粉體工程作業(yè)答案

第一章粉體基本性質(zhì)

1-1粉體是細(xì)小顆粒狀物料的集合體。粉體物料是由多數(shù)顆粒構(gòu)成的，

顆粒是粉體物料的最小單元。

1-2工程上常把在常態(tài)下以較細(xì)的粉粒狀態(tài)存在的物料，稱為粉體。

1-3顆粒的大小、分布、結(jié)構(gòu)、形態(tài)和表面形態(tài)等因素,是粉體其他性

能的基礎(chǔ)。

1-4構(gòu)成粉體顆粒的大小，一般在幾個納米到幾卜毫米區(qū)間。

1-5假如構(gòu)成粉體的全部顆粒，其大小和形態(tài)都是一樣的，則稱這種粉體

為單分散粉體。大多數(shù)粉體都是由參差不齊的各種不同大小的顆粒所組

成，這樣的粉體稱為多分散粉體。粉體顆粒的大小和在粉體顆粒群中所

占的比例分別稱為粉體物料的粒度和粒度分布。

「6"目”是一個長度單位,代表在1平方英寸上的標(biāo)準(zhǔn)試驗篩網(wǎng)上篩孔

數(shù)量O

1-7粒度是顆粒在空間范圍所占大小的線性尺度。粒度越小，顆粒越

組o所謂粒徑，即表示顆粒大小的一因次尺寸。

1-8以顆粒的長度1、寬度b、高度h定義的粒度平均值稱為三軸平均徑,

適用于必需強調(diào)長形顆粒存在的狀況。

上土沿肯定方向與顆粒投影輪廓兩端相切的兩平行線間的距離。稱為弗雷

特直徑0

沿肯定方向?qū)㈩w粒投影面積等分的線段長度，稱為馬丁直徑O

1-10與顆粒同體積的球的直徑稱為等體積球當(dāng)量徑;與顆粒等表面的球

的直徑稱為等表面積球當(dāng)量徑;與顆粒投影面積相等的圓的直徑稱為包

影圓當(dāng)量徑(亦稱heywood徑。

1-11若以Q表示顆粒的平面或立體的參數(shù)，d為粒徑，則形態(tài)系數(shù)①定

義為二若以S表示顆粒的表面積，d為粒徑，則顆粒的表面積形態(tài)系數(shù)

形態(tài)系數(shù)①s定義為；木于球形顆粒，①sf對于立方體顆粒，Osz

6o若以V表示顆粒的體積，d為粒徑，則顆粒的體積形態(tài)系數(shù)中v定

V￡

義為①V二d'對于球形顆粒，6:6；對于立方體顆粒，中V二

1O

1-12比表面積形態(tài)系數(shù)定義為表面積形態(tài)系數(shù)與體積形態(tài)系數(shù)之

比，用符號①SV表示:①SV二①s/5,對于球形顆粒和立方體顆粒,①SV二

6o

與顆粒等體積的球的表面積與顆粒的實際表面積之比稱為Carman形態(tài)

系數(shù)。用符號甲c表示。

1T3容積密度PB=(1-￡)PP式中pp——顆粒密度；￡——

空隙率o

1-14￡指空隙體積占粉體填充體積的比率8=1-4)=1-(PB/PP)

