粉体工程复习

2s d S π=πS
s d =36πV v d = 第二章 粉体粒度分析及测量
（几何形态特征）
2.1单颗粒尺寸的表示方法
1.统计平均距
2.当量直径
即等效直径，就是利用测定某些与颗粒大小有关的性质推导出来，并使它们与线性量纲有关。

最常用是“当量球径”（体积直径dv 和面积直径ds ）。

（1）等体积球当量径dv
所以有等体积球的直径为设颗粒的体积为,6,,3v d V dv V π
=
（2）等表面积球当量径ds
2.2 形状颗粒因数
球形度Φc ：一个与待测的颗粒体积相等的球形体的表面积与该颗粒的表面积之比。

数学表达式：
*球形度计算举例（以棱长为a 的立方体颗粒为例）：
颗粒的体积：a3
颗粒的表面积：S=6a2 将颗粒的投影面积用一条线分成面
积大约相等的两部分，这条分界线在
颗粒投影轮廓上截取的长度dm ，称
为“马丁直径”。

一定方向测量颗粒投影轮廓的两端
相切的切线间的垂直距离，在一个
固定方向上的投影长度df ，称为“弗
雷特直径”。

弗雷特直径≥马丁直径
此外，用一个与投影面积大致相等
的圆的直径来表示长度dp ，称为“投
影直径”。

222)(S V S V d
d d d C ==Φππ
805.0==S S 球ψ()2322366a a S πππ=⎪⎪⎭⎫ ⎝⎛=球%100)(%100)(⨯=∆⨯=N n D f N n D f p P p P 1)()(=+p P D R D D a d v 36π= 等体积球的直径： 等体积球的表面积：
所以
2.3粒度分布
粒度分布：对于颗粒群,除了平均粒径指标以外,我们通常还关心的是其中大小不同的颗粒所占的分数,或者说颗粒群的组成情况,即粒度分布。

2.粒度的累积分布
大于或小于某一粒径的颗粒占颗粒群总数（或颗粒质量）的百分数，即为累积分布，或把颗粒大小的频率分布按一定方式累积得到的分布。

分为两种：筛下累积D(Dp)和筛上累积R(Dp)。

筛下累积表示小于某一粒径的颗粒数的百分数；
筛上累积表示大于某一粒径的颗粒数的百分数。

课堂作业：
某一粉体颗粒的尺寸分布数据为：
直方图和累积分布曲线图 筛上累积 筛下累积
粒子总数为1000。

求频率分布、累积分布，并绘出直方图。

第三章粉体填充与堆积特性
3.1 粉体颗粒的填充与堆积
1.等径球体颗粒的填充
*规则填充：
有两种基本的平面排列形式，正方形和等边三角形（菱形、六边形），如图。

在此基础上，组成六种形式的空间排列。

排列的形式是基本形式层的一层叠在另一层的上面，上层球心分别位于下层的球心、切点和间隙中心位置。

*等径球体颗粒规则排列的六种形式
3
33
488134R R V ππ=⨯⨯=
*空隙率（或填充率）的推导：
以最疏立方排列为例：
设单元体的棱长为a ，球半径为Ｒ，则单元体体积为
Ｖ０＝a3＝(2R)3=8R3
属此单元体的球的体积为 故填充率 ψ = V/V0=π/6 = 0.5236
空隙率 ω = 1-ψ = 0.4764
2.非等径球形颗粒的堆积---最密填充理论
*Horsfield 填充
在六方最密排列中，由六个等径球（一次球，半径为R0）围成的四角孔由最可能大的一个二次球填充；
由四个一次球围成的三角孔由尽可能大的一个三次球所占据
二者填充后形成有空隙依次由四次球和五次球分别填充；
依此类推。

最后，所有剩余孔隙被相当小的等径球填充,最小空隙率0.039。

*Hudson 填充
用一定大小的球同时填充到四角孔和三角孔中，此种填空的空隙率会随着较小球与最初大球的尺寸比值而变化，最小空隙率0.1130。

课堂作业：
空隙率是描述粉体填充的一个重要指标，那么什么是空隙率？并简单计算等径球体颗粒的三个立方系填充的空隙率？
第五章
1.内摩擦角：由颗粒间的摩擦力与内聚力而形成的角为内摩擦角。

破坏面与最小主应力作用方向的夹角：θ
破坏面与最大主应力作用方向的夹角：π/4 - Φi/2
2.安息角：又名休止角和堆积角，是指粉体自然堆积时的自由表面在静止平衡状态下与平面所形成的最大角度。

注入角可称为安息角，安息角不可称为注入角。

3.整体流优点：先进先出
（1）避免不稳定流动、沟流和溢流。

（2）消除筒仓内的不流动区。

（3）形成先进先出的流动，最大限度地减少存贮期间的结块、变质或偏析问题。

（4）卸料时颗粒料密度为常数，不受料位差影响。

可用容量式供料装置控制颗粒料，并改善计量式喂料装置的性能。

（5）流量易控制，故任意水平截面上的压力可预测，且相对均匀，物料密实程度和透气性能均匀，流动边界可预测，可用静态流动条件进行分析。

第六章
1.易碎（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要的比功耗—单位质量物料从一定粒度粉碎至某一指定粒度所需的能量，或施加一定能量能使一定物料达到的粉碎细度。

