2)采用多组分且组分粒径尺寸相差较大一般相差4-5倍的颗粒,可较好地满足致密堆积对粒度与级配的要求；3)细颗粒数量应能足够填充堆积体的空隙,通常,两组分时,粗细颗粒数量之比约为7：3；三组分时,粗中细颗粒数量比例约为7：1：2时,相对而言,可更好地满足致密堆积对粒度与级配的要求；4)在可能的条件下,适当增大临界颗粒粗颗粒尺寸,可较好地满足致密堆积对颗粒级配的要求;第三章粉体的力学性质1．颗粒间的附着力当粉体颗粒很小时,由于附着力存在易于团聚颗粒间的附着力凝聚力包括范德华力、静电吸引力、水分毛细管力、磁性力、机械咬合力;2.填充层内的静态液相根据颗粒间液体量的多少,有四种的静态液相;1)摆动状态：颗粒接触点上存在透镜状或环状的液相,液相互不连接;2)链索状态：液相相互连接而成网,空气分布其间;3)毛细管状态：颗粒间隙充满液体,仅仅颗粒表面存在气液界面;4)浸渍状态：颗粒群浸在液体中,存在自由液面;3.液桥力粉体颗粒之间接触处或间隙部位存在液体的状态成为液桥,液桥对所连接的颗粒有引力,也就是液桥力,实际上即毛细管力;液桥力大小与颗粒间液体量、颗粒表面润湿性、颗粒形状、液固接触状况等有关;孔隙和R孔隙的差异T孔隙：4个球以正三角锥的顶点为球心排列时所形成的四面型孔隙称为T孔隙;这种孔隙有6个解除点和4个支路,各个支路都与R孔隙相通;与霍斯菲尔德填充的三角孔相同;R孔隙：4个球并排成正方形,在通过正方形中心的垂线上再排列两个球后形成的长斜方形空隙称为R孔隙;相当于霍斯菲尔德填充的四角孔;5.粉体的摩擦特性后三种以了解为主摩擦角：由于颗粒间的摩擦力和内聚力而形成的角的统称;根据颗粒体运动状态的不同,可分为内摩擦角、安息角、壁摩擦角及动内摩擦角;6.内摩擦角：在力学上可以理解为块体在斜面上的临界自稳角,在这个角度内,块体是稳定的；大于这个角度,块体就会产生滑动;摩擦角表示该极限应力状态下剪应力与垂直应力的关系,它可用莫尔圆和破坏包络线来描述;测试方法：流出法、抽出法、活塞法、慢流法、压力法、剪切盒法等有关莫尔圆的画法和性质：式中σ1和σ2为两个主应力,这两个关系式也可以用莫尔圆上N点的坐标值来表示,N点与σ1夹圆心角为2θ,当σ1和σ2为已知时, 用公式法或莫尔圆法都可获得通过该点的任一截面上的正应力和剪应力值;7.安息角安息角又称粉尘静止角、休止角、堆积角,是粉体粒度较粗的状态下由自重运动所形成的角;测定方法：排出角法、注入角法、滑动角法、剪切盒法安息角休止角≤30°流动性好；≤40°基本满足；≥40°流动性差;同时注意粘性粉体或粒径小于100~200um的粉体粒子相互作用力较大,而流动性差,相应地所测休止角较大;对于非黏聚性粉体,安息角和内摩擦角是相近的;8.质量流与漏斗流的差异质量流：指物料仓内整个粉体层能够大致均匀地下降流出,又称为整体流;其特点是先进先出,即先进仓的物料先流出; 漏斗流：是指料仓内粉体层的流动区域呈漏斗流,其特点是后进先出,即先加入的物料后流出,料流顺序紊乱,甚至有部分粉体滞留不动;漏斗流有两种,其中有一种死角区一直在;质量流优点：避免了粉料的不稳定流动、沟流和溢流；消除了筒仓内的不流动区；形成了先进先出的流动,颗粒的偏析被大大减少或杜绝；最大限度减小了贮存期间的结块问题、变质问题和偏析问题；颗粒的密度在卸料时是常数,料位差对其无影响；流量得以很好控制,任意水平横截面的压力可以预测,且相对均匀,物料的密实程度和透气性是均匀的;漏斗流缺点：出料口流速不稳定；料拱或穿孔崩塌时,细粉料可能被充气,并无法控制地倾泻而出；密实应力下,不流动区留下的颗粒可能变质或结块；沿料仓壁长度安装的料位指示器不能正确指示料仓下部的料位；后进先出;9.应力的主动状态和被动状态被动状态：粉体层受水平方向压缩时,粉体将沿斜上方被推开,此时的极限应力状态；最大主应力为水平方向主动状态：粉体层受重力作用,将要出现崩坏是的极限应力状态；最小主应力为水平方向10.流动形式：E不流动区D自由降落区C垂直运动区B缓慢滑动区A迅速滑动区E N流动椭圆体；E G边界椭圆体；E0流动锥体第四章粉体的粉碎制备1.粉碎的定义：在外力作用下使大块物料克服内聚力,碎裂成若干小颗粒的加工过程;破碎是使大块物料碎裂成小块物料的加工过程100mm粗碎、30mm中碎、3mm细碎；粉磨是使小块物料碎裂成细粉体的加工过程粗磨、60μm细磨、5μm超细磨;作用与目的：粉碎后,粒度显著减小,比表面积显著增大,有利于几种物料的均匀混合、便于输送和贮存、有利于提高固相高温反应的程度和速度;2.