式中?！畛渎?/p>

1-15Gaudin-Schuhmann(高登-舒茲曼)方程U(Dp)=100(Dp/Dpmax)q

式中，U(Dp)為累計篩下百分?jǐn)?shù)(%),Dpmax為最大粒徑,q為Fuller

指數(shù)。q=1/2時為疏填充,q=l/3時最密填充。

上161朝濕物料由于顆粒表面吸附水，顆粒間形成所謂液橋力，而導(dǎo)致粒間

附著力的增大，形成團粒。由于團粒尺寸較一次粒子大，同時，團粒內(nèi)部

保持松散的結(jié)構(gòu)，致使整個物料積累率下降。

1-17一般地說，空隙率隨顆粒圓形度的降低而增高，表面粗糙度越高

的顆粒，空隙率越大；粒度越小，由于粒間的團聚作用，空隙率越大,

當(dāng)粒度超過某肯定值時，粒度大小對顆粒體積累率的影響已不復(fù)存在，此

值為臨界值。

1-18對粗顆粒,較高的填充速度會導(dǎo)致物料有較小的松散密度的松散密

度，但對于如面粉那樣具有粘聚力的細(xì)粉，降低供料速度可得到松散的積

累。

1T9.單顆粒粒徑表示方法有球當(dāng)量徑和圓當(dāng)量徑o寫出下列三軸平均

徑的計算式：

①三軸平均徑——②三軸調(diào)和平均徑

③三軸幾何平均徑病O

1-20.統(tǒng)計平均的測定方法有費雷特徑,馬丁直徑0

1-21.粒度分布的表示方式有粒度的頻率分布和粒度的累積分布;粒度

分布的表達(dá)形式有粒度表格粒度列表法和粒度圖解法O

1-22.描述和闡明顆粒形態(tài)與特征的參數(shù)有形態(tài)系數(shù)，形態(tài)指數(shù)，球形

度。

上23.粒度分布是表示粉體中不同粒度區(qū)間的顆粒含量的狀況，在直角

坐標(biāo)系中粒度分布曲線分為頻率分布曲線和累積分布曲線。

1-24配位數(shù)k（n）指與視察顆粒接觸的顆粒個數(shù)。

1-31“目”是一個長度單位，目數(shù)越高長度越小。（錯）

1-32Carman形態(tài)系數(shù)Wc值越大,意味著該顆粒形態(tài)與球形顆粒的偏差越

大，也就是說顆粒形態(tài)越不規(guī)則。（錯）

1-33一般顆粒的Carman形態(tài)系數(shù)（A）

AWl;B21;C=1

1-34好用球形度中\(zhòng)尸do/dpo,式中（B）

A.do為與顆粒投影面積相等的圓直徑；dpo——顆粒的表面面積。

B.do為與顆粒投影面積相等的圓直徑；dpo一—與顆粒投影面最小外接圓

直徑。

C.do為與顆粒等體積的球的表面面積；；dpo——顆粒的表面面積。

D.do為與顆粒等體積的球的表面面積；；dpo一—與顆粒投影面最小外接

圓直徑。

1-35.RRB粒度分布方程中的n是（C）。

A、功指數(shù)B、旋渦指數(shù)C、勻稱性指數(shù)D、時間指數(shù)

『36.粉磨產(chǎn)品的顆粒分布有肯定的規(guī)律性，可用RRB公式表示

R=100exp[-（Dp/De）n]其中De為：（B）。

A.勻稱系數(shù)B.特征粒徑C.平均粒徑

1-37.粉磨產(chǎn)品的比表面積可用S=（36.8X104）/（DpnPp）計算，式中

n表示（C）

A.勻稱性系數(shù)B.特征粒徑C.比例系數(shù)

