固体颗粒的基本物性.docx
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固体颗粒的基本物性
固体颗粒的基本物性
单颗粒的几何特性参数：
从流体力学的观点来看，单颗粒的几何特性参数主要是大小（尺寸）、形状、表面积（或比表面积）
对于形状规则的颗粒，其大小可以用某一主要线量作为特征长度表示，其他尺寸可以用与此特征长度的比例表示。
因此，颗粒的体积和表面积等均可以用此特征长度表示，例如球形颗粒通常用它的直径d作为特征长度，它的体积V和表面积A分别为：
V=π*d3/6A=π*d2
颗粒的表面积常用比表面积表示，它的定义是：
单位体积固体颗粒所具有的表面积。
球形颗粒的比表面积
a=A/V=6/d
可见一定直径的颗粒的比表面积一定。
颗粒的直径愈小，比表面积愈大，因此可以根据比表面积的大小来表示颗粒的大小，微小颗粒的尺寸常用比表面积表示。
。
对于形状不规则的颗粒，其大小与形状的表示比较困难，需要采用一些人为规定的方法，通常分别用颗粒的当量直径和形状系数表示。
1、颗粒的当量直径
等体积当量直径，即体积等于颗粒体积的当量球形颗粒的直径dev
dev=
等表面积当量直径：
即表面积等于颗粒的表面积的当量球形颗粒的直径des=
等比表面积的当量直径：
即表面积等于颗粒的比表面积的当量球形颗粒的直径dea=6/a
同一颗粒的上述3种当量直径的数值是不相同的，它们之间的关系与颗粒的形状有关，通常用等体积当量直径作为颗粒的当量直径
2、颗粒的形状系数
颗粒的形状可用形状系数表示，最常用的形状系数是球形度
2=与非球形颗粒体积相同的球形颗粒表面积/非球形颗粒表面积≤1
体积相同的各种形状的颗粒，球形颗粒的表面积（比表面积）最小，与球形差别愈大，颗粒的表面积愈大。
因此，可用球形度的大小来表示颗粒的形状，对于球体，球形度为1；颗粒与球体的差别愈大，球形度愈小。
对于大多数粉碎得到的物料颗粒，球形度在0.6-0.7
3、形状不规则颗粒的表征
形状不规则颗粒可通过颗粒的当量直径和颗粒形状系数来表征。
在任何颗粒群中，各颗粒的尺寸都不可能完全一样，从而形成一定的尺寸（粒度）分布。
粉尘的粒径分布可用分组（按粉尘粒径大小分组）的质量百分数或数量百分数来表示。
前者称为质量分散度，后者称为计数分散度。
对大于70um的颗粒，通常采用一套标准筛进行测量。
筛分使用的标准筛系金属丝网编制而成，各国习惯用筛的开孔规格不同，常用的为泰勒制。
过滤网（筛网）目数与粒径对照表
1.目是指每平方英吋筛网上的空眼数目，50目就是指每平方英吋上的孔眼是50个，500目就是500个，目数越高，孔眼越多。
除了表示筛网的孔眼外，它同时用于表示能够通过筛网的粒子的粒径，目数越高，粒径越小。
2.粉体颗粒大小称颗粒粒度。
由于颗粒形状很复杂，通常有筛分粒度、沉降粒度、等效体积粒度、等效表面积粒度等几种表示方法。
筛分粒度就是颗粒可以通过筛网的筛孔尺寸，以1英寸（25.4mm）宽度的筛网内的筛孔数表示，因而称之为“目数”。
目前在国内外尚未有统一的粉体粒度技术标准，各个企业都有自己的粒度指标定义和表示方法。
在不同国家、不同行业的筛网规格有不同的标准，因此“目”的含义也难以统一。
下表为国内通常使用的筛网目数与粒径（μm）对照表。
目数
微米
目数
微米
目数
微米
目数
微米
2.5
7925
12
1397
60
245
325
47
3
5880
14
1165
65
220
425
33
4
4599
16
991
80
198
500
25
5
3962
20
833
100
165
625
20
6
3327
24
701
110
150
800
15
7
2794
27
589
180
83
1250
10
8
2362
32
495
200
74
2500
5
9
1981
35
417
250
61
3250
2
10
1651
40
350
270
53
12500
1
安息角
将粉尘自然地堆放在水平面上，堆积成圆锥体的锥底角称为粉尘安息角。
安息角也称休止角、堆积角，一般为35°-55°。
将粉尘置于光滑的平板上，使此平板倾斜到粉尘开始滑动时的角度，为粉尘滑动角，一般为30°-40°（PTA为30°~35°）。
粉尘安息角和滑动角是评价粉尘流动特性的一个重要指标。
