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第一章粉体基本性质
1-1粉体是细小颗粒状物料的集合体。粉体物料是由多数颗粒构成的,
颗粒是粉体物料的最小单元。
1-2工程上常把在常态下以较细的粉粒状态存在的物料,称为粉体。
1-3颗粒的大小、分布、结构、形态和表面形态等因素,是粉体其他性
能的基础。
1-4构成粉体颗粒的大。话阍诩父瞿擅椎郊覆泛撩浊。
1-5假如构成粉体的全部颗粒,其大小和形态都是一样的,则称这种粉体
为单分散粉体。大多数粉体都是由参差不齐的各种不同大小的颗粒所组
成,这样的粉体称为多分散粉体。粉体颗粒的大小和在粉体颗粒群中所
占的比例分别称为粉体物料的粒度和粒度分布。
「6"目”是一个长度单位,代表在1平方英寸上的标准试验筛网上筛孔
数量O
1-7粒度是颗粒在空间范围所占大小的线性尺度。粒度越。帕T
组o所谓粒径,即表示颗粒大小的一因次尺寸。
1-8以颗粒的长度1、宽度b、高度h定义的粒度平均值称为三轴平均径,
适用于必需强调长形颗粒存在的状况。
上土沿肯定方向与颗粒投影轮廓两端相切的两平行线间的距离。称为弗雷
特直径0
沿肯定方向将颗粒投影面积等分的线段长度,称为马丁直径O
1-10与颗粒同体积的球的直径称为等体积球当量径;与颗粒等表面的球
的直径称为等表面积球当量径;与颗粒投影面积相等的圆的直径称为包
影圆当量径(亦称heywood径。
1-11若以Q表示颗粒的平面或立体的参数,d为粒径,则形态系数①定
义为二若以S表示颗粒的表面积,d为粒径,则颗粒的表面积形态系数
形态系数①s定义为;木于球形颗粒,①sf对于立方体颗粒,Osz
6o若以V表示颗粒的体积,d为粒径,则颗粒的体积形态系数中v定
V?
义为①V二d'对于球形颗粒,6:6;对于立方体颗粒,中V二
1O
1-12比表面积形态系数定义为表面积形态系数与体积形态系数之
比,用符号①SV表示:①SV二①s/5,对于球形颗:土⒎教蹇帕,①SV二
6o
与颗粒等体积的球的表面积与颗粒的实际表面积之比称为Carman形态
系数。用符号甲c表示。
1T3容积密度PB=(1-?)PP式中pp——颗粒密度;?——
空隙率o
1-14?指空隙体积占粉体填充体积的比率8=1-4)=1-(PB/PP)
式中。——填充率
1-15Gaudin-Schuhmann(高登-舒兹曼)方程U(Dp)=100(Dp/Dpmax)q
式中,U(Dp)为累计筛下百分数(%),Dpmax为最大粒径,q为Fuller
指数。q=1/2时为疏填充,q=l/3时最密填充。
上161朝湿物料由于颗粒表面吸附水,颗粒间形成所谓液桥力,而导致粒间
附着力的增大,形成团粒。由于团粒尺寸较一次粒子大,同时,团粒内部
保持松散的结构,致使整个物料积累率下降。
1-17一般地说,空隙率随颗粒圆形度的降低而增高,表面粗糙度越高
的颗粒,空隙率越大;粒度越。捎诹<涞耐啪圩饔,空隙率越大,
当粒度超过某肯定值时,粒度大小对颗粒体积累率的影响已不复存在,此
值为临界值。
1-18对粗颗粒,较高的填充速度会导致物料有较小的松散密度的松散密
度,但对于如面粉那样具有粘聚力的细粉,降低供料速度可得到松散的积
累。
1T9.单颗粒粒径表示方法有球当量径和圆当量径o写出下列三轴平均
径的计算式:
①三轴平均径——②三轴调和平均径
③三轴几何平均径病O
1-20.统计平均的测定方法有费雷特径,马丁直径0
1-21.粒度分布的表示方式有粒度的频率分布和粒度的累积分布;粒度
分布的表达形式有粒度表格粒度列表法和粒度图解法O
1-22.描述和阐明颗粒形态与特征的参数有形态系数,形态指数,球形
度。
上23.粒度分布是表示粉体中不同粒度区间的颗:康淖纯,在直角
坐标系中粒度分布曲线分为频率分布曲线和累积分布曲线。