被粉碎物料的性质：强度、硬度、脆性、韧性、易磨性等;1)强度：材料抵抗外力的能力,通常以材料破坏时单位面积上所受的力来表示,单位N/㎡或Pa理想强度：物料完全均质、不含任何缺陷时的强度称为理想强度；实际强度：实际强度一般为理想强度的1/100~1/1000；强度的尺寸效应：试验片体积变小时,强度值增大←---裂纹的大小、形状、方向及数量强度随着加荷速度而变化：材料本身兼具弹性性质和延展性质强度随氛围条件而变化2)硬度：材料抵抗其他物体刻划或压入其表面的能力,也可理解为固体表面产生局部变形所需的能量;3)脆性：材料在外力作用下如拉伸、冲击等仅产生很小的变形即断裂破坏的性质;4)韧性：在外力作用下,塑性变形过程中吸收能量的能力;介于柔性和脆性之间的一种材料性能5)易磨性：在一定粉碎条件下,将物料从一定粒度粉碎至某一指定粒度所需的比功耗3.Griffith强度理论Griffith指出,固体材料内部的质点实际上并非严格地规则排布,而是存在许多微裂纹不,,当材料受拉时,这些微裂纹就会逐渐扩展,与其尖端附近产生高度的应力集中,结果使裂纹进一步扩展,直至使材料破坏;裂纹产生和扩展必须满足力和能量两个条件：1.作为力的条件而言,在裂纹尖端产生的局部拉应力必须大于裂纹尖端分子间的结合力;2.就能量条件而言,破碎时的能量消耗于两个方面：一是裂纹扩展时产生新表面所需的表面能s；二是因弹性变形而储存于固体中的能量U;4．粉碎方式和粉碎模型1)粉碎方式：挤压粉碎、劈裂粉碎、折断粉碎、研磨粉碎、冲击粉碎；挤压粉碎：多用于硬脆性、坚硬物料的粗碎；劈裂粉碎：劈裂粉碎比挤压粉碎所需压力小；折断粉碎：即物料受弯曲作用力而粉碎；研磨粉碎：主要产生细粒,其效率低、能量消耗大,用于小块物料的细磨;冲击粉碎：主要用于脆性物料的粉碎;2)粉碎模型：体积粉碎模型、表面粉碎模型、均一粉碎模型;体积粉碎模型:整个颗粒均受到破坏,粉碎后生成物多为粒度大的中间颗粒;随着粉碎过程的进行,这些中间颗粒逐渐被粉碎成细粉;冲击粉碎和挤压粉碎与此模型较接近表面粉碎模型:在粉碎的某一时刻,仅是颗粒的表面产生破坏,被磨削下微粉,这一破坏作用基本不涉及颗粒内部,这是典型的研磨和磨削的粉碎方式;均一粉碎模型:施加于颗粒的作用力使颗粒产生均匀的分散性破坏,直接粉碎成微粉;此模型仅符合结合极其不紧密的颗粒集合体如药片等特殊粉碎情形;实际粉碎过程是前两者的综合,前者构成过渡成分,后者形成稳定成分；体积粉碎看成冲击粉碎,表面粉碎看成摩擦粉碎；粗碎时宜采用冲击力和压缩力,细碎时采用剪切力和摩擦力;5.低温粉碎与混合粉碎低温粉碎对于低软化点、熔点低的热塑性物料,温度上升会失去结合水的物料,或温度上升会氧化的物料,以及常温时强韧、低温时脆性化的物料,适用低温粉碎; 采用技术有预冷物料、包裹或加入冷却介质;混合粉碎可以提升细粉效率几种粉碎性质不同的物料装入同一粉碎设备进行粉碎时,由于物料相互影响,则粉碎情形比单一物料复杂,会出现选择性粉碎,即易碎的物料更细、难碎的物料更粗;原因是：①粉碎介质受到作用力是,会优先碎裂,而高强度颗粒不足以碎裂,同时作用在高强度颗粒上的作用力部分或传递到相邻的低强度颗粒上,再次造成低强度颗粒碎裂,即易碎颗粒发生粉碎的概率大；②另一方面,两种硬度不同的颗粒相互接触并做相互运动时候,硬度大颗粒对硬度较小的颗粒产生切屑作用,软质颗粒被磨削;因此粗的更粗,细的更细;6.粉碎流程分类及特点a简单的粉碎流程b带预筛分的粉碎流程c带检查筛分的粉碎流程d带预筛分和检查筛分的粉碎流程各种粉碎流程的特点：a流程简单,设备少,操作控制较方便,但往往由于条件的限制不能充分发挥粉碎机械的生产能力,有时甚至难以满足生产要求b和d流程可增加粉碎流程的生产能力,减小动力消耗、工作部件的磨损等;适合原料中细粒级物料较多的情形;c和d流程可获得粒度合乎要求的粉碎产品,为后续工序创造有利条件,但流程较复杂,设备多、建筑投资大,操作管理工作量大,多用于最后一级粉碎作业;开路开流流程：不带检查筛分或选粉设备的粉碎流程：比较简单、设备少、扬尘少；当要求粉碎产品粒度较小时,粉碎效率低,产品中会含有部分不合格的粗颗粒物料闭路圈流流程：带检查筛分或选粉设备的粉碎流程：可直接筛选出符合粒度要求的产品;7.粉碎方式的选择以较强的化学健力结合的：要采用具有较强机械力的碎裂方式;对于拟粉碎至厘米级的矿石：可采用挤压粉碎、劈裂粉碎;对于拟磨细至微米级、纳米级的矿石：采用研磨粉碎、折断粉碎;实际过程中则是多种粉碎相互结合,连续作业;8.