它们与粉尘粒径、含水率、尘粒形状、尘粒表面光滑程度、粉尘粘附性等因素有关，是设计除尘器灰斗或料仓锥度、除尘管道或输灰管道斜度的主要依据。
CTA
800~1040kg/m3
30°~35°
PTA产品粒径控制范围：
外观为白色结晶粉末
平均粒径110-150μm；粒径<45ummax15%；粒径≥250ummax5%
实密度1573kg/m3产品堆积密度730~1200kg/m3
当使用某一号筛子时，通过筛孔的颗粒量称为筛过量，截留于筛面上的颗粒量则称为筛余量。
床层的空隙率=（床层体积-颗粒所占的体积）/床层体积
颗粒的形状、粒度分布影响床层空隙的大小。
均匀的球形作最松排列时的空隙率为0.48，作最紧密排列时空隙率为0.26。
非均匀颗粒的床层空隙率比均匀颗粒小，因小颗粒可以嵌入大颗粒之间的空隙中。
就床层特性而言，床层的空隙率受充填方式影响很大，充填时设备受到振动则空隙率小；若采用湿法充填即设备内充以液体，则空隙率必大。
即使同样的颗粒采用同样的方式重复充填，每次所的空隙率未必相同。
空隙率对流体阻力有很大的影响，设计时应考虑到空隙率的波动范围。
一般乱堆床层的空隙率大致在0.47-0.7之间。
若颗粒是非球形，各颗粒的定向应是随机的，从而可以认为床层是各向同性的。
各向同性的床层有一个重要特点：
床层横截面上可供流体通过的空隙面积（即自由截面）与床层截面之比在数字上等于空隙率。
因壁面附近的空隙率总是大于床层内部,流体在近壁处的流速必大于床层内部,这也就是所谓的壁效应：
床层的比表面：
单位床层体积具有的颗粒表面积称为床层的比表面。
Pd载体C4~8目97%以上，比表面积1200±100m2/g。
密度：
在物理学中，把某种物质单位体积的质量叫做这种物质的密度。
符号ρ。
国际主单位为单位为千克/米^3，常用单位还有克/厘米^3。
其数学表达式为ρ=m/V。
在国际单位制中，质量的主单位是千克，体积的主单位是立方米，于是取1立方米物质的质量作为物质的密度。
对于非均匀物质则称为“平均密度”。
密度是物质的一种特性，与物质的质量、体积、大小、形状、空间位置无关。
但与温度、状态有关，大部分的物质随温度升高而密度降低，即热涨冷缩，而水在0~4摄氏度时有反膨胀现象。
另外，同种物质密度相同，质量与体积的比值为定值；不同物质密度一般不相同，质量与体积的比值一般不同；
粉尘密度有堆积密度和真密度之分。
自然堆积状态下单位体积粉尘的质量，称为粉尘堆积密度（或称容积密度）。
密实状态下单位体积粉尘的质量，称为粉尘真密度（或称尘粒密度）。
堆积密度是把粉尘或者粉料自由填充于某一容器中，在刚填充完成后所测得的单位体积质量。
物料的堆积密度ρb与物料密度ρp之间的关系：
ρb=ρp（1-ε）
ε为物料静止时的空隙率；
ρb为堆积密度，需要测量；
ρp为真实密度，指材料在绝对密实状态下的体积内固体物质的实际体积，不包括内部空隙。
可通过文献查得。
物料的堆积密度可分为松散堆积密度和振实堆积密度。
其中，松散堆积密度包括颗粒内外孔隙及颗粒间空隙的松散颗粒堆积体的平均密度，用处于自然堆积状态的未经振实的颗粒物料的总质量除以堆积物料的总体积求得。
振实堆积密度不包括颗粒内外孔及颗粒间空隙，它是经振实后的颗粒堆积体的平均密度。
堆积密度的单位为：
g/cm3或kg/m3，可见，堆积密度越大的物质颗粒是越大的。
空隙率（ε）：
单位体积中所含空隙体积公式：
Vb：
整体体积
Vp：
单一颗粒的体积
Pp：
物料单体一个颗粒的密度
Pb：
物料堆积密度
E=空隙体积/整体体积
范例：
砂的粒子密度为2.6×10３Kg/m３，但2.6×10３Kg的砂堆积后的
体积为2.0m３，求空隙度？
解：
粉尘湿润性
粉尘粒子被水（或其它液体）湿润的难易程度称为粉尘湿润性。
有的粉尘（如锅炉飞灰、石英砂等）容易被水湿润，与水接触后会发生凝并、增重，有利于粉尘从气流中分离，这种粉尘称为亲水性粉尘。
有的粉尘（如炭黑、石墨等）很难被水湿润，这种粉尘称为憎水性粉尘。
粉尘的湿润性是选择除尘器的主要依据之一。
例如，用湿式除尘器处理憎水性粉尘，除尘效率不高。
如果在水中加入某些湿润剂（如皂角素、平夕加等），可减少固液之间的表面张力，提高粉尘的湿润性，从而达到提高除尘效率的目的。
粉尘粘附性
粉尘之间或粉尘与固体表面（如器壁、管壁等）之间的粘附性质称为粉尘粘附性。
