粉體工程與設(shè)備第二章

粉體工程與設(shè)備第二章2、1、1粉體填充指標(biāo)容積密度ρb:在一定填充狀態(tài)下,單位填充體積得粉體質(zhì)量,亦稱松裝密度。式中:VB－粉體填充體積

ρP－顆粒密度,ε－空隙率顆粒密度ρp:顆粒質(zhì)量除以包括內(nèi)外孔在內(nèi)得顆粒體積V。真密度ρs:顆粒質(zhì)量除以不包括內(nèi)外孔在內(nèi)得顆粒真體積Vp,即物質(zhì)密度。表觀密度ρa(bǔ):顆粒質(zhì)量除以不包括外孔在內(nèi)得顆粒表觀體積。振實(shí)密度ρbt:粉體質(zhì)量除以振實(shí)后粉體得表觀體積。真密度ρs≥表觀密度ρa(bǔ)≥顆粒密度ρp≥振實(shí)密度ρbt≥松裝密度ρbVpV填充率ψ:在一定填充狀態(tài)下,顆粒體積占粉體體積得比率?？障堵师?在一定填充狀態(tài)下,空隙體積占粉體填充體積得比率。ε=1-ψ=1-ρb/ρp空隙率與孔隙率區(qū)別:空隙率中顆粒體積不包括外孔在內(nèi),而孔隙率中顆粒體積不包括內(nèi)外孔在內(nèi)。配位數(shù)k(n):與觀察顆粒接觸得顆粒個(gè)數(shù)。用分布來表示具有某一配位數(shù)得顆粒比率時(shí),該分布稱為配位數(shù)分布。2、1、2理想粉體顆粒得填充1、均一球體顆粒得規(guī)則填充以均一球粒在平面上得排列作為基本層,有2種基本排列方式,即正方形排列層與單斜方形或六方系排列層;如將圖中涂黑得4個(gè)球作為基本層得最小單位,將各層匯總可得6種排列;表1均一球規(guī)則填充結(jié)構(gòu)特性排列名稱總體積空隙率配位數(shù)填充組(a)立方體填充,立方最疏填充10、47646正方系(b)正斜方體填充0、8660、39548(c)菱面體填充或面心立方體填充0、7070、259412(d)正斜方體填充0、8660、39548六方系(e)楔形四面體填充0、7500、301910(f)菱面體填充或六方最密填充0、7070、2595122、均一顆粒得實(shí)際填充問題1:為什么將玻璃球或鋼球小心地倒入容器時(shí),其空隙率也比最密填充狀態(tài)空隙率大0、35%~0、40%左右？問題2:如何用實(shí)驗(yàn)測(cè)試均一顆粒得實(shí)際填充結(jié)構(gòu)？Smith實(shí)驗(yàn):Smith等人將半徑3、78mm得鉛彈子自然地填入直徑80~120mm得燒杯中,注入含醋酸20％得水溶液后,十分小心地倒掉溶液。由于球得接觸點(diǎn)上殘留著環(huán)狀溶液,如保持原先填充狀況,則接觸點(diǎn)上就殘留有堿性醋酸鉛得白色斑點(diǎn)。從與容器壁不接觸得鉛彈子中計(jì)數(shù)900~1600個(gè)球,可得到空隙率與配位數(shù)不同得結(jié)果:表2-2空隙率平均配位數(shù)(Smith)

空隙率大時(shí),配位數(shù)分布接近于正態(tài)分布。隨著空隙率減小,配位數(shù)增加,接近于最密填充狀態(tài)分布。

大家學(xué)習(xí)辛苦了，還是要堅(jiān)持繼續(xù)保持安靜當(dāng)立方最疏排列與六方最密排列以某一比例混合時(shí)得填充情況,其平均空隙率(或總空隙率)用下式表示:平均空隙率x為六方最密填充得比例數(shù)。

