粉体工程与设备第二章

粉体工程与设备第二章2、1、1粉体填充指标容积密度ρb:在一定填充状态下,单位填充体积得粉体质量,亦称松装密度。式中:VB－粉体填充体积

ρP－颗粒密度,ε－空隙率颗粒密度ρp:颗粒质量除以包括内外孔在内得颗粒体积V。真密度ρs:颗粒质量除以不包括内外孔在内得颗粒真体积Vp,即物质密度。表观密度ρa:颗粒质量除以不包括外孔在内得颗粒表观体积。振实密度ρbt:粉体质量除以振实后粉体得表观体积。真密度ρs≥表观密度ρa≥颗粒密度ρp≥振实密度ρbt≥松装密度ρbVpV填充率ψ:在一定填充状态下,颗粒体积占粉体体积得比率。空隙率ε:在一定填充状态下,空隙体积占粉体填充体积得比率。ε=1-ψ=1-ρb/ρp空隙率与孔隙率区别:空隙率中颗粒体积不包括外孔在内,而孔隙率中颗粒体积不包括内外孔在内。配位数k(n):与观察颗粒接触得颗粒个数。用分布来表示具有某一配位数得颗粒比率时,该分布称为配位数分布。2、1、2理想粉体颗粒得填充1、均一球体颗粒得规则填充以均一球粒在平面上得排列作为基本层,有2种基本排列方式,即正方形排列层与单斜方形或六方系排列层;如将图中涂黑得4个球作为基本层得最小单位,将各层汇总可得6种排列;表1均一球规则填充结构特性排列名称总体积空隙率配位数填充组(a)立方体填充,立方最疏填充10、47646正方系(b)正斜方体填充0、8660、39548(c)菱面体填充或面心立方体填充0、7070、259412(d)正斜方体填充0、8660、39548六方系(e)楔形四面体填充0、7500、301910(f)菱面体填充或六方最密填充0、7070、2595122、均一颗粒得实际填充问题1:为什么将玻璃球或钢球小心地倒入容器时,其空隙率也比最密填充状态空隙率大0、35%~0、40%左右？问题2:如何用实验测试均一颗粒得实际填充结构？Smith实验:Smith等人将半径3、78mm得铅弹子自然地填入直径80~120mm得烧杯中,注入含醋酸20％得水溶液后,十分小心地倒掉溶液。由于球得接触点上残留着环状溶液,如保持原先填充状况,则接触点上就残留有碱性醋酸铅得白色斑点。从与容器壁不接触得铅弹子中计数900~1600个球,可得到空隙率与配位数不同得结果:表2-2空隙率平均配位数(Smith)

空隙率大时,配位数分布接近于正态分布。随着空隙率减小,配位数增加,接近于最密填充状态分布。

大家学习辛苦了，还是要坚持继续保持安静当立方最疏排列与六方最密排列以某一比例混合时得填充情况,其平均空隙率(或总空隙率)用下式表示:平均空隙率x为六方最密填充得比例数。

