粉体工程一、粉末的性能与表征1.粒径：粉末体中，颗粒的大小用其在空间范围所占据的线性尺寸表示，称为粒径。

2.粒径的表示方法：①几何学粒径②投影粒径③筛分粒径④球当粒径。

3.粉体粒径的分布常表示成频率分布和累积分布：①粒径分布的表格、直方图、曲线可直观地反映粉体粒径的分布特征。

②数字函数表达式有：正态分布；对数正态分布；Rosin—Rammler分布；RRB方程能较好地反映工业上粉磨产品的粒径分布特征。

4.平均粒径：若将粒径不等的颗粒群想象成自由径为D的均一球形颗粒组成，那么其物理特性可表示为f（d）=f（D），D即表示平均粒径。

5.粉末的测量方法：显微镜法；激光衍射法；重力沉降光透法；筛分法。

平均粒径测量方法：比表面法。

6.粉末的性质：堆积性质；摩擦性质；压缩性质与成形性（压制性）。

安息角：又称休止角、堆积角，它是指粉体自然堆积时的自由表面在静止平衡状态下与水平面所成的最大的角度。

（用来衡量与评价粉体的流动性）。

在0.2mm以下，粒径越小而休止角越大，这是由于微细粒子间粘附性增大导致流动性降低的缘故。

粉体颗粒形状愈不规则安息角愈大，颗粒球形愈大粉体流动性愈好其安息角就愈小。

二、粉体表面与界面化学1.粉末颗粒的分散：①在气相中，主要受范德华力、静电力、液桥力，分散方法，机械分散、干燥分散、颗粒表面改性分散、静电分散、复合分散；②在液相中，主要受范德华作用力、双电层静电作用力、空间位阻作用力、熔剂化作用力、疏液作用力，分散调控有，介质调控、分散剂调控、机械调控和超声调控。

2.颗粒表面改性：粉末颗粒表面改性：用物理，化学，机械方法对颗粒表面进行处理，根据应用的需要有目的的改变颗粒表面的物理化学性质，如表面晶体结构和官能团，表面能、界面润湿性，电性，表面吸附性和反应特性等，以满足现代新材料，新工艺和新技术发展的需要。

3.改性方法：①表面化学改性：偶联剂表面改性、表面活性剂改性、高分子分散剂改性、接枝改性；②微胶囊包覆——化学法、物理法、物理化学法；③机械化学改性；④原位聚合改性——无皂乳液聚合包覆法、预处理乳液聚合法、微乳液聚合法。

三、粉碎1.粉碎是依靠外力克服固体质点间内聚力使物料几何尺寸减小的过程。

粉碎的过程：①破碎——粗碎（100mm）、中碎（30mm）、细碎（10mm），②粉磨——粗磨（0.1mm左右）、中磨（60um）、细磨（5um）。

粉碎的方法有：挤压粉碎、挤压—剪切破碎、冲击破碎、研磨磨削破碎。

2.破碎设备：挤压式：颚式破碎机、旋回破碎机、圆锥破碎、研磨磨削破碎冲击式：锤式破碎机、反击破碎机。

①颚式破碎机分：简摆式、复摆式、组合摆动式。

特点是，构造简单，工作可靠，维护方便。

生产能力高、齿板寿命长、能耗低、价格低廉、产品粒度组成较稳定。

②简摆式结构工作原理：简摆式颚式破碎机主要由破碎腔、调整装置、保险装置、支撑装置和传动装置等部分组成。

当电机驱动偏心轴旋转时连杆产生上下运动，并带动前推力板做前后运动，当连杆向上运动时，前推力板推动动颚接近固定颚，使进入破碎腔内的物料被挤压而破碎，此为工作行程；当连杆下降时，动颚离开固定颚，回到原来的位置，已经破碎的物料被排出，此为空行过程。

