粉体工程-复习资料

《粉体工程》总复习
一、基本概念
粉碎过程：固体物料在外力作用下克服其内聚力使之破碎的过程
粉碎比：定量描述固体物料经某一粉碎机械粉碎后，颗粒尺寸大小变化的参数
多级粉碎比：原料粒度与最终粉碎产品的粒度之比
粉体的休止角：粉体堆积层的自由斜面在静止的平衡状态下，与水平面所形成的夹角
选粉效率：选粉设备出口中某一粒级的细粉量与选粉机喂料量中该粒级的含量之比,
选粉设备分选出合格的物料质量 /进入选粉设备的全部合格物料的总质量=E=m / M
循环负荷率：选粉机粗粉(G)与细粉(Q)之比,粗颗粒回料的质量 / 该级粉碎（磨）产品的质量=K=G / Q 粉碎平衡：粉碎过程中粗颗粒细微化过程与微细粉体凝聚过程的平衡
开放屈服强度：与自由表面相垂直的表面上只有正应力而无切应力
流动函数：表示松散颗粒粉体的流动性能
：开放屈服强度：预密实应力
c
c
f
f
FFσ
σ
=
流动函数FF<2 2<FF<4 4<FF<10 FF>10
粉体的流动性强粘附性流不动有粘附性不易流出易流动自由流动
粉体的团聚性强团聚性团聚性轻微团聚性不团聚
粒度分布：表征多分散体系中颗粒大小不均一的程度 (或表示粉体中不同粒径区间颗粒的含量)
累积分布：大于或小于某一粒径的颗粒在全部颗粒中所占的比例
偏析：粉体颗粒在运动、成堆或从料仓中排料时，由于粒径、颗粒密度、颗粒形状、表面性状等差异，粉体层的组成呈不均质的现象
钳角：颚式破碎机动颚和定颚间的夹角α称为钳角,钳角a指两锥面间的夹角（圆锥破碎机）。

物料与两辊接触点的切线的夹角α称为辊式破碎机的钳角。

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。

粗糙度系数：R = Ar / Ag 式中Ag为几何表面，Ar为实际表面,R值影响粒子间的摩擦、粘附、吸水性等物化性能
易磨性系数：表示粉磨的难易程度
量
标准物料单位功率的产
物料单位功率的产量标
物=
=
q
q
K
m
标准偏差
：表示数据波动幅度
td
S
：数据的数量xi：每个数据的数值
整体流：仓内整个粉体层能够大致上均匀流出
漏斗流：只有料仓中央部分产生流动，流动区域呈漏斗状，使料流顺序紊乱，甚至有部分粉体停滞不动空隙率：是粉体中空隙所占有的比率粒子内空隙率：e内=（Vg-Vt）/ Vg =1-rg / rt
粒子间空隙率：e间=（V-Vg）/ V = 1- rb/rg 总空隙率：e总=（V -Vt）/ V =1- rb/rt。

松装密度：粉体质量除以该粉体所占容器的体积V
机械力化学：研究粉碎过程中伴随的机械力化学效应的学科
球磨机的临界转速：研磨体出现离心状态时球磨机筒体的最低转速
工作转速:考虑研磨体冲击和研磨综合作用时球磨机筒体的转速
混合:通过机械的或流体的方法使得不同物理性质和化学性质的颗粒在宏观上分布均匀的过程
造粒:将粉状物料添加结合剂做成流动性好的固体颗粒的操作
粉体的密度：粉体的密度是指单位体积粉体的质量,粉体的密度根据所指的体积不同分为：真密度、颗粒密度、松密度、振实密度。

真密度（true density) ρt：材料在绝对密实状态下，单位体积的质量ρt = w/Vt；是指粉体质量（w）除以不包括颗粒内外空隙的体积（真体积Vt）求得的密度。