1-24配位数k(n)指与视察颗粒接触的颗粒个数。
1-31“目”是一个长度单位,目数越高长度越小。(错)
1-32Carman形态系数Wc值越大,意味着该颗粒形态与球形颗粒的偏差越
大,也就是说颗粒形态越不规则。(错)
1-33一般颗粒的Carman形态系数(A)
AWl;B21;C=1
1-34好用球形度中\尸do/dpo,式中(B)
A.do为与颗粒投影面积相等的圆直径;dpo——颗粒的表面面积。
B.do为与颗粒投影面积相等的圆直径;dpo一—与颗粒投影面最小外接圆
直径。
C.do为与颗粒等体积的球的表面面积;;dpo——颗粒的表面面积。
D.do为与颗粒等体积的球的表面面积;;dpo一—与颗粒投影面最小外接
圆直径。
1-35.RRB粒度分布方程中的n是(C)。
A、功指数B、旋涡指数C、匀称性指数D、时间指数
『36.粉磨产品的颗粒分布有肯定的规律性,可用RRB公式表示
R=100exp[-(Dp/De)n]其中De为:(B)。
A.匀称系数B.特征粒径C.平均粒径
1-37.粉磨产品的比表面积可用S=(36.8X104)/(DpnPp)计算,式中
n表示(C)
A.匀称性系数B.特征粒径C.比例系数
1-38.部分分别效率为50%时所对应的粒度,叫做(D)o
A、特征粒径B、中位径C、切割粒径D、临界粒径
1-39.某粉状物料的真密度为2000Kg/m3,当该粉料以空隙率?=0.4的状
态积累时,其容积密度PV=(B)公式PB二
VB(l-e)PP/VBo
A、800B、1200C、3333.3D、5000
1-40.休止角是粉体自然积累时的自由表面在静态状态下与水平面所形成
的(C)O
A、角度B、最小角度C、最大角度
1-41简要分析影响颗粒床层空隙率的主要因素
答:(1)壁效应。当颗粒填充容器时,在容器壁旁边形成特别的排列结构,
这就称为壁效应。容器直径和球径之比超过50时,空隙率几乎成为常数,
即37.5%。(2)局部填充结构。Pr=g(r)dr/4nr2dr=g(r)/4nr2(3)物
料的含水量。(4)颗粒形态。一般地说,空隙率随颗粒圆形度的降低而增
高,在松散积累时,有棱隹的颗粒空隙率较大,与紧密积累时正相反。表
面粗糙度越高的颗粒,空隙率越大。(5)粒度大小。对颗粒群而言,粒度
越。捎诹<涞耐啪圩饔,空隙率越大。当粒度超过某肯定值时,粒度
大小对颗粒体积累率的影响已不复存在,此值为临界值,通常在细粒体系
中,粒径大于或小于临界粒径的物料,对颗粒的行为都有举足轻重的作用。
(6)物料积累的填充速度。对粗颗粒,较高的填充速度会导致物料有较
小的松散密度,但对于如面粉那样具有粘聚力的细粉,降低供料速度可得
到松散的积累。
「42简述内摩擦角的测定方法
答:这三个圆称为极限破坏圆,这些圆的共切线称为该粉体的破坏包络
线,。这条破坏包络线与。轴的夹角6i即为该粉体的内摩擦角。内摩擦角
是粉体在外力作用下达到规定的密实状态,在此状态下受强制剪切时所形
成的角
1-43试分析物料经粉碎细化后,具有较高活性的机理
答:(1)随着颗粒的减。烫逦⒎鄣姆稚⒍仍龃,成为具有开放性空隙
和结构的状态,比表面积增大,水化反应面积增加,同时,表面自由
^△G=rAA(r为熟料颗粒表面自由能)增加,其活性提高。
(2)粉碎过程中,颗粒在机械力的作用,随着颗粒的减。盗
化学效应。主要表现在:第一,规整的晶面在颗粒体系总表面上所占的比
例减。Σ槐ズ偷闹实闶龆,在棱边、尖角处不饱和程度高的质点
数亦增多,从而大大提高了物料的活性。其次,表面层发生晶格畸变,如
熟料颗粒的细化,当粒度在9?20um时,将从脆性破坏转变成塑性变形,
塑性变形的实质是位错的增值和移动,颗粒在位错中贮存能量,增加了活
性。第三,通过反复的破裂,随着粒子的不断微细化,表面结构的有序程