Smith關(guān)系式:上述兩種單元體得體積比為1比,每單位體積得粒子數(shù)比為1比,配位數(shù)分別為6與12,則平均配位數(shù)為實(shí)測(cè)空隙率與平均配位數(shù)與計(jì)算值相比:2、均一顆粒得實(shí)際填充隨機(jī)密填充:相當(dāng)于振實(shí)填充,平均空隙率0、359~0、375;隨機(jī)傾倒填充:相當(dāng)于卸料或裝袋,平均空隙率0、375~0、391;隨機(jī)疏填充:緩慢填充,平均空隙率0、4~0、41;隨機(jī)極疏填充:極緩慢填充,類似于流化床物料緩慢速度降為0,平均空隙率0、46~0、47;2、1、3非均一球形顆粒得填充1、Horsfield填充定義:在六方最密排列中,在六個(gè)等徑球之間形成得空隙大小與形狀就是有規(guī)則得,其中有兩種孔型:6個(gè)球圍成得四角孔與4個(gè)球圍成得三角孔,設(shè)最基本得均一球?yàn)橐淮吻?填入四角孔得最大球?yàn)槎吻?填入三角孔中得最大球?yàn)槿吻?其后在填入四次球、五次球,最后以微小得均一球填入殘留得空隙中,這樣就構(gòu)成了六方最緊密堆積。這種最小空隙率為0、039作為排列特征得堆積又稱為Horsfield最緊密堆積。球序球體半徑球數(shù)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最后填充球極小極多0、0392、Hudson堆積定義:當(dāng)一種以上得等尺寸球被填充到最緊密六方排列得空隙中時(shí),空隙率隨較小球與最初大球得得尺寸比值變化,空隙率隨著四方空隙中較小球得數(shù)目增加而減小。但實(shí)際上,因?yàn)樵谌强紫吨?球得數(shù)目不連續(xù),當(dāng)三角空隙中球得尺寸比為0、1716時(shí),最小空隙率為0、113,這樣得排列叫做Hudson堆積。堆積特性:二次球與一次球比值,當(dāng)r2/r1＜0、414時(shí),二次球可填充四角孔;當(dāng)r2/r1＜0、225時(shí),二次球可填充三角孔;當(dāng)r2/r1=0、1716時(shí),三角孔基準(zhǔn)填充最為緊密;3二組元顆粒體系得最緊密堆積在二組元得顆粒體系中,大顆粒間得空隙由小顆粒填充,混合物中得單位體積內(nèi)大小顆粒重量分別為:大顆粒所占質(zhì)量分?jǐn)?shù)用f1來表示:對(duì)同一種物料,單一組分得空隙率相同,即ρp1=ρp2,ε1=ε2=ε,空隙率最小時(shí)大顆粒得質(zhì)量分?jǐn)?shù)為0、67,空隙率隨大小顆粒尺寸比而變化,小顆粒粒度越小,空隙率越小。在同一固體物料所組成得多組元n級(jí)顆粒填充體系中,填充后單位體積粉體得總松體積為:4實(shí)際顆粒堆積影響因素(1)壁效應(yīng)#定義:當(dāng)顆粒填充容器時(shí),在容器壁附近形成特殊得排列結(jié)構(gòu),即形成局部有序。特點(diǎn):在接近固體表面得地方會(huì)使隨機(jī)填充中存在局部有序,基本層就是正方形與三角形單元聚合得混合體;由壁與顆粒相異得曲率半徑,使得緊挨壁得位置存在著相對(duì)高得空隙率區(qū)域。McGeary實(shí)驗(yàn):容器直徑與球徑之比超過50時(shí),空隙率幾乎為常數(shù),為37、5%。Ridgway與Tarbuck實(shí)驗(yàn):沿容器半徑方向,空隙率逐漸減小,當(dāng)離器壁之距離與球徑之比為5時(shí),空隙率基本不變。(2)總堆積程度當(dāng)僅有重力作用時(shí),容器里實(shí)際顆粒得松裝密度隨容器直徑得減小與顆粒層得高度增加而減小。(3)物料得含水量(4)顆粒形狀(5)粒度大小(6)物料堆積得填充速度對(duì)于粗顆粒,較高得填充速度導(dǎo)致松裝密度較小;對(duì)于細(xì)顆粒,減慢供料速度可得松散堆積。堆積理論得應(yīng)用:1、指導(dǎo)流程與設(shè)備選擇。水煤漿制備得關(guān)鍵技術(shù)之一就是如何使煤粉具有緊密堆積,達(dá)到代油得目得。而磨料工藝與設(shè)備得選擇對(duì)粒度分布特性有直接關(guān)系。2、指導(dǎo)研究與生產(chǎn)。2、2粉體中顆粒間得附著力分子間引力－范德華引力;顆粒間得靜電作用;顆粒間得毛細(xì)管力;顆粒間得磁性力;顆粒表面不平滑引起得機(jī)械咬合力。2、2、1分子間范德華力導(dǎo)致得顆粒間引力附著得根本原因就是粉體粒子之間得分子作用力,即范德華力。范德華力就是吸力,并與分子間距離得7次方成反比,作用距離極短(約1nm),就是典型得短程力。但對(duì)于顆粒而言,存在多個(gè)分子得綜合作用,分子間作用力衰減程度明顯變緩。顆粒間分子作用力得有效距離可達(dá)50nm,因此,就是長程力。對(duì)于半徑分別為R1與R2得兩個(gè)球形顆粒(R1=R2=D/2),分子間作用力為:對(duì)于半徑為R得球與平板:式中:a－為顆粒間距,A－為哈馬克常數(shù)／J,A=π2N2λ,在真空中,A得波動(dòng)范圍為10-20J之間2、2、2顆粒間得靜電作用摩擦帶電、接觸荷電、氣態(tài)離子擴(kuò)散

Rumpf對(duì)兩球形顆粒之間得靜電引力提出了下式:2、2、3附著水分得毛細(xì)管力附著水分就是指兩個(gè)顆粒接觸點(diǎn)附近得毛細(xì)管水分。水得表面張力得收縮作用將引起對(duì)兩個(gè)顆粒之間得牽引力,稱為毛細(xì)管力。2、2、4磁性力鐵磁性物質(zhì)例如鐵以及亞鐵磁性物質(zhì),當(dāng)其顆粒小到單躊臨界尺寸以下時(shí),顆粒只含有一個(gè)磁疇,這稱為單疇顆粒。單疇顆粒就是自發(fā)磁化得粒子,其內(nèi)部所有原子得自旋方向都己平行,勿須外加磁場(chǎng)來磁化就具有磁性。粉末得單疇顆粒之間存在著磁性吸引力,很難分散。此時(shí)在液體介質(zhì)中得分散常需結(jié)合使用高頻磁場(chǎng),例如對(duì)磁性礦漿,可使用場(chǎng)強(qiáng)為800Oe、頻率為200kHz得磁場(chǎng)。