1-38.部分分別效率為50%時所對應(yīng)的粒度，叫做（D）o

A、特征粒徑B、中位徑C、切割粒徑D、臨界粒徑

1-39.某粉狀物料的真密度為2000Kg/m3,當(dāng)該粉料以空隙率￡=0.4的狀

態(tài)積累時，其容積密度PV=（B）公式PB二

VB(l-e)PP/VBo

A、800B、1200C、3333.3D、5000

1-40.休止角是粉體自然積累時的自由表面在靜態(tài)狀態(tài)下與水平面所形成

的（C）O

A、角度B、最小角度C、最大角度

1-41簡要分析影響顆粒床層空隙率的主要因素

答：（1）壁效應(yīng)。當(dāng)顆粒填充容器時，在容器壁旁邊形成特別的排列結(jié)構(gòu),

這就稱為壁效應(yīng)。容器直徑和球徑之比超過50時，空隙率幾乎成為常數(shù),

即37.5%。（2）局部填充結(jié)構(gòu)。Pr=g（r）dr/4nr2dr=g（r）/4nr2（3）物

料的含水量。（4）顆粒形態(tài)。一般地說，空隙率隨顆粒圓形度的降低而增

高，在松散積累時，有棱隹的顆粒空隙率較大，與緊密積累時正相反。表

面粗糙度越高的顆粒，空隙率越大。（5）粒度大小。對顆粒群而言，粒度

越小，由于粒間的團聚作用，空隙率越大。當(dāng)粒度超過某肯定值時，粒度

大小對顆粒體積累率的影響已不復(fù)存在，此值為臨界值,通常在細(xì)粒體系

中，粒徑大于或小于臨界粒徑的物料，對顆粒的行為都有舉足輕重的作用。

（6）物料積累的填充速度。對粗顆粒，較高的填充速度會導(dǎo)致物料有較

小的松散密度，但對于如面粉那樣具有粘聚力的細(xì)粉，降低供料速度可得

到松散的積累。

「42簡述內(nèi)摩擦角的測定方法

答：這三個圓稱為極限破壞圓，這些圓的共切線稱為該粉體的破壞包絡(luò)