颗粒密度（granule density) ρg或ρp：ρg = w/Vg是指粉体质量除以颗粒体积Vg所求得密度。

颗粒体积（Vg）：包括封闭细孔在内的体积，而颗粒表面的凹下、裂缝、开口的孔洞不包括在内。

松密度（bulk density) ρb亦称表观密度、容积密度、填充体积；ρb= w/Vb粉体质量除以该粉体所占容器的体积V（堆积体积）堆积体积（Vb）：包括颗粒体积及颗粒之间空隙的体积。

振实密度（tap density）ρbt：ρbt= w/V填充粉体时，经一定规律振动或轻敲后测得
的密度称振实密度（tap density）ρbt。

若颗粒致密，无细孔和孔洞，则ρt = ρg 一般：ρt ≥ρg ＞ρbt ≥ρb
颗粒的两相运动规律:
二、选择与填空
1.粉体产生粘附性与凝聚性的主要原因是什么。

范德华力、静电力、液体桥、固体桥
2.同一颗粒由于定义和测量的方法不同，所得到的粒径值也不同，常用的表示粒径的方法主要有哪三种。

三轴径、定向径（统计平均径）、当量径
3.某粉体的真密度为600kg/m3，当该粉体以空隙率ε＝0.4的状态堆积时，则其松密度等于多少。

360kg/m3
4.粉体均化的方式和途径不尽相同，但均化过程的原理是基本相同的，主要包括哪三种机理。

对流混合扩散混合剪切混合
5. 球磨机工作转速与临界转速的比值称为磨机的转速比。

6. 累积筛余曲线与累积筛下曲线的交点所对应的粒径为粉体的中位粒径。

7粉体由一个个固体粒子所组成，它仍具有固体的许多属性。

与固体的不同点在于在少许外力的作用下呈现出固体所不具备流动性和变形。

8.粉体的流动函数表征着仓内粉体的流动性，如何利用流动函数判断粉体的流动性好坏。

FF值大者，粉体的流动性好
9.影响球磨机内的研磨体的脱离角的因素有哪些?
与筒体转速(n)和筒体有效内径(R0)有关，与研磨体质量无关
10. 下列关于粉体流动性的评价方法正确叙述是 ( A B )。

（A）休止角是粉体堆积层的自由斜面与水平面形成的最大角。

常用其评价粉体流动性
（B）休止角常用的测定方法有注入法，排出法，倾斜角法等
（C）休止角越大，流动性越好
（D）流出速度是将物料全部加入于漏斗中所需的时间来描述
（E）休止角大于40度可以满足生产流动性的需要
11. 下列关于粉体的叙述正确的是 ( BD )。

（A）直接测定粉体比表面积的常用方法有气体吸附法
（B）粉体真密度是粉体质量除以不包颗粒内外空隙的体积求得的密度
（C）粉体相应于各种密度，一般情况下松密度≥粒密度>真密度
（D）空隙率分为颗粒内空隙率，颗粒间空隙率，总空隙率
12.关于粉体润湿性正确叙述是( )。

（多项选择）
A、润湿是固体界面由固-液界面变为固-气界面的现象
B、固体的润湿性由接触角表示
C、接触角最小为0°，最大为180°
D、接触角越大润湿性越好
13.判断下列关于粉体的叙述是否正确：
[1]直接测定粉体比表面积的常用方法有气体吸附法（）
[2]粉体真密度是粉体质量除以不包颗粒内外空隙的体积求得的密度（）
[3] 粉体相应于各种密度，一般情况下松密度≥粒密度>真密度（ ）
[4] 空隙率分为颗粒内空隙率，颗粒间空隙率，总空隙率（ ）
三、论述题
1. 粉体与固体的主要区别。

