粉体工程期末重点总结样本.doc

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第二章 粉体粒度分析及测量
1. 粉体: 由无数相对较小的颗粒状物质构成的一个集合体。
2. 三轴径: 以颗粒的长度, 宽度和高度定义的粒度平均值称为三轴径。
3. 投影径: Feret diameter (a) : 在特定方向与投影轮廓相切的两条平行线间距.
Martin diameter (b): 在特定方向将投影面积等分的割线长.
Krumbein diameter (c): (定方向最大直径) 最大割线长
Heywood diameter (d): (投影面积相当径): 与投影面积相等的圆的直径.
4. 形状指数: 将表示颗粒外形的几何量的各种无因次组合称为形状指数, 它是对单一颗粒本身几何形状的指数化.( 扁平度, 伸长度, 表面积, 体积形状因数, 球形度)
5. 形状系数: 在表征粉末体性质,具体物理现象和单元过程等函数关系时,把颗粒形状的有关因素概括为一个修正系数加以考虑,该系数即为形状系数。用来衡量实际颗粒与球形(立方体等)颗粒形状的差异程度,比较的基准是具有与表征颗粒群粒径相同的球的体积,表面积,比表面积与实际情况的差异。
6. 颗粒粒度的测量: ( 1) 沉降法: 当光透过悬浮液的测量容器时, 一部分光被放射或吸收, 另一部分光到达光传感器, 将光强转化为电信号。透过光强与颗粒投影面积有关, 颗粒在力场中沉降, 可用托克斯定律计算其粒径大小, 从而得到累积粒度分布。重力场光透过沉降法: 测量范围为0.1~1000微米, 悬浮液密度差大时, 颗粒沉降速度快。中科院马兴华创造了图像沉降法。将沉降过程可视化。离心力场透过沉降法: 该法适合测纳米级颗粒可测量0.007~30微米的颗粒, 与重力场相结合, 上限可提高到1000微米。( 2) 激光法: 常见的有激光衍射法和光子相干法, 重复性好, 测量速度快, 但对几纳米的式样测量误差大, 范围为0.5~1000微米。
7.颗粒形状的测量与表征: 图像分析法和能谱法。傅里叶级数表征法和分数维表征法
第三章 粉体的填充与堆积特性
1. 粉体的填充指标: ( 1) 容积密度: 在一定填充状态下, 单位填充体积的粉体质量, 也称表观密度( pB=填充粉体的质量/粉体填充体积) ( 2) 填充率: 在一定填充状态下, 颗粒体积占粉体的比率( =粉体填充体的颗粒体积/粉体填充体积) ( 3) 空隙率: 空隙体积占粉体填充体积的比率
2. 等径球体的规则填充: ( 1) 两种约束方式( 正方形, 特征是90度角; 等边三角形, 特征是60度角) ( 2) 三种稳定构成方式(a.下层球的正上面排列着上层球b.下层球和球的切点上排列着上层球c.下层球间隙的中心排列着上层球)
3. 六种填充模型: ( 正方系) 立方最密填充( 最疏) , 正斜方体填充, 面心立方体填充, ( 六方系) 正斜方体填充, 楔形四面体填充, 六方最密填充( 最密) 。
4. 单元体: 取相邻接的八个球并连接其球心得一块平行六面体成为单元体。
5. 不等径球的填充: a. Horsfield填充: 最小空隙率为0.039作为排列征的排列为Horsfield最紧密填充 b. Hudson填充: 当三角形空隙中球的尺寸比为0.1716时, 最小空隙率为0.1130, 这样的排列成为Hudson填充。
6. 不同尺寸颗粒的最紧密堆积: 孔隙率最小时粗颗粒的质量分数为0.67。孔隙率随大小颗粒混合比变化而变化, 小颗粒粒度越小, 孔隙率越小。
第四章 粉体的湿润
1． 液桥: 粉体与固体或粉体颗粒之间的间隙部分存在液体时, 称为液桥。
2． 粉体层中静态液体的四种存在型式:
( 1) 摆动状态: 颗粒接触点上存在透镜状或环状液相, 但液相互不连接;
( 2) 索链状态: 随液体量增多, 液环长大, 颗粒空隙中的液相相互连接成网状结构, 空气分布于其间; ( 3) 毛细管状态: 颗粒间所有空隙全被液体充满, 粉体层表面存在气液界面; ( 4) 浸渍状态: 颗粒全浸在液体中, 存在自由液面。
3. 颗粒间的五种附着力: ( 1) 分子间引力( 2) 颗粒所带异号静电荷引力( 3) 附着水分的毛细管力( 4) 磁性力( 5) 颗粒表面不平滑引起的机械咬合力
第五章 粉体的流变学
1. 摩尔圆画法