Smith关系式:上述两种单元体得体积比为1比,每单位体积得粒子数比为1比,配位数分别为6与12,则平均配位数为实测空隙率与平均配位数与计算值相比:2、均一颗粒得实际填充随机密填充:相当于振实填充,平均空隙率0、359~0、375;随机倾倒填充:相当于卸料或装袋,平均空隙率0、375~0、391;随机疏填充:缓慢填充,平均空隙率0、4~0、41;随机极疏填充:极缓慢填充,类似于流化床物料缓慢速度降为0,平均空隙率0、46~0、47;2、1、3非均一球形颗粒得填充1、Horsfield填充定义:在六方最密排列中,在六个等径球之间形成得空隙大小与形状就是有规则得,其中有两种孔型:6个球围成得四角孔与4个球围成得三角孔,设最基本得均一球为一次球,填入四角孔得最大球为二次球,填入三角孔中得最大球为三次球,其后在填入四次球、五次球,最后以微小得均一球填入残留得空隙中,这样就构成了六方最紧密堆积。这种最小空隙率为0、039作为排列特征得堆积又称为Horsfield最紧密堆积。球序球体半径球数空隙率1次球ER10、2602次球J0、414R110、2073次球K0、225R120、1904次球L0、177R180、1585次球M0、116R180、149最后填充球极小极多0、0392、Hudson堆积定义:当一种以上得等尺寸球被填充到最紧密六方排列得空隙中时,空隙率随较小球与最初大球得得尺寸比值变化,空隙率随着四方空隙中较小球得数目增加而减小。但实际上,因为在三角孔隙中,球得数目不连续,当三角空隙中球得尺寸比为0、1716时,最小空隙率为0、113,这样得排列叫做Hudson堆积。堆积特性:二次球与一次球比值,当r2/r1＜0、414时,二次球可填充四角孔;当r2/r1＜0、225时,二次球可填充三角孔;当r2/r1=0、1716时,三角孔基准填充最为紧密;3二组元颗粒体系得最紧密堆积在二组元得颗粒体系中,大颗粒间得空隙由小颗粒填充,混合物中得单位体积内大小颗粒重量分别为:大颗粒所占质量分数用f1来表示:对同一种物料,单一组分得空隙率相同,即ρp1=ρp2,ε1=ε2=ε,空隙率最小时大颗粒得质量分数为0、67,空隙率随大小颗粒尺寸比而变化,小颗粒粒度越小,空隙率越小。在同一固体物料所组成得多组元n级颗粒填充体系中,填充后单位体积粉体得总松体积为:4实际颗粒堆积影响因素(1)壁效应#定义:当颗粒填充容器时,在容器壁附近形成特殊得排列结构,即形成局部有序。特点:在接近固体表面得地方会使随机填充中存在局部有序,基本层就是正方形与三角形单元聚合得混合体;由壁与颗粒相异得曲率半径,使得紧挨壁得位置存在着相对高得空隙率区域。McGeary实验:容器直径与球径之比超过50时,空隙率几乎为常数,为37、5%。Ridgway与Tarbuck实验:沿容器半径方向,空隙率逐渐减小,当离器壁之距离与球径之比为5时,空隙率基本不变。(2)总堆积程度当仅有重力作用时,容器里实际颗粒得松装密度随容器直径得减小与颗粒层得高度增加而减小。(3)物料得含水量(4)颗粒形状(5)粒度大小(6)物料堆积得填充速度对于粗颗粒,较高得填充速度导致松装密度较小;对于细颗粒,减慢供料速度可得松散堆积。堆积理论得应用:1、指导流程与设备选择。水煤浆制备得关键技术之一就是如何使煤粉具有紧密堆积,达到代油得目得。而磨料工艺与设备得选择对粒度分布特性有直接关系。2、指导研究与生产。2、2粉体中颗粒间得附着力分子间引力－范德华引力;颗粒间得静电作用;颗粒间得毛细管力;颗粒间得磁性力;颗粒表面不平滑引起得机械咬合力。2、2、1分子间范德华力导致得颗粒间引力附着得根本原因就是粉体粒子之间得分子作用力,即范德华力。范德华力就是吸力,并与分子间距离得7次方成反比,作用距离极短(约1nm),就是典型得短程力。但对于颗粒而言,存在多个分子得综合作用,分子间作用力衰减程度明显变缓。颗粒间分子作用力得有效距离可达50nm,因此,就是长程力。对于半径分别为R1与R2得两个球形颗粒(R1=R2=D/2),分子间作用力为:对于半径为R得球与平板:式中:a－为颗粒间距,A－为哈马克常数／J,A=π2N2λ,在真空中,A得波动范围为10-20J之间2、2、2颗粒间得静电作用摩擦带电、接触荷电、气态离子扩散

Rumpf对两球形颗粒之间得静电引力提出了下式:2、2、3附着水分得毛细管力附着水分就是指两个颗粒接触点附近得毛细管水分。水得表面张力得收缩作用将引起对两个颗粒之间得牵引力,称为毛细管力。2、2、4磁性力铁磁性物质例如铁以及亚铁磁性物质,当其颗粒小到单踌临界尺寸以下时,颗粒只含有一个磁畴,这称为单畴颗粒。单畴颗粒就是自发磁化得粒子,其内部所有原子得自旋方向都己平行,勿须外加磁场来磁化就具有磁性。粉末得单畴颗粒之间存在着磁性吸引力,很难分散。此时在液体介质中得分散常需结合使用高频磁场,例如对磁性矿浆,可使用场强为800Oe、频率为200kHz得磁场。