粉尘相互间的凝并与粉尘在固体表面上的堆积都与粉尘的粘附性相关，前者会使尘粒增大，在各种除尘器中都有助于粉尘的捕集；后者易使粉尘设备或管道发生故障和堵塞。
粉尘的含水率、形状、分散度等对它的粘附性均有影响。
粉尘磨擦性
粉尘在流动过程中对器壁（或管壁）的磨损程度称为粉尘磨擦性。
硬度高、密度大，带有棱角的粉尘磨损性大。
粉尘的磨损性与气流速度的2一3次方成正比。
在除尘技术中，为了减轻粉尘的磨损，需要适当地选取除尘管道中的流速和壁厚。
对磨损性大的粉尘，最好在易于磨损的部位，如管道的弯头、旋风除尘器的内壁等处采用耐磨材料作内衬。
内衬除采用一般的耐磨涂料外，还可以采用铸石、铸铁等材料。
粉尘爆炸性
在一定的浓度和温度（或火焰、火花、放电、碰撞、磨擦等作用）下会发生爆炸的粉尘称为爆炸危险性粉尘。
爆炸危险性粉尘（如泥煤、松香、铝粉、亚麻等）在空气中的浓度只有在达到某一范围内才会发生爆炸，这个爆炸范围的最低浓度叫做爆炸下限，最高浓度叫做爆炸上限。
粉尘的粒径越小，比表面积越大，粉尘和空气的湿度越小，爆炸危险性越大。
对于有爆炸危险的粉尘，在进行通风除尘系统设计时必须给予充分注意，采取必要的防爆措施。
例如，对使用袋式除尘器的通风除尘系统可采取控制除尘器入口含尘浓度，在系统中加入隋性气体（仅用于爆炸危险性很大的粉尘）或不燃性粉料，在袋式除尘器前设置预除尘器和冷却管，消除滤袋静电等措施来防止粉尘爆炸。
防爆门（膜）虽然不能防止爆炸，但可控制爆炸范围和减少爆炸次数，在万一发生爆炸时能及时地泄压，可防止或减轻设备的破坏，降低事故造成的损失。
PTA粉尘与空气形成爆炸性混合物，爆炸极限.0.05g/L～12.5g/L
粉尘荷电性
粉尘在其生产和运动过程中，由于相互碰撞、磨擦、放射线照射、电晕放电及接触带电体等原因而带有一定电荷的性质，称为粉尘荷电性。
粉尘荷电后其某些物理性质会发生变化，如凝聚性、附着性及其在气体中的稳定性等，同时对人体的危害也将增强。
粉尘的荷电量随温度的升高、比表面积的加大及含水率的减小而增大。
此外，荷电量还与粉尘的化学成份等有关。
电除尘器就是利用粉尘能荷电的特性进行工作的。
粉尘比电阻
面积为lcm2、厚度为lcm的粉尘层所具有的电阻值称为粉尘比电阻。
其单位为Ω·cm。
粉尘比电阻对电除尘器的工作有很大影响，最有利的电捕集范围为104一5×1010Ω·cm。
当粉尘比电阻不利于电除尘器捞尘时，需要采取措施来调节粉尘比电阻值，使其处于适合于电捕集的范围。
在工业中经常遇到高于5×1010Ω·cm的所谓高比电阻粉尘，为了扩大电除尘器的使用范围，可采取喷雾增湿、调节烟气温度和在烟气中加入导电添加剂（如三氧化硫、氨）等措施来降低粉尘比电阻。
在强电场中空气分子被电离为正离子和电子，电子奔向正极过程中遇到尘粒，使尘粒带负电吸附到正极被收集。
粉尘凝并阻
微细尘粒通过不同的途径互相接触而结合成较大的颗粒称为尘粒凝并。
尘粒凝并也称尘粒凝聚，在除尘技术中具有重要意义。
因为凝并可使微细尘粒增大，使之易于被除尘器捕集，同时可以大大节省能量。
电除尘器是火力发电厂必备的配套设备，它的功能是将燃煤或燃油锅炉排放烟气中的颗粒烟尘加以清除，从而大幅度降低排入大气层中的烟尘量，这是改善环境污染，提高空气质量的重要环保设备。
它的工作原理是烟气通过电除尘器主体结构前的烟道时，使其烟尘带正电荷，然后烟气进入设置多层阴极板的电除尘器通道。
由于带正电荷烟尘与阴极电板的相互吸附作用，使烟气中的颗粒烟尘吸附在阴极上，定时打击阴极板，使具有一定厚度的烟尘在自重和振动的双重作用下跌落在电除尘器结构下方的灰斗中，从而达到清除烟气中的烟尘的目的。
煤粉的几项特性：
a、煤粉的爆炸极限
烟煤爆炸下限浓度：
110~335g/m3，爆炸上限浓度：
1500g/m3。
无烟煤爆炸下限浓度：
45~55g/m3，爆炸上限浓度：
1500~2000g/m3。
b、煤粉可燃爆的粒度：
上限为0.5~0.8mm，粒经小于75μm更易于燃爆。
c、煤粉的着火温度：
500~530℃，自燃温度：
140~350℃。
d、煤的挥发份
无烟煤挥发份≤10%，无爆炸危险。
烟煤挥发份＞10%，有爆炸危险，百分比愈大，爆炸性愈大。
2、煤粉只要具备如下三要素，才可能进行燃烧和爆炸，缺一不可：
a、有可燃物质一煤粉（可燃物）；b、有氧气（助燃物）；c、有点燃源（着火源）
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