库伦粉体、粉体密度的表示方法及含义。

粉体与固体的不同点：在少许外力的作用下呈现出流动性和变形；粉体是介于流体和固体之间的一种特殊存在形式，是气、液、固相之外的第四相。

库伦粉体：若滑移面上的切应力τ与垂直应 力σ成正比；C=0，可忽视粉体颗粒间的附着力，因此流动性好；C ≠0，属于粘性粉体。

2. 粉体产生粘附性与凝聚性的主要原因。

产生粘附性与凝聚性的主要原因：
①干燥状态下：范德华力(取向力、诱导力、色散力)、静电力
②润湿状态下：液体桥、固体桥
液体桥：粉体与固体或粉体颗粒之间的间隙部分存在液体
固体桥：溶解的溶质干燥而析出结晶
1. 同一颗粒由于定义和测量的方法不同，所得到的粒径值也不同，常用的表示粒径的方法主要有哪些。

三轴径：在粒子的平面投影图上测定，长径l 与短径b ，在投影平面的垂直方向测定粒子的高度h ，以l 、b 、h 定义的粒度平均值称为“三轴径”
定向径：沿一定方向的颗粒的一维尺度
定方向径（Feret 径）：沿一定方向测得颗粒投影的两端相切 的两平行线间的垂直距离。

定方向等分径（Martin 径）：沿一定方向将颗粒投影像面积等分的线段长度。

定向最大径：沿一定方向测定颗粒投影像所得最大宽度的线段长度。

当量直径：利用测定某些与颗粒大小有关的性质推导而来，并使它们与线性量纲有关。

当量球径：将形状复杂的颗粒以球形为基准，换算成球的直径
等体积球当量径：与颗粒同体积的球的直径（设颗粒的体积为V 等体积球的直径为dv ）
等表面积球当量径：与颗粒等表面积球的直径
比表面积球当量径：与颗粒具有相同的比表面的球的直径
投影圆当量径(Heywood 径)：与颗粒投影面积相等的圆的直径
等周长圆当量径：与颗粒投影圆周长相等的圆的直径
2.
应用。

3. 中位粒径、最频粒径、标准偏差的概念及计算。

（1）中位粒径D50：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）最频粒径（粒数众径）： 在频率分布图上，纵坐标最大值所对应的粒径，即在颗粒群中个数或质量出现几率最大的颗粒粒径
（3）标准偏差
标准偏差以σ表示，几何标准偏差以σg 表示。

表示粒度频率分布的离散程度;
其值越小，分布越集中
4.粉体流动性的评价方法及其标准。

粉体的流动函数表征着仓内粉体的流动性，如何利用流动函数判断粉
体的流动性好坏。

粉体在料仓中的流动形式及其特点。

整体流：仓内整个粉体层能够大致上均匀流出。

特点：“先进先出”；减少不稳定流动；仓壁陡峭；仓壁磨损。

漏斗流：只有料仓中央部分产生流动，流动区域呈漏斗状，使料流顺序紊乱，甚至有部分粉体停滞不动。

N D d n nL i i ∑-=2)(σN D d n g i i g ∑-=2)log (log σ
特点：先入后出；引起偏析；局部流动。

5.影响球磨机内的研磨体的脱离角的因素有哪些。

球磨机中研磨体的三种运动状态及其对物料的粉碎作用。

研磨体脱离角α与筒体转速(n)和筒体有效内径(R0)有关；与研磨体的质量和上升的高度无关。

泻落式运动状态：当球磨机的转速很低时，物料主要靠介质相互滑动时产生研磨和压碎作用而粉碎。

抛落式运动状态：当球磨机的转速适中时，即以某一适宜的转速回转时，对物料产生冲击（主）和研磨（辅）作用。

离心式（周转）运动状态：当球磨机转速很高时，所有介质都随筒体转动而不会下落，此时便称为介质的离心运动状态。

对物料不产生任何粉碎作用。

1.常用的粉碎方法以及粉碎的目的和意义.
压碎、劈碎、折断、磨碎、冲击
1、减小粒径，增大表面积
2、改善粉体的物理化学性能
3、提高粉体混合的均化效果
4、有利于运输、储存
5、有利于提高制品的性能
2.颗粒形状、大小的表示方法。

