食品工程原理第六章思考题答案

是一种与晶态、非晶态均不相同的结构状态，具有奇特的物理、化学和力学性能以及优异的 光、力、电、热、磁、放射、敏感、催化等特殊功能。 纳米粉末的制备方法很多，在物理方法上通常采用光、电技术或采用喷雾、加热等手 段使材料在真空或惰性气体中蒸发， 然后使原子或分子形成纳米颗粒； 在化学物理合成法上， 通常通过溶液中的反应（如：化学沉淀法、化学还原法、溶胶-凝胶法、水热法、溶剂热合 成法、热分解法、微乳液法、高温燃烧合成法、模板合成法、电解法等）生成沉淀，再将沉 淀加热分解成纳米颗粒；此外，还可用高能球磨法、机械合卺化法等。 纳米粉末用于加工和制造纳米材料， 纳米材料正在渗入工业部门和高新技术领域， 它在化学 工业、材料工业、电子学和计算机领域、医疗卫生、航空航天、环保和能源、生物技术和农 业、国家安全领域等都占有十分重要的地位。 【6-8】答：影响筛分效率的因素可从被筛分物料和过程所用设备及操作状况三方面来考虑。 物料方面的影响因素主要有物料的堆积密度、粒度分布、和含水率。筛分机械方面的影响因 素主要有筛网的开孔率、筛孔的大小、筛孔的形状等。在筛分操作时，采用干法筛分或采用 湿法筛分、筛面倾角大小、振动的幅度与频率、加料的均匀度、料速与料层厚度等。
∑ ni d i3
i =1
∑n
i =1
i
4） 体积表面积平均直径dVAm—1 个直径为dVAm的球体的比表面积等于所有颗粒比表面 积的平均值
d VAm =
∑n d
i =1 i
k
3 i
∑n d
i =1 i
k
2 i
【6-5】答：球磨机、振动磨及搅拌磨都属于实施研磨介质粉碎的常用设备，都是利用球形 或棒形研磨介质对颗粒状物料施加冲击、研磨、摩擦、剪切等作用达到粉碎目的。 不同的是： 球磨机是靠磨机筒体旋转带动研磨介质及物料一起运动，在离心力、摩擦力以及重力 的作用下， 研磨介质及物料重复出现先被提升到一定高度， 再纷纷作抛物线下落的运动状态， 物料时而受到介质的磨剥作用，时而受到介质的强烈冲击作用而被粉碎； 振动磨是利用快速振动的筒体强制筒体内的研磨介质及待磨物料作高频振动，使研磨 介质及物料之间产生强烈的冲击、摩擦、剪切等作用，从而达到粉碎目的； 搅拌磨的主体既不做圆周运动， 也不产生剧烈的振动， 它主要通过搅拌器以转动的形式将动 能传递给研磨介质与物料，使它们作不规则的运动，物料受到研磨介质强烈的研磨、挤压和 剪切等作用而达到粉碎目的。 【6-6】答：机械粉碎——依靠机械工件（如棒、锤、叶片等）或研磨介质撞击、磨剥物料 颗粒， 使物料颗粒在运动或固定的机械表面， 或物料颗粒与颗粒间产生高频度的相互强烈的 冲击、剪切、研磨而粉碎； 气流粉碎——利用高速气流（300-500m/s）或过热蒸汽（300-400℃）的能量，赋予颗 粒能量，使它们以极高的速度互相冲击、碰撞和摩擦，从而达到粉碎的目的。 叶轮式超细冲击磨的粉碎作用是属于机械粉碎。 因为它是依靠机械工件—粉碎叶轮和分级叶 轮的高速旋转作用急剧地搅拌物料并形成旋转式的物料流， 使颗粒反复地受强烈的冲击、 碰 撞、摩擦和剪切，同时因受离心力的作用冲向内壁，与器壁发生撞击、摩擦和剪切作用，达 到粉碎的目的。 【6-7】答：纳米粉末是加工和制造纳米材料的粒度在 1~100nm 范围的超细粉末，它大于原 子簇，小于通常的微粒，它包括金属、非金属、有机、无机、生物等多种物种。由于颗粒的 超细化，界面原子占极大比例，且原子排列互不相同，界面周围的晶格结构互不相关，因而