線，。這條破壞包絡(luò)線與。軸的夾角6i即為該粉體的內(nèi)摩擦角。內(nèi)摩擦角

是粉體在外力作用下達(dá)到規(guī)定的密實狀態(tài)，在此狀態(tài)下受強制剪切時所形

成的角

1-43試分析物料經(jīng)粉碎細(xì)化后，具有較高活性的機理

答：（1）隨著顆粒的減小，固體微粉的分散度增大，成為具有開放性空隙

和結(jié)構(gòu)的狀態(tài)，比表面積增大，水化反應(yīng)面積增加，同時，表面自由

^△G=rAA（r為熟料顆粒表面自由能）增加，其活性提高。

（2）粉碎過程中，顆粒在機械力的作用，隨著顆粒的減小，產(chǎn)朝氣械力

化學(xué)效應(yīng)。主要表現(xiàn)在：第一，規(guī)整的晶面在顆粒體系總表面上所占的比

例減小，鍵力不飽和的質(zhì)點數(shù)增多，在棱邊、尖角處不飽和程度高的質(zhì)點

數(shù)亦增多，從而大大提高了物料的活性。其次，表面層發(fā)生晶格畸變，如

熟料顆粒的細(xì)化，當(dāng)粒度在9?20um時，將從脆性破壞轉(zhuǎn)變成塑性變形,

塑性變形的實質(zhì)是位錯的增值和移動，顆粒在位錯中貯存能量，增加了活

性。第三，通過反復(fù)的破裂，隨著粒子的不斷微細(xì)化，表面結(jié)構(gòu)的有序程

度則受到越來越劇烈的擾亂，并不斷向顆粒內(nèi)部擴展，最終表面結(jié)構(gòu)趨于

無定形化，在粉磨至無定形化的過程中，內(nèi)部貯存大量的能量，因而表面

層位能更高，表面活性更強。經(jīng)機械粉碎后形成的微細(xì)顆粒表面的性質(zhì)大

大不同于粗顆粒，在持續(xù)的粉碎中，顆粒表面的活性點不斷增多，處于亞

穩(wěn)高能活性狀態(tài)。它們在增加表面活性方面有著重要作用，粒度越小越突

出。

1-44簡要分析影響粉粒體顆粒床層的凝合力的因素與其影響方向

答：（1）顆粒粒度：單顆粒粒度與凝合力的關(guān)系如圖3.5所示。隨著粒徑

的減小凝合力增大。（2）顆粒床層空隙率￡：隨著￡的增大，凝合力減小。

如圖3.6所示。由試驗得知，對微細(xì)顆粒這種關(guān)系更明顯。（3）空氣中濕

含量：圖3.7是在25℃,一個大氣壓下測定的單顆粒的凝合力的試驗數(shù)據(jù)。

在試驗測定的粒度范圍內(nèi)，濕含量與凝合力在肯定范圍內(nèi)成正變關(guān)系。即

隨著相對濕度的提高，凝合力也隨之增長。（4）存放時間：通常存放在空

氣或其它氣體中顆粒隨著時間的延長，凝合力有所增加，可能是由于顆粒

汲取空氣中水分的緣由。

1-45簡述預(yù)防粉塵爆炸的措施與機理

答：粉塵爆炸必需具備三個條件：塵云、空氣、著火源，若缺少了其中任

一條件，就不能發(fā)生爆炸。

一：防止可爆炸粉塵云形成。a限制粉塵濃度限制粉塵濃度非爆炸范

圍內(nèi)，也就是使粉塵濃度低于爆炸下限或高于爆炸上限。b生產(chǎn)過程的惰

化處理它是避開形成可爆煤粉氣混合物的有效方法。二：限制氧氣量

三、解除著火源

其次章顆粒流體力學(xué)

2-1顆粒兩相流淌系統(tǒng)中，顆粒是分散相。

紋顆粒兩相流淌系統(tǒng)中，系統(tǒng)中至少存在著一種力場，由于固體顆粒

與液體介質(zhì)的運動慣性不同，因而顆粒與液體介質(zhì)存在著運動速度的差異

---相對速度O

2-3由于流場中壓力和速度梯度的存在、顆粒形態(tài)不規(guī)則、顆粒之間與顆

粒與器壁問的相碰撞等緣由，會導(dǎo)致顆粒的旋轉(zhuǎn)，從而產(chǎn)生升力

效應(yīng)。

4顆粒兩相流淌系統(tǒng)中系統(tǒng)中除了顆粒與流體的運動外，往往還存在著

能量與質(zhì)量的傳遞以與同時進(jìn)行著的化學(xué)反應(yīng)過程:

2-5顆粒兩相流淌系統(tǒng)中顆粒的粒徑范圍為10-5?10cm

226.顆粒在靜流體內(nèi)自由沉降時，不僅受到重力而且還受到浮力的作

用。

2-7.顆粒在流體中相對運動時的流淌狀態(tài)：層流狀態(tài)、過渡狀態(tài)和溫

流區(qū)狀態(tài)。它們各自對應(yīng)的Re。范圍分別是IO"<ReP<l,1<ReP<500,500<

ReP<2x10°o

流體透過顆粒床層的兩相流淌的典型狀況可分為固定床、流化床和

連續(xù)流態(tài)化，這種分類是依據(jù)過程中流體速度、顆粒性質(zhì)與狀態(tài)、料

層高度和空隙率來分類的。

2-9.顆粒在靜止流體中的沉降起初為加速階段，而后為勻速o通常

講的沉降速度為勻速運動速度。

2-10顆粒受重力作用在垂直方向上流淌的流體中作勻速運動時，其顆粒

的相對運動速度UpRO-Uf,當(dāng)貴時，顆粒向下沉降（U0——顆粒速度，

Uf——流體速度）

A.UO=UfB.U0>UfC.UO<Uf

2-11.試用公式比較顆粒真密度、容積密度、顆粒相密度間的區(qū)分與聯(lián)系

答：真密度p=m/v,表示單位體積物的質(zhì)量。是組成顆粒的物質(zhì)特有的，與

顆粒大小、填充無關(guān)。

容積密度PB指單位填充體積的粉體質(zhì)量，亦稱視密度。PB二填充粉體

的質(zhì)量/粉體填充體積二PP/VB,式中VB一一粉體填充體積積;

