粉体工程

透过流动：流体在固定颗粒床层空隙中的流动，即颗粒静止，流体绕颗粒流 颗粒流态化： 颗粒与运动的流体介质接触时， 在运动流体介质的粘性力和惯性力作用下， 克服颗粒剩余重力，而表现出流体的特征，即颗粒像流体一样流动。 流化床结构：床体容器，固体颗粒，步风板，空气室，测压器。
五、
粉体的物理特性
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粉体的热学性质
������������ :颗粒堆积体表观密度（容积密度）������������ ：颗粒真密度 2.堆积率 λ：颗粒堆积体中颗粒所占的容积率亦称填充率。λ=1-ε 3.表观密度������������ ：单位颗粒堆积体的表观体积所具有的颗粒质量。������������ =（1-ε ）������������ 4.配位数：某个颗粒与其周围的其他颗粒相接触的接触点数目。 影响堆积结构的主要因素 （1） 颗粒本身的几何特性：颗粒大小，粒度分布及颗粒性状 （2） 颗粒间作用力和颗粒堆积条件：颗粒间接触点作用力形式，堆积空间的形状与大 小，堆积速度好外力施加方式与强度等。 三、流变特性 颗粒接触点上的作用力：密集态粉体形成一定强度的力，或者说能抵抗粉体变形、流动 的力。 粉体颗粒间的内聚力：范德华力、静电吸引力、液体桥联力、固体桥联力 固体表面摩擦力：一个固体对抗与其接触的另一个固体相对运动或欲运动的力 粉体层极限应力状态：产生破坏时的应力状态;作用力达到某一极限值时，粉体层将产 生突然的滑移或崩塌破坏。 莫尔圆应力分析粉体层应力计算
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粉体的摩擦特性是用摩擦角来表征的包括： 内摩擦角：反映的是粉体在密实堆积状态下颗粒间摩擦特性 休止角：反映的是粉体在松散状态下的颗粒间摩擦特性 粉体屈服轨迹：确定最大、最小主应力。 四、颗粒流体力学 重力沉降运动：当受重力作用时，颗粒自上而下运动。 离心沉降运动：当受离心力作用是，颗粒沿离心力方向运动。 颗粒自由沉降速度的计算
六 粉体的表面化学性质
粉体的表面指：粉体中所有集合的固体颗粒的表面。 粉体的表面物理化学性质： 由于表面现象引起粉体， 即颗粒表面发生的一切物理化
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学现象 粉体具有巨大的比表面积和表面能。且颗粒尺寸越小，比表面积和表面能越高。 粉体表面原子的能量大于内部原子的能量。 固体表面能的测定：直接测量、间接测量：溶解热法，接触角法。 随着颗粒尺寸的减少， 完整晶面在颗粒总表面上所占的比例减少， 键力不饱和的质 点占全部质点数的比例增多，从而大大提高了颗粒的表面活性。取决俩个因素：1.比表 面积的大小 2.断裂面的几何形状及质点所处的位置。 粉体表面的吸附特性 吸附现象是表面能过剩引起的一个自发过程。 非电解质吸附力主要是分子间作用力。电解质的吸附力主要为库仑力。 双电层： 在溶液中， 颗粒表面常因表面基团的解离或自溶液中选择性地吸附某种离子而 带点。由于电中性的要求，带点表面附近的液体中必有与颗粒表面电荷数量相等、电性 相反的多余反离子，颗粒的带点表面和反离子构成了双电层。 斯特恩双电层分紧密层和扩散层； 斯特恩面： 紧密层中反离子的电性中心所连成的假象 面距固体表面的距离约为水化离子的半径。 滑动面：固液俩相发生相对移动的界面，在斯特恩面稍外一些，是凹凸不平的曲面。 粉体表面润湿性 三相平衡接触角 θ >90 不润湿，θ ＜90 为润湿；θ =0 为铺展。显然 θ 越小，固体的润 湿性就越好。 除非颗粒的三相平衡接触角 θ =0，否则，颗粒在与液体润湿时，均有强弱不等的逃逸 出液体的趋势，或者在液体中聚集成团，以使自由能趋于最低的稳定状态。 颗粒內液：颗粒结构液，即颗粒内部结构空隙内的液体，是一种物理化学集合液。 颗粒外液：颗粒表面吸附液和微孔毛细管液、巨孔毛细管液、空隙液、润湿液。 密集态粉体的润湿指颗粒外液形成的润湿。 粉体润湿性的测量方法：粉体浸透接触法、气体吸附法、浸湿热法。 粉体的凝聚与分散 粉体的凝聚：在气相，液相中或其他粉体介质中，粉体由于颗粒之间或通过介质使颗粒 之间相互作用而形成的不均匀聚集状态。 粉体的分数： 在气相， 液相或其他粉体介质中， 使粉体颗粒处于均匀、 离散的分布状态。 凝聚和分散式粉体在介质中俩个反向行为状态。 粉体凝聚类型：聚集，凝结，絮凝，团聚。 粉体在空气中的凝聚力：范德华力—色散力，诱导力，取向力。静电力---电位差，库 仑力，镜像力。液桥力。 在一般的空气氛围中， 颗粒的凝聚力主要是液桥力， 液桥力可能会达到范德华力的 十倍或数十倍； 在非常干燥的空气中， 颗粒的凝聚力主要是范德华力而静电力通常要比 液桥力和范德华力小，除非对荷电性很强的颗粒，静电力可能是主要的凝聚力。 粉体在空气中的分散 干燥分散---加热干燥，冷冻干燥；机械分散；表面改性分散； 粉体在液体中的凝聚力主要有范德华力，双电层静电作用力，空间未阻作用和 容积化膜作用力
