粉体工程与设备

一、名词解释

1、中位粒径D50：所谓中位粒径，是指在粉体物料的样品中，把样品的个数（或质量）分

成相等两部分的颗粒粒径。

2、壁效应：在随机填充时，因为在接近固体表面的地方会使随机填充中存在局部有序，这

样，紧挨着固体表面的颗粒常常会形成一层与表面形状相同的料层，这种现象称为壁效应。

3、摩擦角：由于颗粒间的摩擦力和内聚力而形成的角统称为摩擦角。

4、粉碎机械力化学：固体物质在各种形式的机械力作用下所诱发的化学变化和物理化学变

化称为机械力化学效应。与热、电、光、磁化学等化学分支一样，研究粉碎过程中伴随的机械力化学效应的学科称为粉碎机械力化学。

5、相对可燃性：在可燃性粉体中加入惰性的非可燃性粉体均匀分散成粉尘云后，用标准点

火源点火，使火焰停止传播所需要的惰性粉体的最小加入量（%）即为粉体的相对可燃性。

6、粉碎平衡：粉碎过程中颗粒微细化过程与微细颗粒的团聚过程的平衡称为粉碎平衡。

7、屈服轨迹：一组粉体样品在同样的垂直应力条件下密实，然后在不同的垂直应力下，对

每一个粉体样品进行剪切破坏试验，在这种特殊的密实状态中，得到的粉体的破坏包络线，称为该粉体的屈服轨迹。

8、整体流：发生在带有相当陡峭而光滑的料斗筒仓内，物料从出口的全面积上卸出的流动

（为了出现整体流，出口必须全部有效）称为整体流。

二、简答题

1、表征粒度分布的特征参数是什么？粉体的填充指标有那些？

答：（1）中位粒径、最频粒径、标准偏差

（2）容积密度、填充率、空隙率

2、等径球体随机填充的类型有哪些？

答：随机密填充、随机倾倒填充、随机疏填充、随机极疏填充

3、写出几种实际颗粒的堆积规律。

答：（1）当仅有重力作用时，容器里实际颗粒的松装密度随着容器直径的减小和颗粒层高度的增加而减小。对于粗颗粒，较高的填充速度导致松装密度较小，但是对于像面粉那样的有黏聚力的细粉末，减慢供料速度可得到松散的堆积。

（2）一般来说，空隙率随着球形度的降低而增加。

（3）颗粒越小，由于颗粒间的黏聚作用，使空隙率越高。

4、粉体层中的液体有几种？各有什么特点？

答：（1）黏附液：黏附在颗粒的表面上

（2）楔形液：滞留在颗粒表面的凹穴中或沟槽内

（3）毛细管上升液：保留在颗粒之间的间隙中

（4）浸没液：使颗粒浸没的液体

5、粉体润湿的应用有什么典型实例？请写出两例。（P34）

答：粉体的润湿性对复合材料界面结合强度具有重要的影响，通常通过以下措施来改善粉体的润湿性。

（1）表面涂覆或包覆

1）用硬质酸钠改性MgO粉体，在吸附层中硬脂酸根离子的亲水基朝向水相，接触角减小，使粉体对水的润湿性增强

2）通过在SiC表面化学镀Ni能大大提高复合材料性能

3）用Ni改性Al基复合材料，Ni与Al发生反应生成金属间化合物NiAl3、Ni2Al3等，从而获得较好的润湿效果

4）Ag在Al基复合材料上形成的涂层与Al有优良的润湿性且无脆性相生成

（2）热处理

1）通过热处理可以将吸附在陶瓷表面的氧排除，以免金属氧化而在界面处形成氧化物阻止金属与陶瓷元素的相互扩散，阻碍界面反应的进行，从而降低金属对陶瓷的润

湿性。

2）对陶瓷颗粒进行预热处理，可以减少或消除颗粒表面吸附的杂质和气体，提高其与液态金属的润湿性。

6、粉体摩擦角具体包括哪些类型的角度？

答：粉体的内摩擦角、安息角、壁面摩擦角和滑动摩擦角、运动角。

7、试述压力饱和现象，并写出Jassen公式。（P41）

答：公式：

8、流动与不流动的判据是什么？防止粉体偏析的方法是什么？

答：Jenike的流动与不流动盘踞提供了一种极为有用的方法来预测颗粒在料仓中的重力流动或不流动。这个判据指出，如果颗粒在流动通道内形成的屈服强度不足以支撑住流动的堵塞料（这种堵塞料以料拱或穿孔的形式出现），那么在流动通道内将产生重力流动。