PP---顆粒密度；￡---空隙率。與填充方式有關(guān)。

在兩相流中，既有固體顆粒，又有流體介質(zhì)，單位體積的兩相流中所含固

體顆粒和流體介質(zhì)的質(zhì)量分別稱為顆粒相和介質(zhì)相的密度，設(shè)在流淌體系

中.顆粒的體積、質(zhì)量和密度分別為Vp、Mp*1Pp,流隹而禰積、質(zhì)量和密

度分別為Vf、Mf和Pf,兩相流的總體積、總質(zhì)量和密度分別Vm、Mm和

Pm分別以Ppj和Pfj表示之。

2-16實際顆粒沉降與球形顆粒的自由沉降有何不同，各需用哪些公式修

正？

答：實際顆粒沉降時，各個顆粒不但會受到其它顆粒干脆摩擦，碰撞的影

響，而且還受到其它顆粒通過流體而產(chǎn)生的間接影響，這種沉降稱為干擾

沉降，修正氣=力,￡—空隙率；

n一指數(shù)，其值在5~7.6之間，平均值6。

顆粒在有限容器內(nèi)沉降時，還需考慮容器器壁對顆粒沉降的阻滯作用，考

慮到壁效應(yīng)，沉降速度可乘以壁效應(yīng)因子工加以修正。式中dp一顆粒直

徑。D一容器直徑。

n---指數(shù)，層流時，n=2-25；湍流時，n=1.5.明顯，當(dāng)顆粒粒徑小于容

器直徑的1/5,則誤差不大于10%,往往可以不加修正。

2-12.在固定床操作中，流體通過顆粒層時的壓強降受哪些因素影響？流

體的速度受哪些限制？答:流體通過固定床的壓降A(chǔ)P與流體與床層的參

數(shù)有關(guān)：（1）流體方面：流體的密度流體的粘度流體的流速；

⑵床層方面：床層直徑D；顆粒直徑dp；床層的有效空隙率s；顆粒形

態(tài)系數(shù)力；床層高度L；顆粒表面粗糙度e。

流體通過顆粒床層的流速和孔道的尺寸通常都很小，故雷諾準(zhǔn)數(shù)較低，流

淌狀況屬于層流狀態(tài)，床層流速與壓強降之間成直線關(guān)系。受孔道的摩擦

系數(shù),孔道的摩擦系數(shù)，床層孔道的當(dāng)量直徑,流體密度限制.

2-13.分選操作和分級操作各應(yīng)選何種密度的流體？試用相應(yīng)公式說明。

答：

(1)(2)

由式(1)當(dāng)PI時，uOt故分級操作則要減小密度的影響，宜用密度較

輕的懸浮介質(zhì)進(jìn)行離析。

故等降系數(shù):如(2)式所示，當(dāng)P-ppa時，等降系數(shù)kt,即密度較

輕的顆粒均不能與較重顆粒有著同一沉降速度，這樣就能使較大粒度范圍

內(nèi)的顆粒都能按密度的不同進(jìn)行分選。

2-15,從旋風(fēng)器中排出的廢氣進(jìn)入風(fēng)速為4.5m/min的大氣中，廢氣中還

含有粒度為2-100Hm的剩余飛灰。假如旋風(fēng)器位于高出地面40m的高度

上，訪計算由該處飛灰順風(fēng)而下，沒有飛灰沉降的最小距離是多少？。紊

流作用忽視不計，飛灰的密度為2900kg/m3。氣體粘度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