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一、颗粒的几何特性主要包括颗粒大小、形状、比表面积、孔径等，其中尺寸的大小是颗粒 最重要的几何特征参数 表征颗粒尺寸的主要参数有：粒径、粒度、粒度分布值 粒径：以单个颗粒为对象，表征大颗粒几何尺寸的大小。 粒度：以颗粒群为对象，表征所有颗粒在总体上几何尺寸大小的概念。 单颗粒粒径度量方式主要有：轴径、球当量径、园当量径、定向径。 轴径：以颗粒某些特征线段，通过某种平均方式，来表征单颗粒的尺寸大小。 球当量径：用于颗粒具有相同特征参数的球体直径来表征单颗粒的尺寸大小。 园当量径：用于颗粒具有相同投影特征参量的圆的直径来表征单颗粒的尺寸大小。 定向径： 在以光镜 （电镜） 进行颗粒星猫图像的粒度分析中， 对所统计的颗粒尺寸度量， 均与某一方向平行， 且以某种规定的方式获取每个颗粒的线性尺寸， 作为单颗粒的粒径 颗粒分布的表示方法：列表法、作图法、矩值法、函数法。 （函数法，正态分布，对数 正态计算） 颗粒形状的表征:形状因子（形状系数，形状指数） 、形状的数学分析。 形状系数：以颗粒几何参量的比例关系来表示颗粒与规则体的偏离程度。包括：体积形 状系数，表面积，比表面积，Carman。 形状指数：以颗粒外截形体几何参量的无因次数租来表示颗粒的形状特征。 颗粒性状影响的粉体性质：比表面积，流动性，堆积性，附着性，流体透过阻力，化学 反应活性，填充材料的增强，增韧性等。 粉体颗粒的总表面积： 颗粒轮廓所包络的表面积与呈开放状态的颗粒内部孔隙、 裂隙表 面积之和。 二、颗粒的堆积结构：粉体内部，颗粒在空间上的排列状态及孔隙结构。 基本参数：1.空隙率ε ：颗粒堆积体中空隙所占的容积率 ε = 颗粒堆积体中空隙的体积 颗粒堆积体表现体积 = 颗粒堆积体表现体积 − 颗粒真实体积 颗粒堆积体表现体积 =1− ������������ ������������
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固体颗粒随着其尺寸的变化， 其能量分布状态较块体有很大的偏离。 对超微粉体颗粒体 系，其热力学能偏离块体更大。 晶体的熔点：一个大气压下，晶体受热，又固态转为液态的温度。主要取决于晶体质点 间结合能的性质和大小，大体上，晶体的结合能越高，熔点就越高。 实验表明：晶体颗粒尺寸越小，其熔点也越低。 饱和蒸汽压：温度一定是，使液体不转化成液体所需的最低压力。 液体的饱和蒸汽压值越高， 液体就越容易被蒸发； 尺寸较小的晶体颗粒饱和蒸汽压恒大 于尺寸较大的晶体颗粒饱和蒸汽压。 颗粒尺寸越小，比热容越大。 颗粒荷电（>1μ m）的主要方式：接触荷电、碰撞荷电、电场荷电、粉碎荷电。 接触荷电：俩个不带电且功函数不同的导体颗粒，因相互接触，而后分离，使俩个颗粒 分别荷上极性相反的等量电荷。 碰撞荷电：颗粒与运动离子的碰撞荷电；颗粒与器壁碰撞荷电；气力输送中的颗粒最终 荷电量。 电场荷电：在常压下，当俩个大小差别很大的电极上有足够大的电位差时，会引起空气 电离，产生大量的空间电荷，形成电晕电流。 粉碎荷电：颗粒粉碎时，连接质点的键被截断，且正、负电荷对于破碎面呈现点电量不 等的分布，使颗粒荷电。 粉体的电导性用电阻率和电导率表示，二者互为倒数。 粉体堆积体的电导率 ρ d 的测定主要有：平行板电极法，圆筒形电极法和针板电极法。 粉体分散体的电导率与其在介质中的分散程度有关。 粉体的介电常数 粉体的介电性质主要反映的是颗粒晶体在电极化过程中对电子的束缚能力， 因此粉体的 介电常数直接影响颗粒在电场中的荷电能力和荷电颗粒间的作用力 粉体表观介电常数， 不仅取决于颗粒本身的介电性质和堆积率， 而且也受颗粒及介 质的温度和湿度的影响。 其中颗粒堆积率受颗粒尺寸与分布、 颗粒性状及堆积条件的影 响。同时颗粒尺寸的减小也使颗粒的极化能力增强，导致粉体的表观介质常数增大。 粉体的光学性质 当颗粒直径远大于入射光波长（Dp>λ ）λ ≈Dp*θ 由于颗粒尺寸减小，吸光能力越强的体现。 导电性良好的颗粒对光吸收的现象强烈。 粉体的磁学性质 在无外加磁场时， 物质也具有原子固有的磁矩， 只是在满壳层结构时宏观上显示不 出来，而在未满壳层结构时才有可能显示出来。 在有外加磁场时， 电子的运动要受到外加磁场电磁力的作用， 使电子运动除了做轨 道运动和自旋运动外，还要产生一个附加运动---以外磁场方向为轴线的转动即所谓电 子动讲。 比磁化系数随着颗粒尺寸的减小而减小但是矫顽力增大 颗粒聚集态粉体的矫顽力随着堆积的密实性提高而减小 颗粒分散体系的矫顽力随颗粒浓度的增大而降低。
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粉体在液体中的分散 基本原则：润湿原则；表面力原则； 调控措施：介质调控；分散剂调控；机械调控
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