三个圆为破坏极限圆, 圆的共切线为破坏包络线, 破坏包络线与横轴的夹角称为内摩擦角。
破坏包络线方程:
呈直线的粉体为库伦粉体, c=0为无附着性粉体, 反之为附着性粉体
非库伦粉体
内摩擦角的求法
2. 破坏包络线

3. 几种摩擦角的概念
a.摩擦角: 粉体从运动状态变为静止状态, 由于颗粒间的摩擦力和内聚力而形成的角統称为摩擦角。
b.安息角: 粉体粒度较粗状态下由自重运动所形成的角
c.壁面摩擦角: 指粉体与壁面之间的摩擦角, 反应了粉体层与固体壁面的摩擦性质。
d.滑动摩擦角: 指单个颗粒与壁面之间的摩擦性质。
4. 粉体压力饱和现象: 当粉体层填充高度达一定值后, p( 铅垂应力) 值趋于常数值, 这一现象称为粉体压力饱和现象。
5. 动态超压现象: 卸料时, 离筒仓下部约1/3高度处, 壁面收到冲击, 重复载荷的作用其做大压力可达静压的3~4倍, 这一现象为动态超压现象。
6. 料斗铅垂方向的压力分布(有一定的卸料宽度, 形成卸料压力)

7. 粉体重力流动状态作图:
A: 为颗粒擦过B区向出口区中心方向迅速滚落区
B: 团块运动区 C: 颗粒垂直运动区
D: 颗粒自由降落区 E: 颗粒不流动区
( 除了E区以外, 凡处于大于安息角位置的颗粒均产生流向中心的运动) 流出孔径Db与颗粒直径Dp 的比值Db /Dp 约在5以下时粉体不流出。大于10, 流量也是不均匀的, 为不连续流。

