粉体工程复习重点.docx

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粉体工程复习重点

（1）三轴径

利用外接长方体的长、宽、高定义粒子尺寸称三轴径

（2）投影圆当量径

以与颗粒轮廓性质相同的圆的直径表示粒度，与投影面积相等的圆的直径称为投影圆当量径，表示为DH=（4a/π）1、2

（3）球当量径（表面积球当量径、体积球当量径、比表面积球当量径）

（4）粉体粒度分布的频率分布函数物理意义

它表示一系列粒径区间中颗粒的百分含量，即可理解为在粉体样品中，某一粒度大小或某一粒度大小范围内的颗粒在样品中出现的百分含量

（5）粉体粒度分布的累积（筛上或筛下）分布函数物理意义

将颗粒大小的频率分布按一定方式累计，便得到相应的累积分布。

累积筛下：

按粒径从小到大进行累积，一般用“—”表示，表示为小于某一粒径的颗粒数或颗粒质量的百分数

累积筛上：

按粒径从大到小进行累积，一般用“+”表示，表示为大于某一粒径的颗粒数或颗粒质量的百分数

（6）频率分布函数和累积分布函数的关系

（7）正态分布的频率分布函数表达式、曲线特点及其标准偏差

（8）对数正态分布的频率分布函数表达式、曲线特点及其标准偏差

（9）由颗粒群某物理特性的定义函数求颗粒群平均粒径

（10）假设颗粒群粒度频率分布函数符合对数正态分布，求P15页表2-8中各种平均粒径具体表达式（类似作业，强调推导过程）

（13）体积形状系数、表面积形状系数、比表面积形状系数的定义

在表征粉末体性质,具体物理现象和单元过程等函数关系时,把颗粒形状的有关因素概括为一个修正系数加以考虑,该系数即为形状系数

（14）粒径测量方法有哪些？

重点了解筛分法、库尔特计数器、激光粒度仪测量粒度的原理

粒度测试的方法很多，具统计有上百种，目前常用的有沉降法、激光法、筛分法、图像法和电阻法五种

激光衍射法又称小角度激光光散射法，应用了完全的米氏散射理论。

颗粒在激光束的照射下，散射角与颗粒直径成反比，散射光强与角度的增加呈对数规律衰减。

（15）粉体的填充指标（容积密度、填充率、空隙率）及其定义

容积密度的概念：

在一定填充状态下，单位填充体积的粉体质量，也称表现密度,以kg/m3为单位。

公式：

填充率：

在一定填充状态下，颗粒体积占粉体体积的比率。

公式：

空隙率：

空隙体积占粉体填充体积的比率公式：

（16）等径球形颗粒群的规则填充的平面排列形式，等径球形颗粒规则填充的最疏填充方式和最密填充方式

他们可以组合成彼此平行的和相互接触的排列，构成变化无限不同的规则二维球层，常见有正方形形式和等边三角形形式

最疏填充方式：

立方体填充，立方最密填充

（17）什么是粉体填充的壁效应？

随机填充时，在接近固体表面的地方会使随机填充中存在局部有序，紧挨着固体表面的颗粒常常会形成一层与表面形状相同的料层，这种现象称为壁效应

（18）等径球的六方系排列有哪两种基本排列形式？

在空间中分别是怎么排列的？

这两种排列中分别有什么空间形式的空隙？

这些空隙是怎么围成的？

（19）什么是horsfield填充？

（20）同一种物料多组元的颗粒体系中最紧密堆积时各组元的体积分数（作业题）

书上第28页

（21）粉体层中静态液体的四种存在形式？

（22）什么是液体架桥？

颗粒间液体架桥所引起的颗粒间的附着力与哪些因素有关？

液体表面的张力、界面的主要曲率半径R1、R2、两角

（23）T孔隙（三角孔）抽吸压力、R孔隙（四角孔）抽吸压力。

实际粉体填充层孔隙的抽吸压力（作业）

（24）液体在粉体层毛细管中的上升高度与那些因素有关？

表面张力、接触角等

（25）什么是应力莫尔圆？

由莫尔圆求粉体层中某点处任一方位截面上的应力状态，有哪些规律可循？

莫尔圆（应力圆）：

在以正应力和剪应力为坐标轴的平面上，用来表示物体中某一点各不同方位截面上的应力分量之间关系的图线。

莫尔圆总结：

（1）平面应力状态下，由任意已知的两垂直截面上应力状态可获得一个应力莫尔圆；

（2）粉体中任一点处任一方位截面上的应力状态可用莫尔圆上的一点表示。

（3）莫尔圆上任意两点与圆心所成的夹角是这两点所代表的受力面间夹角的2倍。

（26）如何由任意两相互垂直面上已知的应力作用方向确定最大主应力面和最大主应力作用方向？

说明详细步骤

（26）破坏包络线

书上37页