粒子焊接：即在粉碎的过程中,小颗粒间存在压应力,会发生焊接现象,再次形成大颗粒,可称之为二次颗粒;这些二次颗粒结构较为疏松,颗粒间焊接点少,但是当研磨强度过大时,压应力大,作用时间长,焊接程度增大,强度甚至比原矿大;在超细粉体制备时应该要极力避免通过加入分散剂来防止,其中常见的固体分散剂有微晶碳、液体分散剂有四氢呋喃等;9.粉碎机械分类;重点掌握超细粉碎机械;破碎机械：颚式破碎机,圆锥破碎机常用分类粉磨机械：振动磨,雷蒙磨超细粉碎机械：行星球磨机、气流粉碎机粉体实验仪器会考,还有加上筛分10.行星球磨机构造及原理主要有立式和卧式的两种,其主要构造组成有：电机、传动三角带、共用转盘、球磨罐、齿轮系列或三角带传动系列;其工作原理是利用磨料与试料在研磨罐内高速翻滚,对物料产生强力剪切、冲击、碾压达到粉碎、研磨、分散、乳化物料的目的;行星式球磨机在同一转盘上装有四个球磨罐,当转盘转动时,球磨罐在绕转盘轴公转的同时又围绕自身轴心自转,作行星式运动;罐中磨球在高速运动中相互碰撞,研磨和混合样品;该产品能用干、湿两种方法研磨和混合粒度不同、材料各异的产品,研磨产品最小粒度可至微米;与挤压和冲击粉碎的不同的是,球磨机靠研磨介质对物料颗粒表面不断的磨蚀实现粉碎;11.气流粉碎机构造及原理气流粉碎机其工作原理是,将高压空气或高压水蒸气通过拉瓦尔喷管加速为亚音速或超音速气流,喷出的射流带动物料做高速运动,使物料因撞击和摩擦而粉碎;由于喷嘴附近的速度梯度很大,因此,绝大多数粉碎作用发生在喷嘴附近;被粉碎的物料随气流到分级区进行分级,达到粒度要求的由收集器捕集下来,未达到粒度要求的则返回粉碎室继续粉碎,只要满足粒度要求;12.影响粉碎效率的因素：机械力大小、作用点、作用方式、作用时间等13.影响球磨效率的因素：原料性质的影响；球磨强度的影响：球磨环境的影响；球磨气氛的影响；研磨介质性质、尺寸呢及球料比的影响；球磨时间的影响;14.助磨剂助磨作用机理常为表面活性剂①助磨剂吸附在物料颗粒表面,改变颗粒的结构性质,降低颗粒的强度或硬度；②助磨剂吸附在固体颗粒表面,减小颗粒的表面能；总之,添加助磨剂使物料颗粒内的裂纹易于扩展,强度或硬度降低,颗粒软化；助磨剂吸附在颗粒表面能平衡因粉碎而产生的不饱和键,防止颗粒团聚,从而抑制粉碎逆过程;助磨剂一般分成三类：碱性聚合无机盐、碱性聚合有机盐、偶极—偶极有机化合物;15.粉碎机械力活化作用机理及影响因素机械力化学的作用机理：1)物料在机械力作用下粉碎生成新表面,颗粒粒度减小,比表面积增大,从而粉体表面自由能增大,活性增强;2)物料颗粒在机械力作用下,表面层发生晶格畸变,其中贮存了部分能量,使表面层能位升高,从而活化能降低,活性增强;3)物料颗粒在机械力作用下,表面层结构发生破坏,并且趋于无定形化,内部贮存了大量能量,使表面层能位更高,因而活化能更小,表面活性更强;4)粉磨系统输入能量的较大一部分还将转化为热能,使粉体物料表面温度升高,在很大程度上提高了颗粒的表面活性因此,物料经机械粉碎后形成的微细颗粒表面性质大大不同于原有粗颗粒,机械力的持续作用使颗粒表面的活性点不断增多,颗粒表面处于亚稳高能活性状态,易于发生化学或物理学的变化;影响机械力化学的因素：1)原料性质的影响：原料性质和各组分配比决定最终产品组成的物质基础;2)粉磨强度的影响：即能量对原子重新组合的影响;强度过低,形成非晶时间较长,甚至无法形成非晶；强度较高,形成非晶时间较短,利于非晶成分扩散,继续粉磨或造成相便；当强度达到某一值时候,会使得原料形成稳定化合物;3)粉磨环境的影响：湿法和干法两种环境,相差了助磨剂水;4)粉磨气氛的影响：利用或防止七固反应;5)粉磨时间和温度的影响：较适宜的时间和温度;16.机械力化学在应用中的特点优点：①经高能粉磨处理的物料,不仅使粒度减小,比表面积增大,而且由于反应的活性提高,可使后续热处理过程的烧成温度大幅度降低;②由于机械粉碎的同时兼有混合作用,使多组分的原料在颗粒细化同时达到均匀化,特别是均匀化程度提高,使制备的产品性能更好;③便于制备宏观、纳米乃至分子尺度的复合材料;④便于制备某些常规方法难以制备的材料;缺点：①通常需要长时间的机械处理,能量消耗大,且反应难以进行完全,在实际应用中,通常对物料进行适当的粉磨来制备前驱体而不是最终产物;②研磨介质的磨损会造成物料污染,影响粉磨产物纯度③处理金属材料时,需要用氮气、氩气等惰性气体保护,否则可能发生氧化、燃烧等不希望发生的反应;。
粉体力学