空行程期间装在偏心轴上的飞轮将能量储存起来，以便在工作行程中补充破碎能，同时补充电机在功率输出时的波动。

产品的粒度由排料口间歇调整装置进行控制。

③简摆式的特点：进料口出动颚较小的摆动幅度不利于喂入颚腔的大块物料的破碎，因而不能向摆幅较大，破碎作用较强的颚腔底部充分供应物料，从而限制了生产能力的提高。

另外额板下部行程最大，卸料口宽度在破碎过程中随时变动，容易导致卸出的物料粒度不均。

适用于干性物料的破碎，物料对颚板的磨损小，破碎过程中粉碎现象少。

简摆式很容易中、大型化，并主要适用于坚硬物料的粗、中碎过程。

3.粉磨设备：①施力方式：摩擦式、挤压式、冲击式；②工作速度：慢速磨：球磨机、砾磨机、自磨机；快速磨：辊式磨、振动磨、行星磨4.球磨机：（滚筒式球磨机）①工作原理：简筒内装有一定数量的球型研磨体，被磨物料及适量的球磨助剂从加料口加入，按工艺要求对物料，水和研磨体进行配料与筒体回转时，由于磨体在离心力的作用下，贴在筒体内壁与筒体一起回转上升，当研磨体被带到一定高度时，由于重力场作用而被抛出，以一定的速度降落，在研磨体降落过程中筒体内物料受到研磨体的冲击和研磨作用而被粉碎。

②特点：对物料的适应性强生产能力大，粉碎比高，易于调整产品粒度，可进行干法或湿法操作，结构简单，坚固耐用，运行可靠，维修管理方便等。

③球磨介质选择原则：在保证球磨效果的前提下，尽可能小；合理的粒径分布，堆积密度较大，提高粉末与磨介的接触面积。

研磨体填充效率一般在25%~45%之间，理论值42%。

5. 雷蒙磨：利用磨环与磨辊相互摩擦，将底盘上的物料撒到磨辊与磨环之间，受挤压和研磨而粉碎。

大型：液压式；小型：机械式。

四、分级1.颗粒分级极限粒径的大小可以通过调整气流的上升和旋转速度以及增减小风叶的数量来实现。

增加转子转速或增多大风叶，都会使上升气流速度增大，使细粉的细度下降；反之，则可提高细粉的细度。

2.粉体性能的评价：流体力学分级又分为重力式，惯性式及离心式。

常用分级效率来评价分级的效果及性能。

3.分级效率：用于评价分级的效果及性能的指标，部分分级效率，牛顿分级效率，分级精度。

4.筛分机理：使物料通过筛孔办法是使筛分机械的筛面做加速运动或者筛面有一定的倾角工业上筛分设备可以分为振动筛摇动筛回转筛和固定筛5.筛分效率：指筛分是实际得到的筛下产物的质量与原料中所含粒度小于筛孔尺寸的物料的质量比。

影响筛分因素：①筛分的物料：堆积密度，粒度分布，含水量②筛分机械：孔隙率，筛孔大小，筛孔形状，筛面种类的比较，筛面程度，振动的幅度与频率，加料的均匀性，加料速度与料层厚度。

6.离心分级：利用回转运动产生的离心力，其离心加速度大致比重力加速度打两个数量级甚至更大能很快将粒度分离。

工作原理：当物料由进口加入落到撒料盘上，受离心力作用向周围抛出，在气流中较粗颗粒迅速撞到内筒内壁并沿内壁滑下，其余小小颗粒随气流向上，经小风叶时，又有一部分被抛向内壁被吸下，而小颗粒穿过小风叶，在大风叶作用下经由内筒顶上出口进入两筒夹层，有细粉出口排除成为产品。

内筒收下的粗粉由出口排出，再送回磨机内重新研磨。

改变主轴转速，大小风叶的片数或挡风板位置就能调节选粉粒度。

7.旋风分级：①工作原理：物料由进料管落到撒料盘后向四周甩出与上升的旋转气流相遇，物料中颗粒由于质量大，受撒两盘，小风叶和旋转气流作用而产生的离心力大，被甩向分级室内壁而落下，至滴流装置处于此处的上升气流相遇再次分选。

粗粉最后落到内锥筒下部经粗粉出口排出。

物料中的细粒因质量小，进入选粉后被上升气流带入旋风分离器被收集下来落入外锥筒，经细分出口仓排出。

②旋风式分级机的优点：a转子和循环风机可分别调速，既易于调节细度，也扩大了细度的调节范围b小型的旋风筒代替了大圆筒，课提高细粉的收集效率，分级效率可达70%以上，能减少细粉的循环量c.细粉集中收集，大大减轻了叶片等的磨损d.结构简单，轴受力小，振动小，机体体积小，运转平稳，易于实现大型化。