2.搅拌磨的分类：按结构形式分：盘式、棒式、环式和螺旋式；
按工作方式分：间歇式、连续式和循环式（三种）；
搅拌磨的结构：带冷却套的研磨筒、搅拌装置和循环卸料装置等
雷蒙磨
结构特点：固定不动的底盘和旋转运动的磨辊
工作原理：磨辊绕垂直轴旋转时由于离心力作用紧压在磨环上，与磨辊仪器旋转的刮板将底盘上的物料撒到磨辊与磨环之间，物料在磨辊与磨环之间受到挤压和研磨作用而被粉碎。

性能：性能稳定，操作简单，能耗低，产品粒度可调范围比较大，一般不能粉磨硬质物料，亦不能空车运转。

应用：粉磨煤、焦炭、石墨等非金属矿物及颜料、化工原料、农药、化肥等。

振动磨
结构特点：由磨机筒体、激振器、支撑弹簧及驱动电动机等主要部件组成。

工作原理：物料和研磨介质装入弹簧支撑的磨筒内，磨机主轴旋转时由偏心激振装置驱动磨体做圆周运动，通过研磨介质的高频振动对物料作冲击、摩擦、剪切等作用将其粉碎。

性能：一般圆内振动频率为25或50HZ，振幅2~4mm，填充系数比球磨机大得多，一般为0.6~0.8。

处理量为同体积球磨机10倍。

高压辊磨机
结构特点：由给料装置、料位控制装置、一对辊子、传动装置、液压系统、横向防漏装置等组成。

工作原理：物料由辊压机上部通过给料装置均匀喂入，在相向转动的
两辊的作用下，在拉入角α处将物料拉入高压区进行粉碎，从而实现
连续的高压料层粉碎。

性能：两辊间的压应力高达50~300MPa，能量利用率高，磨损小，
操作方便。

应用：物料粒度应用范围广
莱歇磨与MPS立式磨结构的不同点:前者的磨辊为锥形，后者为
鼓形；前者的磨盘为平盘，后者的磨盘为环槽形。

其他装置基本相同。

在相同粉磨能力时，磨盘直径比莱歇磨大，盘周有更多通气孔，在一
定风速下有较大的空气量，因此磨內空气压力比莱歇磨低20%左右。

球磨机磨内可能出现的三种基本状态:周转状态、泻落状态、抛
落状态,其中以抛落状态对物料的粉碎效果最好
第七章
1.粉碎平衡：粉碎过程中颗粒微细化过程与微细颗粒团聚过程的平衡。

现象：在粉碎的最初阶段，物料的粒度迅速减小，相应比表面积增大；粉碎至一定时间后，粒度和比表面积不再明显变化而稳定在某一数值
附近。

2.晶格畸变：晶格中质点的排列部分失去其点阵结构的周期性导致的
晶面间距发生变化、晶格缺陷以及形成非晶态接头（无定形结构）等。

3.活化点的分布模式：表面层分布、局部区域分布、整体均匀分布
4.机械力作用导致的化学变化：
（1）脱水效应（2)固相反应
5.粉碎机械力化学的应用：
1）粉体材料的机械力化学改性：机械力化学表面改性；粒-粒包覆改性；机械力化学接枝改性
2）机械力化学法制备纳米金属、非晶态金属及合金；MA法合成弥散强化合金；MA法制备亚稳态材料；MA法制备纳米晶材料；MA法制备金属间化合物
3）机械力化学法制备新型材料：制备纳米陶瓷；制备功能材料；制备纳米复合材料；制备储氢材料。

4）机械力化学应用于水泥、混凝土生产：掺加助磨剂提高水泥细度，熟料矿物及混合材料的活化，合成硅酸盐矿物，废弃混凝土的机械力化学活化再利用。

第十章
1.分离效率：分离后获得的某种成分的质量与分离前粉体中所含该成分质量之比。

η=m/m0*100%
2.分级精度：实际分级曲线相对于理想分级曲线的偏离程度，其偏离程度即曲线的陡峭程度可以用来表示分级的精确度，即分离精度。

3.筛分设备三种筛序：由粗到细的筛序、由细到粗的筛序，混合筛序
4.筛孔大小表示：用筛目数M表示；或用1cm2面积上所具有的筛孔数表示K=（M/2.5）∧2。

5.粗分级机工作原理：分两个区域分析。

第一区是两锥之间的分离区，
主要是重力沉降，最小分级粒径可按下式计算
顶盖下导向叶片形成的旋流区，当颗粒做离心沉降的离心速度与气流向心方向的流速分量相等时，相应的颗粒粒径即为最小粒径，计算式
为，r-旋转半径 α-叶片径向夹角。

上两式表明最小分级粒径与设备直径和风速成正比，
与叶片角度成反比。

粗分级机的优点：结构简单，操作方便，无运动部件，不易损坏。

但要与收尘器配合使用。

6.超细分级原理：离心分级、惯性分级、迅速分级、减压分级
7.气固分离设备收尘效率：串联时：)1(121ηηηη-+= 1η第一级收尘器的收尘效率，2η第二级收尘器的收尘效率
8.收尘器按原理分类与特点：重力 惯性 离心 过滤 电收尘器 第十一章
1.混合：物料在外力（重力机械力等）作用下发生运动速度和运动方向的改变，使各组分颗粒均匀分布的操作过程。

2.混合机理：扩散 对流 剪切混合
3.造粒方法：压缩 挤出 滚动 喷浆 流化法。