【6-1】答：1）开路粉碎操作中，被粉碎物料仅一次进出粉碎机，没有重复的路径；闭路粉 碎系统是由粉碎机和分级器组合而成， 被粉碎物料在粉碎机内部分粉碎后进入分级器进行分 离， 已达合格粒级的物料先离开系统进入产品收集器， 而较大粒级的颗粒则返回到粉碎机给 料口，再次进行粉碎。也就是说，在闭路粉碎流程中，被粉碎物料可在粉碎-分级的循环回 路中连续多次地进行粉碎，直至达到合格粒级。 2）开路粉碎的优点：设备单一（没有辅助设备） ，工艺简单，调节管理方便。缺点： 不能及时地分出合格的细粒级产品， 粉碎效率较低， 尤其当所用粉碎机不具备自行分级性能 时，产品的粒度分布幅度大，其中既含某些过粉碎的颗粒，也含有粒级过大的颗粒，且动力 费用较大。 闭路粉碎的优点：可及时地分出合格的细粒级物料，原料不在机内长时间停留，可 防止过粉碎，并减轻颗粒的团聚，粉碎效率较高，且动力费用较少。缺点：除粉碎机外， 必须设置分级机以及联络两机的输送管路等辅助设施，占用场地较大。 3）开路粉碎适用于具有自行分级性能的粉碎机（如气流磨、循环管式气流粉碎机）以 及小批量的超细微粉碎等情况；闭路粉碎适用于大规模的连线粉碎过程，球磨机、搅拌磨、 高速机械式冲击磨等常采用闭路式工艺流程。 【6-2】答：粉碎过程物料所受作用力可归纳为挤压力、冲击力和剪切力三种。但粉碎过程 粉碎机械对物料的施力作用很复杂， 这三种作用力很少单独起作用， 往往是相互伴随着同时 起作用。 与粉碎能耗相关的物料性质主要有： 物料的破碎强度主要与物料的力学性质相关，主要包括：硬度、强度、脆度和韧性。硬度— 依物料弹性模量大小来划分，有硬软之分；强度—依物料弹性极限应力大小来划分，有强与 弱之分；脆度—依物料塑变区域长短来划分，有脆性与塑性之分；韧性—是一种抵抗物料裂 缝扩展能力的特性，韧性越大，裂缝末端的应力集中越容易得到缓解。 【6-3】答：对于非球形颗粒，工业上应用当量直径来表示其粒度大小。所谓当量直径，就 是用一个与球径相当的量来描述实际颗粒使得用于球形颗粒的研究方法和计算公式能适用 于实际颗粒，这个量就称为该颗粒的当量直径。颗粒的当量直径的规定法有很多，按照在应 用中颗粒的特性主要取决于其体积、表面积、比表面积或线长而定，其中最常用的有与颗粒 实际表面积SP等效的表面积当量直径dS，与颗粒实际体积VP等效的体积当量直径dV：
dS = dV = 3
SP
π
6VP
π
依据球形度的定义， 一定形状的颗粒的球形度与表面积当量直径的平方值成反比， 与体 积当量直径的平方值成正比，即：
2 ⎛ dV ⎞ 与非球形颗粒体积相等的球的表面积 πd V ⎟ Ψ= = =⎜ 2 ⎟ 非球形颗粒的实际表面积 πd S ⎜ ⎝ dS ⎠ 2
【6-4】答：能代表包括不同粒度的某粉体颗粒群的整体水平的量称为该粉体颗粒群的平均 粒度。常用的有： 1）长度平均直径dLm—对所有颗粒的直径取平均值
d Lm =
∑n d
i =1 k i
k
i
∑n
i =1
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2）表面积平均直径dAm—1 个直径为dAm的球形颗粒的表面积等于所有颗粒表面积的平 均值
d Am =
∑n d
i =1 i k
k
2 i
∑n
i =1 k
k
i
3）体积平均直径dVm—1 个直径为dVm的球形颗粒的体积等于所有颗粒体积的平均值
d Vm = 3