• 液体中颗粒的分散——超声调控 液体中颗粒的分散 超声调控
–超声调控是把需要处理的工业悬浮液置于超声场 超声调控是把需要处理的工业悬浮液置于超声场 控制恰当的超声频率及作用时间， 中，控制恰当的超声频率及作用时间，使颗粒充分 分散。 分散。 –超声分散主要是由超声频率和颗粒粒度的相互关 超声分散主要是由超声频率和颗粒粒度的相互关 系决定的。其作用主要在两个方面： 系决定的。其作用主要在两个方面：
1.4.4 颗粒间的静电力
当介质为不良导体（如空气） 当介质为不良导体（如空气）时，浮 游或流动的固体颗粒( 游或流动的固体颗粒(如合成树脂粉末 、淀粉)或纤维往往由于互相撞击和磨 淀粉) 擦（如研磨、喷雾法等操作过程中） 如研磨、喷雾法等操作过程中） 或由于放射性照射以及高压静电场等 作用（主要指气态离子的扩散作用） 作用（主要指气态离子的扩散作用） 产生静电荷。 产生静电荷。 对于两个分开且带有异号静电荷各 库仑单位） 为q1和q2（库仑单位）的两个直径 都为D 都为D的球形颗粒间的引力为
Fint er CO = mg
1-134
颗粒的团聚和分散
• 团聚 颗粒在气相或液相中，颗粒间的作用力远 颗粒在气相或液相中， 大于颗粒的重力而形成聚合状态。 大于颗粒的重力而形成聚合状态。
– 改善颗粒的流动性、避免粉尘、易于包装等 改善颗粒的流动性、避免粉尘、 – 如混合操作等的困难
• 分散 颗粒间互不相干自由运动的状态。 颗粒间互不相干自由运动的状态。
固-液-气三相界面张力平衡时
– θ=00，称为完全润湿或铺展； 称为完全润湿或铺展； – 00<θ<900，固体能为液体所润湿 – 900<θ<1800，固体不为液体所润湿 水银/玻璃 水银 玻璃
第三章 粉体力学
• 粉体压力计算：詹森（Janssen)近似
Janssen 作 如 下 假 设 ： 粉体层处于极限应 力状态；同一水平 面内的铅垂压力相 等；粉体的物性和 填充状态均一。因 此，内摩擦系数为 常数。
圆筒形容器里粉体压力
• 取柱坐标（r,z)，柱体上表面中心点为坐标 原点，z轴沿柱体中轴线垂直向下。
( ytg)2 Pv
2
ytg
(
dy
cos
)w
(Ka
cos2
sin 2
) Pv
cos
• 变形后得：
y tan dp y tan B gdy
2w
k cos2 sin2
dy p dp dy
•两边同除以ytandy得：
dp
dy
Bg
p y
2w tan
k cos2 sin2
dy p dp dy
令 2w (k cos2 sin2 ) tan
则有：
dp dy
Bg
(
p) y
当y=H时，p=0，解微分方程得：
p B gy {1 ( y )1} 1 H
• 这里讨论的是静压，卸载时会产生动态超 压现象，最大压力可达静压的3~4倍，发生 在筒仓下部1/3处。这一动态超压现象，将 使大型筒仓产生变形或破坏，设计时必须 加以考虑。
• 如粉体层的上表面作用有外载荷p0，即当 h=0时，p=p0，此时有：
p
p
p0
p
exp
4wk
D
h
• 建立铅垂方向的力平衡方程：
粉体工程复习资料
一、名词解释1、粉体：由大量的不同尺寸的颗粒组成的颗粒群体。
2、颗粒：能单独存在并参与操作过程，还能反应物料某种基本构造与性质的最小单元。
3、颗粒形状系数：在表示颗粒群性质和具体物理现象、单元过程等函数时，把与颗粒形状有关的诸多因素概括为一个修正系数加以考虑，该修正系数即为形状系数。
（有体积形状指数、表面积形状指数、比表面积形状指数）4、颗粒形状指数：表示单一颗粒外形的几何量的各种无因次组合。
5、粒度分布：指将颗粒群用一定的粒度范围按大小顺序分为若干粒级，各级别粒子占颗粒群总量的百分数。
6、破坏包络线：对同一粉体层的所有极限摩尔圆可以做一条公切线，这条公切线成为破坏包络线。
7、填充率：粉体所占体积与粉体表观体积的比值。
8、球形度：与颗粒等体积的球和实际粉体的表面积之比。
9、孔隙率：粉体层中空隙所占有的比率。
10、配位数：某一个颗粒与周围空间接触的颗粒个数。
11、极限应力状态：在粉体层加压不大时，因粉体层的强度足以抵御外界压力，此时粉体层外观不起变化，当压力达到某一极性状态时，此时的应力称极限应力。
粉体层就会突然崩坏，这与金属脆性材料的断裂是一致的。
12、库仑粉体：分体的破坏包络线呈一条直线，称该粉体为库仑粉体。
13、粘附性粉体：破坏包络线不经过坐标原点的粉体称为粘附性粉体。
14、主动受压粉体：由于重力作用在崩塌前将其支撑住，在崩塌时临界状态称主动态，最小应力在水平方向。