復(fù)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

第三章粉體分級

3-1分級效率定義為分級操作后獲得的某種粒度的質(zhì)量與分級操

作后獲得的某種粒度的質(zhì)量之比。

3-2牛額分級效率定義為合格成分的收集率一不合格成分的殘留

率O

3-3循環(huán)負(fù)荷是指選粉機回料量T與成品量G之比。

3-4在磨機粉磨實力與選粉機的選粉實力基本平衡的條件下，在肯定范圍

內(nèi)適當(dāng)提高循環(huán)負(fù)荷可使磨內(nèi)物料流速加快,增大細(xì)磨倉的物料粒度，

削減襯墊作用和過粉碎現(xiàn)象,進(jìn)一步強化了磨機的粉磨實力，使整套

粉磨系統(tǒng)的生產(chǎn)實力提高。

但是若循環(huán)負(fù)荷過大，會使磨內(nèi)物料的流速過快，因而粉磨介質(zhì)來不

與充分對物料作用反而會使水泥顆粒組成過于勻稱，致使產(chǎn)品強度下

降。當(dāng)循環(huán)負(fù)荷太大時,選粉效率會降低過多，甚至?xí)鼓?nèi)料

層過厚。出現(xiàn)球料比q的現(xiàn)象，粉磨效率就會一下降。結(jié)果使磨

機產(chǎn)量增長不多，而電耗由于循環(huán)負(fù)荷增長而增加，在經(jīng)濟上不合算。

3-5對于同一臺選粉機來說，選粉效率隨著循環(huán)負(fù)荷的增加而____隆

低O

3-6分級精度。定義為部分分級效率為75%和和25%的分級粒徑的比

值的比值。

3-7推斷分級設(shè)備的分級效果需從分級效率、分級粒徑、分級精度

幾個方面綜合推斷。譬如，當(dāng)r)N、K相同時，cL越小，分級效果越

好；當(dāng)明、%相同時，K值越小，即部分分級效率曲線越一越陡峭，

分級效果越好°假如分級產(chǎn)品按粒度分為二級以上，則在考察牛頓分

級效率的同時，還應(yīng)分別考察各級別的分級效率。

3-8固體顆粒物料的篩分過程，可以看作兩個階段組成：

(D篩下級別的顆粒通過一過篩上級別顆粒所組成的物料層到達(dá)篩面

上；

(2)篩下級別的顆粒透過篩孔而分別。要使這兩個階段能夠?qū)崿F(xiàn)，物

料與篩面必需有適當(dāng)?shù)倪\動特性,一方面使篩面上的物料呈松散狀態(tài)

狀態(tài)，有利于運動中的物料層產(chǎn)生析離(按粒度分層)，最大的顆粒顆粒

處在最上層，最小的顆粒顆粒位于篩面上,進(jìn)而透過篩孔；另一方

面使堵在篩孔上的顆粒脫離篩面,進(jìn)入物料層上部，讓出細(xì)粒透過的

通道。

3-9假設(shè)篩孔為金屬絲組成的方形孔，篩孔每邊凈長為D,篩絲的直徑為bo

篩分物料的粒子設(shè)為球形，直徑為do則球粒通過篩孔的概率為：

p二(D-d)7(D+b)?

上1。旋風(fēng)式選粉機、0—SEPA選粉機構(gòu)造與工作原理，粉機機理有何不同？

分級界限尺寸與哪些因素有關(guān)?粉體在0—SEPA選粉機內(nèi)部有幾次分級的

機會？

答：離心式選粉機由外殼和內(nèi)殼套裝而成。內(nèi)部依靠大風(fēng)葉旋轉(zhuǎn)產(chǎn)生的循

環(huán)氣流，形成一道旋轉(zhuǎn)的枇欄，使較粗的顆粒下沉。離心式選粉機的大風(fēng)

葉由于同含塵氣流相接觸使磨損較大，風(fēng)葉間隙較大使空氣效率較差，依

靠重力很難完全沉降，循環(huán)氣流返回選粉區(qū)時總會帶有部分細(xì)粉，降低選

粉效率。

旋風(fēng)式選粉機由離心式選粉機改進(jìn)，設(shè)計了一種外部循環(huán)氣流。取消大風(fēng)

葉，實行專用風(fēng)機外部鼓風(fēng)；取消內(nèi)外殼間的細(xì)粉沉降區(qū)，實行專用旋風(fēng)

分別器外部回收細(xì)粉的形式。

0—Sepa選粉機在分級原理上，與前兩代選粉機相比有較大的改進(jìn)，其分

級氣流僅在水平面內(nèi)旋轉(zhuǎn)，而且氣流平穩(wěn)。物料在經(jīng)過擻料盤和緩沖板充

分分散之后垂直下落，從上而下通過整個分級區(qū)，可受到多次分級的作用。

由