度则受到越来越剧烈的扰乱,并不断向颗粒内部扩展,最终表面结构趋于
无定形化,在粉磨至无定形化的过程中,内部贮存大量的能量,因而表面
层位能更高,表面活性更强。经机械粉碎后形成的微细颗粒表面的性质大
大不同于粗颗粒,在持续的粉碎中,颗粒表面的活性点不断增多,处于亚
稳高能活性状态。它们在增加表面活性方面有着重要作用,粒度越小越突
出。
1-44简要分析影响粉粒体颗粒床层的凝合力的因素与其影响方向
答:(1)颗粒粒度:单颗粒粒度与凝合力的关系如图3.5所示。随着粒径
的减小凝合力增大。(2)颗粒床层空隙率?:随着?的增大,凝合力减小。
如图3.6所示。由试验得知,对微细颗粒这种关系更明显。(3)空气中湿
含量:图3.7是在25℃,一个大气压下测定的单颗粒的凝合力的试验数据。
在试验测定的粒度范围内,湿含量与凝合力在肯定范围内成正变关系。即
随着相对湿度的提高,凝合力也随之增长。(4)存放时间:通常存放在空
气或其它气体中颗粒随着时间的延长,凝合力有所增加,可能是由于颗粒
汲取空气中水分的缘由。
1-45简述预防粉尘爆炸的措施与机理
答:粉尘爆炸必需具备三个条件:尘云、空气、着火源,若缺少了其中任
一条件,就不能发生爆炸。
一:防止可爆炸粉尘云形成。a限制粉尘浓度限制粉尘浓度非爆炸范
围内,也就是使粉尘浓度低于爆炸下限或高于爆炸上限。b生产过程的惰
化处理它是避开形成可爆煤粉气混合物的有效方法。二:限制氧气量
三、解除着火源
其次章颗粒流体力学
2-1颗粒两相流淌系统中,颗粒是分散相。
纹颗粒两相流淌系统中,系统中至少存在着一种力。捎诠烫蹇帕
与液体介质的运动惯性不同,因而颗粒与液体介质存在着运动速度的差异
---相对速度O
2-3由于流场中压力和速度梯度的存在、颗粒形态不规则、颗粒之间与颗
粒与器壁问的相碰撞等缘由,会导致颗粒的旋转,从而产生升力
效应。
4颗粒两相流淌系统中系统中除了颗粒与流体的运动外,往往还存在着
能量与质量的传递以与同时进行着的化学反应过程:
2-5颗粒两相流淌系统中颗粒的粒径范围为10-5?10cm
226.颗粒在静流体内自由沉降时,不仅受到重力而且还受到浮力的作
用。
2-7.颗粒在流体中相对运动时的流淌状态:层流状态、过渡状态和温
流区状态。它们各自对应的Re。范围分别是IO"<ReP<l,1<ReP<500,500<
ReP<2x10°o
流体透过颗粒床层的两相流淌的典型状况可分为固定床、流化床和
连续流态化,这种分类是依据过程中流体速度、颗粒性质与状态、料
层高度和空隙率来分类的。
2-9.颗粒在静止流体中的沉降起初为加速阶段,而后为匀速o通常
讲的沉降速度为匀速运动速度。
2-10颗粒受重力作用在垂直方向上流淌的流体中作匀速运动时,其颗粒
的相对运动速度UpRO-Uf,当贵时,颗粒向下沉降(U0——颗粒速度,
Uf——流体速度)
A.UO=UfB.U0>UfC.UO<Uf
2-11.试用公式比较颗粒真密度、容积密度、颗粒相密度间的区分与联系
答:真密度p=m/v,表示单位体积物的质量。是组成颗粒的物质特有的,与
颗粒大小、填充无关。
容积密度PB指单位填充体积的粉体质量,亦称视密度。PB二填充粉体
的质量/粉体填充体积二PP/VB,式中VB一一粉体填充体积积;
PP---颗粒密度;?---空隙率。与填充方式有关。
在两相流中,既有固体颗粒,又有流体介质,单位体积的两相流中所含固
体颗:土魈褰橹实闹柿糠直鸪莆帕O嗪徒橹氏嗟拿芏,设在流淌体系
中.颗粒的体积、质量和密度分别为Vp、Mp*1Pp,流隹而祢积、质量和密
度分别为Vf、Mf和Pf,两相流的总体积、总质量和密度分别Vm、Mm和
Pm分别以Ppj和Pfj表示之。
2-16实际颗粒沉降与球形颗粒的自由沉降有何不同,各需用哪些公式修
正?