③缺点：外部风机及风管占空间大，对系统的密封要求高。

五、分离1.分离：固气分离；固液分离；固固分离。

①分离效率：收尘效率（总分离效率）（除尘效率）：分离器的出口处气体中粉尘的质量与进口处气体中粉尘的质量之比。

②总分离效率的定义：分离后获得的粉体某种成分的质量与分离前粉体中所含该成分的质量之比称为总分离效率。

2.收尘装置①重力收尘器：利用重力使粉尘颗粒沉降至器底（r>50um）②惯性收尘器：利用气流运行方向突然改变时其中的固体颗粒的惯性运动而与气体分离（r>30 um）③离心收尘器：在旋转的气固两相流中利用固体颗粒的离心惯性作用使之从气体中分离出来.旋风收尘器(r=5 um)④过滤收尘器:含尘气体通过多孔层过滤介质时，由于阻挡吸附，扩散等作用而将固体颗粒截留下来。

袋式收尘器，颗粒层收尘器r=1 um⑤电收尘器：在高压电场中，利用静电作用使颗粒带电而将其捕集下来（静电收尘器(r=0.01 um)。

3旋风收尘器：利用含空气体高速旋转产生的惯性离心力而使粉尘颗粒与气体分离的一种干式收尘设备。

工作原理：含尘气体从进气管以较高的速度随外圆筒的切线方向进入外圆筒并进行旋转运动。

含尘气体在旋转过程中产生较大的离心力。

由于颗粒的惯性比空气大得多，因此将大部分颗粒甩向筒壁，颗粒离心沉降至筒壁后失去功能随壁面滑下与气体分开。

经锥形筒排入储灰箱内，积集在贮灰箱中的粉料经闸门自动卸出，当旋转气流的外旋到圆锥部分时随圆锥变小而向中心逐渐靠近气流到达锥体下端时便开始上升。

形成一股向下而上的内旋气流并经中心排风管从顶部作为净化气体排出。

4.袋式收尘器：一种利用多孔纤维滤布将含尘气体中的粉尘过滤出来的收尘设备。

工作原理：含尘气体通过滤布层时，粉尘被阻留，空气则通过滤布纤维间的微孔排走，气体中大于滤布孔眼的尘粒被滤布阻留，与筛分作用相同。

对于1 um的小于滤布孔径的颗粒，当气体随着曲折的织物毛孔通过时，尘粒由于本身的惯性作用撞击于纤维上失去能量而贴附在滤布上，小于1 um的微粒则由于尘粒本身的扩散作用及静电作用，通过滤布时，因孔径小于热运动的自由经，使尘粒与滤布纤维碰撞而粘附于滤布上，因此微小颗粒能捕集下来。

5.电收尘器：以高压直流电的正负两极间维持一个足以使气体电离的静电场，气体电离所产生的正负离子作用通过静电场的粉尘表面而使粉尘荷电，根据库仑定律，荷电粉尘分别向极性相反的电极移动而沉积在电极上达到粉尘与气体分离的目的。

工作原理：将平板和导线分别接在高压直电流的正极和负极，电收尘器上的正极称为沉积极（集尘极），负极称为电晕极。

在两极间产生不均匀电场，当高压升高至一定值时，在阴极附近的电场强度促使气体发生碰撞电离，形成正负离子，随着电压继续增大，在阴极导线周围2—3mm范围内发生电晕放电。

这些气体产生大量离子，由于在电晕极附近的阳离子趋向电晕极的路程极短，速度低，碰到粉尘的机会较小，因此绝大部分粉尘与飞翔的阴离子相撞而带负电，飞向集尘只有极少量的尘粒积尘于电晕极。

定期拍打集尘极及电晕使积尘掉落后，最后从下部灰尘排出。

六、混合与造粒1混合：物料在外力（重力，机械力等）作用下发生运动速度加运动方向的改变，使各组分颗粒均匀分布的操作过程。

2混合机理：（1）扩散混合：（颗粒小规模随机移动）分散的的颗粒散布在不断展现的新生料面上，并作为弱的移动，使各组分颗粒局部范围内扩散实现均匀分布。

（2）对流扩散：颗粒大规模随机移动，物料在外力作用下产生类似流体的运动，颗粒从物料一处位移至另一处，所有颗粒在混合设备中整体混合。