统计径（Feret径、Martin径和定向最大径）的含义。

表征颗粒尺寸的主要参数：粒径、粒度
定性描述：粒状、片状、针状、多角状、枝状
定量描述：形状指数、形状系数、粗糙度
定方向径（Feret径）：沿一定方向测得颗粒投影的两端相切的两平行线间的垂直距离。

定方向等分径（Martin径）：沿一定方向将颗粒投影像面积等分的线段长度。

定向最大径：沿一定方向测定颗粒投影像所得最大宽度的线段长度
3.绘出简图，从受力分析推导出颚式破碎机的钳角α与内摩擦角φ的关系。

P1 -P2cosα-f P2sinα=0
-fP1 -fP2cosα+P2sinα=0
整理得
-2fcosα+(1―f2)sinα=0
或 tgα=2f/（1―f2） f=tgυ,
α≤2υ钳角小于物料与颚板之间的摩擦角的2倍
4.颗粒的悬浮运动，流化床的概念。

颗粒的悬浮运动状态：固定床状态、流（态）化状态、缺陷力输送状态
流化床的概念:将大量固体颗粒悬浮于运动的流体之中，从而使颗粒具有流体的某些表观特征，这种流固接触状态称为固体流态化，即流化床。

5.提高物料均匀混合程度所采用的措施用那些？
①组分的比例：组分比例相差过大时
采用等量递加混合法（又称配研法）混合，
即量小粉体研细后，加入等体积其它粉体细粉混匀，如此倍量增加混合至全部混匀，再过筛混合即成。

②组分的密度（粒度）：若密度及粒度差异较大时
应将密度小（质轻）或粒径大者先放入混合容器中，
后放入密度大（质重）或粒径小者，
选择适宜的混合时间。

③组分的粘附性与带电性
先加入量大或不易吸附的粉体，量少或易吸附者后加
因混合摩擦而带电的粉末常阻碍均匀混合，通常可加少量表面活性剂克服。

④含液体或易吸湿性的组分
如含有液体组分时，可用其它组分吸收该液体。

6.预均化堆场的相关概念。

预均化堆场（库）：一种特殊的均化设备，代替常规的储库，在存储的同时实现原料的均化。

基本原理“平铺直取”：即采取堆料机将料一层一层地铺起来，取料时，采用取料机垂直切取料层。

预均化堆场的作用
（1）储存作用：储存设施
（2）均化作用：处理量大、能耗省
（3）配料作用：不同原料按一定质量比例 配成具有一定成分要求的混合料堆
7. 试述球磨机中研磨体的三种运动状态及其对物料的粉碎作用。

1）泻落式运动状态：
当球磨机的转速很低时，物料主要靠介质相互滑动时产生压碎和研磨作用而粉碎。

（2）抛落式运动状态：当球磨机的转速适中时，即以某一 适宜的转速回转时，对物料产生冲击（主）和研磨（辅）作用。

（3）离心式运动状态：当球磨机转速很高时，所有介质都随筒体转动而不会下落，此时便称为介质的离心运动状态。

对物料不产生任何粉碎作用。

8. 分析入磨物料的粒度、水分、给料量、磨机转速等对球磨机生产能力的影响。

1.入磨物料的粒度，若是过大则加大球磨的工作量降低生产能力，应选择适宜粒度
2.入磨物料的水分 （控制在1～1.5％）水份大：“磨内圈”、“堵塞”，水份小：“跑磨”
3.给料量，若是给料量过大不仅加大工作量，而且还可能出现粉末不完全的现象，若物料过少则容易对球磨机产生损害
4.球磨机转速在不同的筒体转速下，其运动规律大概可简化为三种基本形式。