15、被动受压粉体：粉体延水平方向压缩，当粉体呀倾斜向上压动时的临界状态称为被动状态，最大主应力在水平方向。
16、堆积：17、安息角/休止角：指物料堆积层的自由表面在静平衡状态下，与水平面形成的最大角度。
（安息角越小，粉体的流动性越好）18、均化：物料在外力作用下发生速度和方向的改变，使各组分颗粒得以均匀分布。
19、粉体流动函数：固结主应力与开放屈服强度存在着一定的函数关系。
20、静态拱：物料颗粒在出口处起拱，此时正好承受上面的压力这样流动停止，此时孔口处处于静止平衡状态。
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
第三章粉体力学
f ( )
当粉体开始滑移时，若滑移面上的切应力τ与正应力σ成正 比 c c 库仑定律 这样的粉体称为为库仑粉体，
c
粉体的摩擦系数，又称内摩擦系数，
初抗剪强度，C=0的粉体称为简单库仑粉体。
c
库仑定律是粉体流动和临界流动的充要条件：
①当粉体内任一平面上的应力 c c 时，粉体处
3.1.2 颗粒间的内聚力
粉体颗粒间最基本和最常见的内聚力有范德华力、 静电吸引力、液体桥联力和固体桥联力。此外，还有颗 粒表面断键形成的活性点之间的作用力和颗粒表面吸附 活性基团之间的作用力，以及颗粒粗糙表面之间凹凸部 分的机械啮合力等。
1．范德华力 FV
作用于固体表面分子之间，与分子间距离的6次方成 反比，其作用距离在1nm范围内，是典型的短程力。在固 体表面间最短距离L约为 105 cm 内起作用. ② 在球（球径Dp ）与平面间的范德华力
安息角是颗粒在较粗状态下基本上靠自重运动所形成的角。 内摩擦角是粉体在外力作用下达到破坏状态所受强制剪切时 所形成的角。 安息角是粉体的基本物性之一，但是是针对较粗粉体而言 （为什么？）
安息角测定有排出角法、注入角法、倾斜角法等。
① 注入法——用漏斗或缩口容器把粉体从上方排放到水平面上， 形成圆锥状料堆。
第三章 粉体力学与流变特性
吉晓莉
概述
粉体力学行为取决于粉体的摩擦性 质、内聚性质及粉体层应力状态，它是 粉体贮存、给料、输送、混合、压制等 单元作业及其装置的设计基础。
3.1 粉体颗粒接触点上的间力
颗粒接触点上的作用力：使密集态粉体形成一定强度的 力（能抵抗粉体变形、流动的力） 粉体从静止状态到开始变形流动有一个过程，这是 粉体具有一定强度造成的。而粉体的强度是由颗粒间接 触点上存在内聚力和摩擦力所形成的，即内聚力与摩擦 力与促使粉体变形、流动的力相对抗。
粉体的流动性
测定内容和操作
（一）休止角的测定
1．物料 微晶纤维素粉末，微晶纤维素球形颗粒，滑石粉，微粉硅胶， 硬脂酸镁。
2．测定内容 （1）分别称取微晶纤维素粉末和微晶纤维素球形颗粒20g，测定休 止角，比较不同形状与大小对休止角的影响； （2）称取微晶纤维素粉末15g共3份，分别向其中加入1%的滑石粉、 微粉硅胶、硬脂酸镁，均匀混合后测定休止角，比较不同润滑剂的助 流作用； （3）称取微晶纤维素粉末20g，依次向其中加入0.2%, 1%, 2%, 5%, 10%的滑石粉，均匀混合后测定其休止角，比较助流剂的量对流动性 的影响。以休止角为纵坐标，以加入量为横坐标，绘出曲线。
流出速度的测定
移去挡板的同时 开始计时
（三）压缩度的测定
1. 物料 微晶纤维素粉末、微晶纤维素球形颗粒、淀粉。
2．测定内容 取微晶纤维素粉末、微晶纤维素球形颗粒和淀粉 各15g，测定压缩度，比较不同形状与大小或不 同物料的振动流动性。
3．测定方法 将欲测定物料分别精密称定，轻轻加入量筒 中，测量体积，记录最松密度；安装于轻敲测 定仪中进行多次轻敲，直至体积不变为止，测 量体积，记录最紧密度。 根据公式计算压缩度C。
由图2-27 的几何关系可得
OA
1 2
fc
=
fc
2sin i
2-38
OA
1 2
fc
=
fc
2sin i
拱自由表面的应力状态 s = t = 0
OA = c
tan i
2-39
从上两式可得粉体的开放屈服强度fc为
fc
=
2 cosi 1 sin i
c
2-40
• 0 =0，fc=0
• 0 不等于0，fc=常数
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。
药剂学第二章 散剂和颗粒剂
第二章散剂和颗粒剂一、粉体学简介（一）粉体学的概念粉体学（mlcromeritics）是研究固体粒子集合体（称为粉体）的表面性质、力学性质、电学性质等内容的应用科学。