答:实际颗粒沉降时,各个颗粒不但会受到其它颗粒干脆摩擦,碰撞的影
响,而且还受到其它颗粒通过流体而产生的间接影响,这种沉降称为干扰
沉降,修正气=力,?—空隙率;
n一指数,其值在5~7.6之间,平均值6。
颗粒在有限容器内沉降时,还需考虑容器器壁对颗粒沉降的阻滞作用,考
虑到壁效应,沉降速度可乘以壁效应因子工加以修正。式中dp一颗粒直
径。D一容器直径。
n---指数,层流时,n=2-25;湍流时,n=1.5.明显,当颗粒粒径小于容
器直径的1/5,则误差不大于10%,往往可以不加修正。
2-12.在固定床操作中,流体通过颗粒层时的压强降受哪些因素影响?流
体的速度受哪些限制?答:流体通过固定床的压降AP与流体与床层的参
数有关:(1)流体方面:流体的密度流体的粘度流体的流速;
⑵床层方面:床层直径D;颗粒直径dp;床层的有效空隙率s;颗粒形
态系数力;床层高度L;颗粒表面粗糙度e。
流体通过颗粒床层的流速和孔道的尺寸通常都很。世着底际系,流
淌状况属于层流状态,床层流速与压强降之间成直线关系。受孔道的摩擦
系数,孔道的摩擦系数,床层孔道的当量直径,流体密度限制.
2-13.分选操作和分级操作各应选何种密度的流体?试用相应公式说明。
答:
(1)(2)
由式(1)当PI时,uOt故分级操作则要减小密度的影响,宜用密度较
轻的悬浮介质进行离析。
故等降系数:如(2)式所示,当P-ppa时,等降系数kt,即密度较
轻的颗粒均不能与较重颗粒有着同一沉降速度,这样就能使较大粒度范围
内的颗粒都能按密度的不同进行分选。
2-15,从旋风器中排出的废气进入风速为4.5m/min的大气中,废气中还
含有粒度为2-100Hm的剩余飞灰。假如旋风器位于高出地面40m的高度
上,访计算由该处飞灰顺风而下,没有飞灰沉降的最小距离是多少?。紊
流作用忽视不计,飞灰的密度为2900kg/m3。气体粘度11=1.85X10-5.
解:假定按斯托克斯公式沉降
=22XIO-12X(2900-1.29)X9.8/(18XI.85X10-5)=
3.412X10-,m/s
复核:
=2X10-6X3.412X10-4X1.29/(1.85X10-5)=4.38X10-5<2,
5
tz=h/uz=40/(3.412X10-4)=l.172X10ssx=uf*
tz=4.5X1.172/60=8.79X103m
第三章粉体分级
3-1分级效率定义为分级操作后获得的某种粒度的质量与分级操
作后获得的某种粒度的质量之比。
3-2牛额分级效率定义为合格成分的收集率一不合格成分的残留
率O
3-3循环负荷是指选粉机回料量T与成品量G之比。
3-4在磨机粉磨实力与选粉机的选粉实力基本平衡的条件下,在肯定范围
内适当提高循环负荷可使磨内物料流速加快,增大细磨仓的物料粒度,
削减衬垫作用和过粉碎现象,进一步强化了磨机的粉磨实力,使整套
粉磨系统的生产实力提高。
但是若循环负荷过大,会使磨内物料的流速过快,因而粉磨介质来不
与充分对物料作用反而会使水泥颗粒组成过于匀称,致使产品强度下
降。当循环负荷太大时,选粉效率会降低过多,甚至会使磨内料
层过厚。出现球料比q的现象,粉磨效率就会一下降。结果使磨
机产量增长不多,而电耗由于循环负荷增长而增加,在经济上不合算。
3-5对于同一台选粉机来说,选粉效率随着循环负荷的增加而____隆
低O
3-6分级精度。定义为部分分级效率为75%和和25%的分级粒径的比
值的比值。
3-7推断分级设备的分级效果需从分级效率、分级粒径、分级精度
几个方面综合推断。譬如,当r)N、K相同时,cL越。旨缎Ч
好;当明、%相同时,K值越。床糠址旨缎是咴揭辉蕉盖,
分级效果越好°假如分级产品按粒度分为二级以上,则在考察牛顿分
级效率的同时,还应分别考察各级别的分级效率。
3-8固体颗粒物料的筛分过程,可以看作两个阶段组成:
(D筛下级别的颗粒通过一过筛上级别颗粒所组成的物料层到达筛面
上;
(2)筛下级别的颗粒透过筛孔而分别。要使这两个阶段能够实现,物
料与筛面必需有适当的运动特性,一方面使筛面上的物料呈松散状态
状态,有利于运动中的物料层产生析离(按粒度分层),最大的颗粒颗粒
处在最上层,最小的颗粒颗粒位于筛面上,进而透过筛孔;另一方
面使堵在筛孔上的颗粒脱离筛面,进入物料层上部,让出细粒透过的
通道。
3-9假设筛孔为金属丝组成的方形孔,筛孔每边净长为D,筛丝的直径为bo
筛分物料的粒子设为球形,直径为do则球粒通过筛孔的概率为:
p二(D-d)7(D+b)?