一是转速很低时，主要以研磨的方式对物料进行细磨。

由于球磨体的动能不大，碰击力小，研磨效率极低二是转速很高时，球磨体受惯性力的作用随筒体一起回转，对物料不产生碰击作用，主要靠摩擦，球磨效率极差三是转速适宜时，球磨体随筒体转动到一定位置后脱离筒壁，物料收到撞击、摩擦作用而粉碎，其粉碎效率最高。

9. 简述造粒机理以及影响粒化（颗粒强度）的因素。

造粒机理：粒化核的产生（结构不紧密的凝聚体）---凝聚物的长大---颗粒的球化整粒
影响粒化（颗粒强度）的因素
粉料的粒度及颗粒空隙率
颗粒的强度与物料的粒度大小成反比
液体表面张力及粘结剂
粒化机尺寸及操作
粒化机尺寸、转速、倾斜角
喷洒液体量与颗粒质量的关系
温度的影响
10. 粉碎工艺流程的设计与说明。

四、计算
1. 粉体粉碎比的技术
2. 粉体的当量径和球形度的计算
【例】有两种固体颗粒，一种是边长为1cm 的正立方体，另一种是正圆柱体，圆柱的直径为d ，高度为h （h=10d ）。

试分别计算这两种颗粒的等体积球当量径dv 和球形度。

解：由等体积球当量径公式，d v
由题可知正立方体体积V 1=1，则1
v d
正圆柱体体积232(/2) 2.5V d h d ππ==，则2v d =
由球形度公式，2v c d S πφ=
由题可知正立方体表面积S 1=6，则2
1110.81v c d S πφ==
正圆柱体表面积()2222/210.5S d dh d πππ=+=,则2
2220.58v c d S πφ==
3. 粉碎过程中物料的衡算
【例】某连续磨机为保证产品粒度不大于50微米，采用闭路粉磨系统，系统流程如下图所示，已知：磨机喂料量G1=15吨/时；磨机出料量G3中＞50微米的颗粒含量为70%；选粉机回料量G2中＞50微米的颗粒含量为90%。

试求：
（1）选粉机回料量G2，磨机出磨量G3和最终产品量G4。

（2）选粉机选粉效率和循环负荷率。

解：（1）由题可得a=0.3，b=0.1，c=1，G4=G1=15，又G3=G2+G4，0.3G3=0.1G2+G4，解得G2=52.5，G3=67.5，G4=15
（2）选粉机选粉效率c 10.30.1E 100%74.1%0.310.1
a b a c b --=
∙=∙⨯=-- 循环负荷率10.3 3.50.30.1c a K a b --===--
为什么复杂摆动式颚式破碎机比同规格的简单摆动式颚式破碎机的生成能力大？
1. 试绘出简图说明料仓内粉体重力流动状态并作简要说明。

D ：颗粒自由降落区
C ：颗粒垂直运动区
B ：团块运动区
A ：颗粒擦过
B 区向出口区中心方向迅速滚落区
E ：颗粒不流动区
2. 分析固定床和流化床的力学状态并说明两者的区别。

固定床：当流体自下而上通过料层时，当u 较低时，流体只是穿过颗粒之间的空隙，颗粒静止不动，并彼此互相接触。

空床流速u 低；实际流速um ＜沉降速度ut ；颗粒静止不动，床层高度不变。

流体对颗粒的阻力与浮力之和小于颗粒的重量，或颗粒的沉降速度大于流体的真正流速。

流态化床（沸腾床）：u 增加，颗粒间隙增大;当流速增加到一定值时umf ，全部颗粒都刚好悬浮在空气流中，流体对颗粒的作用力与其重力相平衡;相邻颗粒间挤压力的垂直分量等于零，床层开始具有流体的特性，此种“沸腾”状的床层称为流态化床，此种现象称为流态化。

3.试绘出简图并推导研磨体运动的基本方程。

研磨体脱离角α：与筒体转速(n)和筒体有效内径(R0)有关；与研磨体的质量和上升的高度无关。