粉体的各方面性质在固体制剂中占有较为重要的地位。
（二）粉体的性质1.粉体的粒子大小、粒度分布和粒径的测定方法（1）粉体的粒子大小和粒度分布①定方向径：即在显微镜下按同一方向测得的粒子径。
②等价径：即粒子的外接圆的直径。
③体积等价径：即与粒子的体积相同球体的直径，可用库尔特计数器测得。
④有效径：即根据沉降公式（Stocks方程）计算所得的直径，因此又称Stocks径。
⑤筛分径：即用筛分法测得的直径，一般用粗细筛孔直径的算术或几何平均值来表示。
粉体的大小不可能均匀一致，而是存在着粒度分布的问题，分布不均会导致制剂的分剂量不准、可压性变化以及粒子密度变化等问题。
因此，研究粒度分布同样具有重要的意义。
常用频率分布表示各个粒径相对应的粒子占全体粒子群中的百分比。
练习题配伍选择题A.定方向径B.等价径C.体积等价径D.有效径E.筛分径1.粉体粒子的外接圆的直径称为[答疑编号501242020101]『正确答案』B2.根据沉降公式（Stocks方程）计算所得的直径称为[答疑编号501242020102]『正确答案』D（2）粉体粒径的测定方法①显微镜法：显微镜法是将粒子放在显微镜下，根据投影像测得粒径的方法。
光学显微镜可以测定0.5～100μm级粒径。
测定时应注意避免粒子间的重叠，以免产生测定的误差，同时测定的粒子的数目应该具有统计学意义，一般需测定200～500个粒子。
②库尔特记数法：库尔特记数法是在测定管中装入电解质溶液，将粒子群混悬在电解质溶液中，测定管壁上有一细孔，孔电极间有一定电压，当粒子通过细孔时，由于电阻发生改变使电流变化并记录于记录器上，最后可将电信号换算成粒径。
可以用该方法求得粒度分布。
本法可以用于测定混悬剂、乳剂、脂质体、粉末药物等的粒径分布。
实验八粉体力学特性测定
实验⼋粉体⼒学特性测定实验⼋粉体⼒学特性测定⼀、实验⽬的了解DSJ-3型电动四联等应变直剪仪与BT-1000型粉体综合特性测试仪的结构与⼯作原理，通过实验掌握粉体摩擦⾓与休⽌⾓的测定⽅法，并了解上述粉体特性在粉体输送与储存等单元操作中的意义。
⼆、实验装置DSJ-3型电动四联等应变直剪仪的结构如图1，可同时采⽤四个试样，分别在不同的垂直压⼒下施加⽔平剪切⼒进⾏剪切，求得粉体样破坏时的剪应⼒，然后根据库仑定律确定粉体的摩擦⾓。
图1 DJS-3型电动四联等应变直剪仪1⼿轮 2推动座 3 固定盒 4 滑动盒 5 量⼒环 6 测微表 7 加压装置8 量⼒环⽀架 9 杠杠 10 吊盘部件 11 传动装置 12 换档⼿柄DSJ-3型电动四联等应变直剪仪可分为推动、剪切、杠杆加荷、测⼒四部分。
推动部分1 910 283 4 6 5 7 1211的推动轴的⽔平推进速率分为2.4、0.8、0.1、0.02mm/min 四档；剪切盒分上盒和下盒，上盒剪切过程中固定不动，下盒可沿底部导轨移动，盒内物料⾯积为30cm 2，⾼2cm ，；杠杆⽐例为1：12；仪器附有砝码多块，其中1.275公⽄4块，2.55公⽄12块。
可使物料表⾯加上垂直应⼒数值为50、100、200、400KPa 等四级。
测⼒环置于剪切盒与后档之间，测量⽔平剪切⼒。
BT-1000型粉体综合特性测试仪是⼀种主要⽤于评价粉体流动特性的仪器，其测试项⽬包括休⽌⾓、动态休⽌⾓、平板⾓、分散度、松装密度及振实密度等参数，其结构如图2，本实验主要⽤于测试休⽌⾓及动态休⽌⾓。
图2 BT-1000型粉体综合特性测试仪正⾯图1 定时器开关2 照明灯开关3 出料⼝4 透明套筒管5 松、实密度6 休⽌⾓试样7 接料盘8 减振器9 电源开关 10 分散度料仓 11 ⾓度尺12 照明灯 13 分散度筒 14 振动电机开关 15 振动筛开关 16 定时器三、实验原理休⽌⾓(⽤符号?r 表⽰)是指物料的⾃由表⾯与⽔平⾯所形成的最⼤⾓度。
- 1、下载文档前请自行甄别文档内容的完整性，平台不提供额外的编辑、内容补充、找答案等附加服务。
- 2、"仅部分预览"的文档,不可在线预览部分如存在完整性等问题,可反馈申请退款(可完整预览的文档不适用该条件!)。
- 3、如文档侵犯您的权益，请联系客服反馈,我们会尽快为您处理(人工客服工作时间：9:00-18:30)。
息角所致。整体流仓必须
保证料仓各个部位的倾斜 角大于物料的安息角。
形成整体流的必要条件是料斗半顶角θ 要小于θ max 。
3、确定料 仓 的 直 径
料仓的高径比关系着基建费