防止偏析的方法：（1）在加料时，采取某些能使输入物料重新分布和能改变内部流动模式的方法。

（3）在卸料时，通过改变流动模式以减少偏析的装置，从本质上讲，其设计是尽可能地模仿整体流。

9、颗粒在流体中运动时受到的力有哪些？

答：颗粒运动时的阻力、重力和浮力、离心力、压力梯度力

10、粉尘爆炸的特点是什么？机理以及条件是什么？

答：特点：（1）发生频率高，破坏性强

（2）粉尘爆炸的感应期长

（3）易造成“二次爆炸”

（4）爆炸产物容易是不完全燃烧产物

（5）爆炸会产生两种有毒气体

机理：粉尘爆炸是助燃性气体与可燃物均匀混合后进行的反应：

（1）热能作用于粉尘粒子表面，使其温度上升。

（2）尘粒表面的分子由于热分解或干馏作用，变为气体分布在粒子周围。

（3）气体与空气混合生成爆炸性混合气体，进而发火产生火焰。

（4）火焰产生热能，加速粉尘分解，循环往复放出气相的可燃性物质与空气混合，

进一步发火传播。

条件：(1)扩散粉尘的浓度必须高于最稀可燃极限浓度、

(2)装在容器内的可燃粉料必须扩散在空气中，

(3)引燃源必须具有足够的使燃烧波引燃的释能密度和总能量，而该燃

烧波的传播能引起爆炸。

综上所述，粉尘爆炸的发生需要具备四个必要条件：一定能量的点火源、一定浓度的悬浮粉尘云、足够的空气（氧气量）、相对密闭的空间。

11、粉体输送设备有哪些种类？胶带输送机主要有哪些构件？

答：种类：胶带输送机、螺旋输送机、斗式提升机、链板输送机

胶带输送机的主要构件有：输送带、托辊、驱动装置、改向装置、拉紧装置、装料及卸料装置、清理装置、制动装置。

三、论述题

1、CaCo3超微粉体和橡胶超精细粉体的生产工艺有何异同点？

2、漏斗流和整体流的区别是什么？整体流设计料仓的要点是什么？

区别：

漏斗流料仓内粉体层的流动区呈漏斗形，使料流顺序紊乱，甚至粉体直流不动，造成先加入的物料后流出的结果。这种流动型称为漏斗流。这种流动发生在平底的料仓或斜度小而粗糙的料斗简仓内。整体流料仓内整个粉体层能够大致均匀地下降流动，这种流动型称为整体流。这种流动常发生在带有相当陡峭而光滑的料斗内。

整体流与漏斗流相比，整体流料仓具有很多优点：（1）避免了粉料的不稳定流动、沟流和溢流、（2）消除了筒仓内的不流动区、（3）形成了先进先出的流动，最大限度地减少了存储期间的结块问题、变质问题或偏析问题、（4）颗粒的偏析被大大的减少或杜绝、（5）颗粒的密度在卸料时是常数，料位差对它根本无影响、（6）因为流量得到很好的控制，因此任意水平横截面的压力将可以预测，并且相对均匀，物料的密实程度和透气性能将是均匀的，流动的边界将可预测，因此可以很有把握地用静态流动条件进行分析。

漏斗流料仓存在以下缺点：

（1）出料口的流速可能不稳定

（2）料拱或穿孔崩坍时，细粉料可能被充气，而无法控制地倾泻出来

（3）密实应力下，不流动区留下的颗粒料可以变质或结块

（4）沿料仓壁的长度安装的料位指示器置于不流动区的物料下面，因此不能准确指示料仓下部的位置。

设计要点：尽量使漏斗的半顶角小、料斗用材料的壁摩擦系数越小越好、料斗壁的表面光滑可以适当增大料斗半顶角，从而降低整个料斗的高度。