8. 粉体在料仓中的流动模式
漏斗流: 发生在平底的料仓中或带料斗的料仓中, 由于料斗的斜度太小或料斗壁太粗糙以致颗粒料难以沿着料斗壁滑动, 颗粒料是经过不流动料堆中的通道到出口的, 通道一般是圆锥形的。特点: 先入后出。
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, 流动通道与料斗壁是一致的。特点: 先进先出。
9. 有效屈服轨迹: 经过坐标原点作一条直线与密实应力圆相切, 则该条直线就称为有效屈服轨迹EYL。
10. 有效内摩擦角: 有效屈服轨迹与横坐标之间的夹角即为有效内摩擦角δ。
11. 颗粒存储和流动时的偏析:
偏析: 是指粉体颗粒在运动、 成堆或从料仓中排料时, 由于料径、 颗粒密度、 颗粒形状、 表面特性等差异而引起的粉体组成呈现不均质的现象。常发生在粒度分布较宽的自由流动颗粒粉体中。
粉体偏析的机理: 细颗粒的渗漏作用, 振动, 颗粒的下落轨迹, 料堆上的冲撞, 安息角的影响。
防止偏析的方法: 在加料时采取某些能够使输入物质重新分布和能改变内部模式的方法, 现有活动加料管和多头加料管。( 2) 在卸料时, 经过改变流动模式以减小偏析, 在料斗卸料口的上方装一个改流体能够拓宽流动通道, 有助于重新混合, 也可使用多通道卸料管。
12. 粉体结拱: 结拱现象: 粉体物料在料仓内存储一定时间后, 由于受粉体附着力, 摩擦力的作用, 在某一料层可能产生向上的支持力。该支持力与料层上方物料的压力达到平衡时, 此料层的下方便处于静止状态, 产生结拱现象。
结拱产生的原因: ( 1) 粉体的内摩擦力和内聚力使之产生剪应力并形成一定的整体强度, 阻碍颗粒位移, 使流动性变差。( 2) 粉体的外摩擦力和筒仓内璧间的摩擦力, ( 3) 外界空气的湿度, 温度的作用使粉体的内聚力增大, 流动性变差, 固结性增强, 导致出现拱塞额可能性增大。( 4) 筒仓卸料口的水力半径减小, 使筒仓内粉体的芯流截面变小。
防止结拱的措施: ( 1) 正确设计料仓的几何结构( 2) 提高料仓内壁的平滑度( 3) 气动破拱( 4) 振动破拱( 5) 机械破拱
第六章 粉碎过程及设备
1. 粉碎: 固体物料在外力作用下克服其内聚力使之破碎的过程政委粉碎。
2. 五种粉碎方式: (a)挤压破碎: 物料在两个工作面之间受到缓慢增大的压力作用而破碎。(b)劈裂破碎: 用一个尖棱和一个带有尖棱的工作表面挤压矿石时, 矿石将沿压力作用线的方向劈裂而破碎。(c)折断破碎: 夹在工作面之间的物料如受集中力作用的简支梁或多支梁．物料主要受弯曲应力而折断, 但在物料与工作面接触处受到劈力作用。 (d)研磨破碎: 物料块处于两个相对移动的破碎板之间, 物料因表面经受研磨作用而产生剪切变形, 当剪切应力达到抗剪强度极限, 物料被破碎。(e)冲击破碎: 物料受到足够大的瞬时冲击力而破碎。其破碎效率高, 破碎比大、 能量消耗少。　
3. 三种破碎机理: ( 1) 面积假说: ( 适合细碎) 雷廷格认为: 破碎过程是以减小物料颗粒尺寸为目的的, 破碎过程将使物料的表面积不断增加。为此, 物料破碎时, 外力所做的功用于产生新表面, 即破碎功耗与破碎过程中物料新生成表面的面积成正比, 或破碎过程所消耗的功dA1与物料的新生表面积增量dS成正比。即: dA1＝K1 dS ( K1 — 比例系数) 只能近似地用在磨矿机的磨矿中, 只考虑了生成新表面所需的功( 2) 体积假说: ( 适合粗碎) 几何形状相似的同类物料破碎成几何形状也相似的产品时, 其破碎功耗与被破碎物料块的体积或质量成正比, 或破碎过程所消耗的功dA2与破碎物料块的变形体积的微量dV成正比。即: dA2＝K2dV＝K2dD3＝3K2D2dD ( K2— 比例系数) , 能近似地计算粗碎和中碎的破碎总功耗, 只考虑了变形( 3) 裂缝假说: ( 粗碎和细碎之间) 破碎矿石时, 外力首先使物料块产生变形, 外力超过强度极限以后, 物料块就产生裂缝而破碎成许多小块, 破碎功耗 Wi ——邦德粉碎功指数。
4.粉碎的三种破碎模型: a.体积粉碎模型: 整个颗粒都受到破坏( 粉碎) , 粉碎生成物大多为粒度大的中间颗粒, 随着粉碎的进行, 这些中间粒径的颗粒依次被粉碎成具有一定粒度分布的中间粒径颗粒, 最后逐渐积蓄成微粉成分( 即稳定成分) 。b．表面粉碎模型:仅在颗粒的表面产生破坏, 从颗粒表面不断剥下微粉成分, 这一破坏不涉及颗粒内部。c．均一粉碎模型:加于颗粒的力, 使颗粒产生分散性的破坏, 直接碎成微粉成分。
5. 破碎机械: 挤压式破碎机( 鄂式破碎机, 圆锥破碎机, 辊式破碎机) 冲击式破碎机( 锤式破碎机, 反击式破碎机)
6. 粉碎流程: 开路粉碎 物料只经过粉碎机一次即达到要求的粒度, 全部作为产品卸出。流程比较简单的, 有一部分物料发生”过度粉碎”。一般是带有准备筛分作业, 破碎产品不检查。闭路粉碎 物料经粉碎机粉碎后, 经过分级设备将其中合乎要求的细粒物料分出, 作为产品, 而把其中粗粒部分重新送回粉碎机与后来加入的物料一起再进行粉碎。一般是带有检查筛分。
第七章 粉碎机械力化学
1.粉碎机械力化学概念: 固体物质在各种形式的机械力作用下所诱发的化学和物理化学变化称为机械力化学效应, 研究粉体粉碎过程郑伴随的系协力化学效应即为粉碎机械力化学。
2.机械力化学的作用: 晶格畸变, 晶型转变, 化学变化( 脱水效应, 固相反应, 化合反应和置换反应)
3.粉碎机械力化学的应用: 机械力化学表面改性, 粒-粒包覆和机械力化学接枝改性
第八章 颗粒流体力学
1. 颗粒的重力沉降a.自由沉降: 假设颗粒为球形, 在重力沉降过程中不受周围颗粒和器壁的影响( 固体浓度很低) 。b.干扰沉降: 在重力沉降过程中, 因颗粒之间的相互影响使颗粒不能正常沉降的过程( 固体浓度高) 。斯托克斯公式与最大沉降末速度: ,
第九章 粉体的气力输送
1. 气力输送系统: 吸送式: 系统较简单, 无粉尘飞扬, 可同时多点取料, 工作压力较低, 但输送距离较短, 气固分离器密封要求严格。压送式: 工作压力大, 输送距离长, 对分离器的密填充要求较低, 易混入油水等杂质, 系统较复杂。分为低压输送和高压输送。
第十章 分级, 分离及设备
1. 分级: 在粉体粉碎、 输送、 储存等处理过程中, 将粉体按不同的粒度分类。
分离: 在生产过程中, 由于流体流动、 颗粒的布朗扩散等等原因, 粉体颗粒会弥散在空气( 流体) 中, 造成污染, 在排放前将粉体颗粒与空气( 流体) 分开。
2. 分离效率: 分级后获得某种颗粒成分的质量与分级前粉体中所含该成分的质量之比( m0—分级前粉体中某成分的质量 m—分级后获得的该成分的质量)
3. 牛顿效率( 综合分级效率) 定义: 合格细颗粒的收集率减去不合格成分的残留率。
物理意义: 分级粉体中能实现理想分离的质量比。
数学表示式:

牛顿效率的使用计算式:
4. 部分分级效率: 在粒度、 密度或化学成分等特性值为连续变量的场合, 将特性值划分成若干区间, 各区间的回收率即部分分离效率。

5.分级粒径: 将部分分级效率为50%的粒径成为分级粒径。
6.分级精度: 实际分级结果与理想分级结果的区别表现在部分分级曲线相对于理想分级曲线的偏离, 其偏离程度即曲线的陡峭程度用来表示分级的精确度。
7.超细分级原理: ( 1) 离心分级: 在离心力场中, 颗粒可获得比重力加速度大得多的离心加速度, 同样的颗粒在离心场中的沉降速度远远大于重力场情形。设颗粒在离心场中的圆周运动速度为ut,角速度为w, 回转半径为r, 在Stokes沉降状态下, 颗粒所受离心力Fc和介质阻力Fd分别为:

当Fc>Fd时, 颗粒所受的合力方向向外, 因而发生离心沉降, 反之, 颗粒向内运动。 颗粒的圆周速度足够大时, 即可获得足够小的分级粒径。( 2) 惯性分级原理: 主气流经过喷射器携带颗粒高速喷射至分级室, 辅助控制气流使气流及颗粒的运动方向发生偏转, 粗颗粒由于惯性大, 故运动方向偏转较小, 而进入粗粉收集装置; 细颗粒及微细颗粒则发生不同程度的偏转, 随气流沿不同的运动轨迹进入相应的出口被分别收集。( 3) 迅速分离原理: 微细颗粒的巨大表面能使之具有强烈的聚附性。采取适当的分级室, 应用适当的流场使微细颗粒特别是临界分级粒径附件的颗粒一经分散就立即离开分级区, 以避免由于它们在分级区内的浓度不断增大而聚集。( 4) 减压分级原理:
颗粒粒径近于可小于气体分子的平均自由程时, 由于颗粒周围产生分子滑动因而导致颗粒所受的阻力减小, 需要修正沉降速度。粒径越小, 在常压附近颗粒沉降速度所受的影响越显著, 减压分级对于细颗粒和超细颗粒的分级十分有利。
8. 超细粉分级设备: 按流体介质不同分为: 干式和湿式分级机。干式分级机主要为气力分级, 关键技术为a.分级室流场设计b.预分散问题, 预分散方法大多为机械和化学分散方法。按分级原理不同分为: 重力式超细粉分级机( 不同粒径的颗粒在重力场中的沉降速度不同) , 离心式分级机( 产生远强于重力场的离心场) , 射流分级机( 集惯性分级, 迅速分级和微颗粒的附壁效应)
第十一章 混合与造粒
1. 造粒过程:: 成球,长大和密实
2. 造粒方法: 压缩, 挤出, 滚动, 喷浆和流化
第十四章 粉尘爆炸
1.粉尘爆炸的四个条件: ( 1) 粉尘本身具有爆炸性; ( 2) 粉尘必须悬浮于空气中并达到一定浓度; ( 3) 存在能引燃粉尘爆炸的高温热源; ( 4) 密闭空间。
2. 粉尘爆炸的预防: 预防爆炸( 避免形成粉尘云, 降低助燃剂的浓度, 避免形成点火源) 结构防爆( 抗暴结构, 抑爆, 泄爆, 隔爆)