用。由于仓内物料压力的增量 并不与深度的增量成正比，深 度增加压力增大不多，因此， 选取较大高径比是经济的。通 常料仓直筒部分的高度为其直 径的2～3倍。其直筒部分是主 要储料部位，其尺寸视储存
dN y dp y cos ( p y dl cos ) cos
正压力
p N p x sin 2 p y cos 2
最大主应力σ 1。该应力与料 仓中的料位高度H 有关, 在筒 仓部分, σ 1 随料深按指数规 律增加; 在筒仓与料斗的相接 处, σ 1 达最大; 在料斗部 分, σ 1 线性递减, 至料斗顶 角处, σ 1 降至零。 σ c 随σ 1 的增加而增加, σ c 在h = 0 和h =H 处并不 等于零, 这是由粉体的粘性所 致。粉体物料的开放屈服强度 σ c , 可由剪切试验确定 料拱脚处的支承反作用主应力σ , 简称反作用主应力, 又称 破拱主应力。它主要取决于料斗半顶角和料拱跨度W 等。由 于σ 正比于料拱跨度W , 故在筒仓部分σ 为一常数, 在料斗 部分σ 线性减至零。
【解】σ 1＝480kPa，σ 3＝210kPa ，c=20kPa， υ ＝18° （1）直接用τ 与τ f的关系来判别
第五章 土的抗剪强度
根据莫尔-库仑定律，当单元体到极限平衡状态时， 莫尔应力圆恰好与库仑抗剪强度线相切。
f c tg 20 303tg18
118kpa
100
固 定 床
L0
L
起 始 流 化
L
膨 胀 床
Lf
L
鼓 泡 床
Lf
节 涌 气 力 输 送
Lmf
流体
流体
流体
流体
流体 流体
流态化可划分为以下几种形式： 固定式 当流体向上流过颗粒床层时，如速度较低，则
流体从粒间空隙通过时颗粒不动，这就是固定
床。如流速渐增，则颗粒间空隙率将开始增加， 床层体积逐渐增大，成为膨胀床。
4、本章基本内容： 流态化基本概念 、流体力学特性、流化床应用、 气力输送过程
５.1 气固的接触形式
一、流态化现象
固定床 临界流 化床 流化床 输送床
Δ P 500 固定床 300 流化床
流态化现象
200 斜率=1
夹带开始 Δ P=W/At
100 50 1
2
u mf
10 空床流速 u 0
50 ㎝/s
圆筒部分仓壁压力
要点
几点基本假设 当料仓中装满物料时，由于物料与仓壁之间的摩擦力作 料仓中物料层的作用力 1、料仓内物料全部装满；
用，仓壁上所承受的压力与物料层高度的关系并不服从流
力的平衡式:
2、同一平面的垂直压力恒定； 体压力分布规律。 2
3、物料基本物性和填充状态均一，内摩擦系数为常数。
将水力半径代入，整理： 测压系数
对于圆形和方形卸料口, i = 1 ; 对于缝形卸料口( L ≥3B) , i = 0
总
结
1、料仓下部的锥面倾角对物料在仓内的流动有重大影响； 2、至少要等于物料的休止角，必须大 于物料与仓壁的摩擦角， 否则，物料就不能全部从仓内流出； 3、一般锥面倾角要比摩擦角大5 °～10°，比储存物料的自然休止 角约大10°～15°。对于整体流的料仓，锥面倾角一般取 55°～ 75°。考虑到较大的倾角会使建筑高度增加，对于直径大于6m的料 库，宜采用2～4个卸料口。 4、减小粉体的壁摩擦角及料仓锥形部分的倾斜角，可以使料仓内 的粉粒体呈整体流；反之，成漏斗流。
L
p
u
(a)
u
(b) (c)
u
u
(d)
u
(e)
u
密度比床层平均密度 m 小的物体可以浮在床面上 床面保持水平 服从流体静力学，即高差为 L 的两截面的压差ΔP =mgL 颗粒具有与液体类似的流动性，可以从器壁的小孔喷出 联通的流化床能自行调整床层上表面使之在同一水平面上
2
3000 1 .2 18 1 .8 10
5
9 .8 50 10
6 2
0 .227m / s
Q=LBu0=Su0
S Q u0 2500 3600 0 .227 3 .1m 2
2、已知某粉体单元的最大主应力σ 1＝480kPa，最
小主应力σ 3＝210kPa。通过试验测得抗剪强度指 标c=20kPa，υ ＝18°，问该单元土体处于什么状 态？
Q 3600 A
漏斗流 整体流
K 3.2 gRH
K 2 gh
1、漏斗流动，物料从卸料口卸出的速度随卸料口尺寸的增大而提高； 整体流动，卸出速度与卸料口尺寸无直接关系。 2、在实际计算时，若料仓中陷落物料容积界线近于仓壁，按整体流形式 计算；若其比料仓容积为小，按漏斗流形式计算；若流动形式难以确定， 按漏斗流形式作初步估算。
由计算结果表明， σ 3＜σ