上1。旋风式选粉机、0—SEPA选粉机构造与工作原理,粉机机理有何不同?
分级界限尺寸与哪些因素有关?粉体在0—SEPA选粉机内部有几次分级的
机会?
答:离心式选粉机由外壳和内壳套装而成。内部依靠大风叶旋转产生的循
环气流,形成一道旋转的枇栏,使较粗的颗粒下沉。离心式选粉机的大风
叶由于同含尘气流相接触使磨损较大,风叶间隙较大使空气效率较差,依
靠重力很难完全沉降,循环气流返回选粉区时总会带有部分细粉,降低选
粉效率。
旋风式选粉机由离心式选粉机改进,设计了一种外部循环气流。取消大风
叶,实行专用风机外部鼓风;取消内外壳间的细粉沉降区,实行专用旋风
分别器外部回收细粉的形式。
0—Sepa选粉机在分级原理上,与前两代选粉机相比有较大的改进,其分
级气流仅在水平面内旋转,而且气流平稳。物料在经过擞料盘和缓冲板充
分分散之后垂直下落,从上而下通过整个分级区,可受到多次分级的作用。
由公式可知,分级界限尺寸(即分别最小粒径)与选粉
机的直径、气流速度和叶片的导向角度有关。分别最小粒径随设备直径和
风速的增大而增大,随叶片角度的增大而变小。
两次。物料从进料口喂入,经撒料盘离心撒开,在缓冲板的作用下匀称分
散后落入环形分级区,与经过导流后的分级气流进行料气混合。在旋转的
分级气流作用下,物料中较粗的颗粒被甩向导流叶片,沿分级室下降进入
锥形灰斗。再经过由三次风管进入的三次空气的漂洗,将混入粗颗粒中或
聚集的细粒分出后,粗颗粒经翻转阀排出。粒径较小的细颗粒随气流进入
涡轮分级区,在强制涡流场中再次被分级。较粗的颗粒被甩出,回到环形
分级区,合格的细颗粒则随气流一起通过涡轮中部,由细粉出口排出。
3-11圈流粉磨中选粉效率和循环负荷如何影响粉磨产量?
答:在圈流粉磨操作中,在磨机粉磨实力与选粉机的选粉实力基本平衡的
条件下,在肯定范围内适当提高循环负荷可使磨内物料流速加快,增大细
磨仓的物料粒度,削减衬垫作用和过粉碎现象,进一步强化了磨机的粉磨
实力,使整套粉磨系统的生产实力提高。但是若循环负荷过大,会使磨内
物料的流速过快,因而粉磨介质来不与充分对物料作用反而会使颗粒组成
过于匀称,以致产品强度下降。当循环负荷太大时,选粉效率会降低过多,
甚至会使磨内料层过厚。出现球料比过小的现象,粉磨效率就会下降。结
果使磨机产量增长不多,而电耗由于循环负荷增长而增加,在经济上不合
算。
3-14分析影响物料筛分的因素
答:2.1物料物理性质的影响(1)物料的粒度分布(2)物料的湿度(3)
物料含泥量
2.2筛面运动性质与其结构参数的影响(1)筛面运动特性图8.13筛面长
度对筛分过程的影响(2)有效筛面面积(3)筛面长度(4)筛孔大小
2.3操作条件的影响(1)加料匀称性(2)料层厚度(3)筛面倾角
3-15选粉效率与循吃物啊胪重(2埸粉效率是否越高越好?
Faa(c-b)
L=T/G=(c-a)/(a-b)
要提高n,须增加c,减小b.假如选粉效率不适当地提高,而循环负荷却
不适当地降低,物料在磨内被磨得相当细之后才能卸出,这时开流粉磨系
统全部的垫衬作用和过粉碎现象就严峻起来,导致产量降低。
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