3f
, σ
1
＞σ
1f
，
所以该单元土体早已破坏。
（3） 1、3、c→
1 3
sin
1 3
2
2 C ctg
此计算值为极限平衡时所需的内摩擦角值。如它大于实际 =18°，也可判断该点已破坏。
5 气－固两相系统
５.1
５.2
气固的接触形式
气固两相接触操作图
５.3
５.4 ５.5
流化态特征
流化技术的应用 流化床化学反应模拟器
概 述
1、固体流态化：颗粒物料与流动的流体接触，使颗粒 物料呈类似于流体的状态。 2、流态化技术的应用：流化催化裂化、吸附、干 燥、冷凝等。 3、流态化技术的优点：连续化操作；温度均匀，易 调节和维持；气、固间传质、传热速率高等。
料仓的有效容积还应考虑安 装料位计、设置安全阀、排
VR— 料仓的容积
VL— 料仓的损失容积 D— 料仓圆筒的内径
气口和人孔等。计算所得的
料仓容积总比实际需要的小， 因此，一般需将计算所得数 据加大1.05～1.18倍。
d— 料仓卸料口的内径
h1— 料仓圆筒的高度 h2— 料仓圆锥部分的高度
料仓的卸料能力
四、物料作用在仓壁上的压力
料仓设计时一定要保证其具有可靠强度来承受物料的压 力，否则生产中将出现料仓开裂甚至倒塌。料仓中的物料压力 可分解成圆筒和圆锥两部分来计算。
料仓内物料的压力作用于料仓侧壁和底部
1、料仓内的物料产生水平力，作用在仓壁上引起拉应力； 2、物料的部分重量通过摩擦力转移到仓壁，引起垂直压缩或弯曲 应力。
由于τ > τ f，说明该单元体早已破坏。
（2）利用极限平衡条件来判别 ①设达到极限平衡条件所需要的最小主应力值为 σ 3f，此时把实际存在的最大主应力σ 强度指标c，υ 代入公式中，则得
1
= 480kPa及
②设达到极限平衡条件时所需要得大主应力值为σ υ 代入公式，则得
1f，
此时把实际存在的大主应力σ 3 =210kPa及强度指标c、
但流化床也有一些不足之处：
混合剧烈，存在相当宽的停留时间分布。 气泡通过床层，减少了气-固相接触机会，降低了 转化率。 剧烈的碰撞、磨擦，加速了催化剂的粉化。
流动现象的复Байду номын сангаас性，揭示其内在规律性较难。
在出口，需要旋风分离设备，回收催化剂。
二、流化床主要特性及流化类型 充分流态化的床层表现出类似于液体的性质：
对于圆锥形料斗,破拱
主应力σ 与最大主应力
σ 1 的关系:
( 2 0 .015 ) sin i 1 sin i
1
粉体物料的临界开放屈服强度, 指的是相应于 两条曲线σ = f (σ 1 ) 与σ c = F (σ 1 ) 的交点 的开放屈服强度。
应用实例
需要设计一台圆形整体流料仓, 确定料斗半顶角和卸 料口直径B 。已知粉体物料的有效内摩擦角φ = 40°, 壁面摩擦角 δ = 23°, 平均密度ρ =960kg/ m3 。
要点
料仓中物料层的作用力 如果在仓内充满液体，液体柱自重所引起的侧壁压力与
pN 侧壁的倾斜度无关。但是，如果仓内装的是散粒物料，由 dl
单位长度上的作用力： 于物料的内摩擦力将使侧壁压力显著降低。 正压强:
dN x dN y
dN x dpx sin ( p x dl sin ) sin
习
题
1、设某一降尘室回收气体中的固体颗粒，其颗粒为球形 气体的粘度为1.8×10-5Pa·S,密度为1.2㎏/m3，固体颗 粒的密度为3000㎏/m3要求净化后的气体中不含有直径大于 50μ m的固体颗粒，处理气体量2500m3/h；试求所需沉降 面积为多大。 解：
u0
p
18
gd
节涌 如果床径很小（如一般小试或中试中常见的那样）而 床高与床径比较大时，气泡在上升过程中可能聚集并 增大甚至达到占据整个床层截面的地步，将固体颗粒 一节节地往上柱塞式地推动，直到某一位置而崩落为 止，这种情况叫做节涌。但在大床中，这种节涌现象 通常式不会发生的。 气流输送 当气速一旦超过了颗粒的带出速度（或称终端速度）， 粒子就会被气流所带走成为气输床，只有不断地补充 新的颗粒进去，才能使床层保持一定的料面。
综上所述，可以看到从临界流态化开始一直到 气流输送为止，反应器内装置的状况从气相为非 连续相一直转变到气相成为连续相的整个区间都 是属于流态化的范围，因此它的领域是很宽广的， 问题也是很复杂的。 流态化技术之所以得到如此广泛的应用，是因 为它有一下一些突出的优点： 传热效能高，而且床内温度易于维持均匀。 大量固体颗粒可方便地往来输送。 由于颗粒细，可以消除内扩散阻力，能充分发挥 催化剂的效能。