（2）、=tani+C=i+C

（27）粉体受压的极限状态，主动粉体侧压系数、被动粉体侧压系数

（28）什么是粉体的安息角、壁摩擦角、滑动摩擦角？

分别怎么测量？

（思考题）

安息角：

指粉体自然堆积时的自由表面在静止状态下与水平面所形成的最大角度。

常用测量方法有：

排出角法、注入角法、滑动角法以及剪切盒法等多种。

壁摩擦角：

壁摩擦角Φw是指粉体与壁面之间的摩擦角，反应了粉体层与固体壁面的摩擦性质。

指粉体层与固体壁面之间摩擦角。

它的测量方法和剪切试验完全一样。

剪切箱体的下箱用壁面材料代替，再拉它上面装满了粉体的上箱，测量拉力即可求得

滑动摩擦角：

滑动摩擦角Φs是指单个颗粒与壁面之间的摩擦性质。

将载有粉体的平板逐渐慢慢倾斜，当粉体开始滑动时，板面与水平面之间的夹角，一般规定滑落时角度的90%为滑动角。

（29）内摩擦角的意义

内摩擦角的两种测量方法（三轴压缩试验法和直剪法）的具体步骤

粉体在运动时，颗粒内部的结构会发生变化，从而导致相互之间作用也发生变化，通常用运动内摩擦角来表征粉体流动时的摩擦特性

在测量静摩擦角的直剪法中，随着剪切盒的移动，剪切力逐渐增加，当剪切力达到几乎不变时的状态即所谓的动摩擦状态，这时所测得的摩擦角即认为动内摩擦角

三轴压缩试验：

采用此装置作散粒物料如谷粒的剪切试验时，将预先压实的谷粒控封闭在橡胶薄膜中，并放进压缩室。

压缩室内逐渐升压到预定的压力‘“轴向裁荷通过万能试验机或其它加裁装置施加到谷粒柱上。

这样，谷粒柱在径向受到空气压力σ3 的压缩，在铀向受压缩空气压力和轴向载荷的共同作用，破坏时的σ1 值可通过记录仪测得。

重复以上程序，即可得到不同的σ3 值时谷粒拄破坏的主应力σ1 值，从而得出了散粒物料在一定压实状态下的莫尔包络线。

直接剪切试验可在图所示的剪切仪上进行。

剪切仪由剪切槽、加载装置和记录仪三个基本部分组成。

剪切槽包括底座、剪切环和顶盖。

法向压力利用垂直作用的压实裁荷，剪切作用力通过电或机械传动装置施加于剪切环。

传动装置上装有力传感器或测力计，用于测量作用在底座和剪切环间接触平面内的剪应力。

（30）直筒型简仓和圆锥形料斗中粉体压力分布特点。

粉体压力与液体压力的区别

（31）粉体的两种重力流动模式及其优缺点

漏斗流：

平底或带料斗的料仓中，由于料斗的斜度太小或斗壁太粗糙，颗粒料难以沿斗壁滑动，颗粒料是通过不流动料堆中的通道到达出口的。

这种通道常常是圆锥形的，下部的直径近似等于出口有效面积的最大直径。

特点：

（1）先入后出；

（2）引起偏析、突然涌动、物料容重发生变化，会造成因贮存而结块等后果，但对那些不会结块或不会变质的物料，且卸料口足够大，可防止搭桥或穿孔的许多场合，漏斗流料仓可以满足要求；

（3）是局部流动，减少了料仓的有效容积，易发生塌落、结拱等不稳定流动，操作控制较难。

整体流:

带有相当陡峭而光滑的料斗筒仓内，物料从出口的全面积上卸出的模式。

整体流中，流动通道与料仓壁或料斗壁是一致的，全部物料都处于运动状态，并贴着垂直部分的仓壁或收缩的料斗壁滑动。

特点：

（1）符合“先进先出”的运动特点，减少贮存期物料的结块、变质、偏析等问题，而且不同批次、高度的物料层基本无交叉；

（2）减少不稳定流动，使粉体的密度基本保持恒定，有利于计量

（32）屈服轨迹及其测量方法

作业题

（33）开放屈服强度及其测量方法

一个筒壁无摩擦的的圆柱形圆筒内，以一定的密实最大主应力1作用粉体下压实，然后取去圆筒，在不加任何侧向支承的情况下，若被密实的粉体试样不倒塌，则其具有一定的密实强度，称为开放屈服强度fc。

（33）流动函数的定义意义

松散颗粒粉体的流动取决于由密实而形成的强度

。

即密实主应力和开放屈服强度的比值

（34）流动因数的定义意义

流动函数FF和流动因数的差异：

前者越大，粉体流动性越好；后者越大，粉体流动性越差。

【作业】

（35）流动判据

【作业】

（36）形成整体流的条件

料斗必须足够陡峭，使粉体物料能沿料斗壁流动，而且料斗底部的开口也要足够大以防止形成料拱。

形成整体流的条件为FF>ff

（37）卸料口孔径的设计原则

【书上50页】

（38）什么是粉体偏析？

偏析的机理是什么？

防止偏析的措施有哪些？

v偏析：

是指粉体颗粒在运动、成堆或从料仓中排料时，由于料径、颗粒密度、颗粒形状、表面特性等差异而引起的粉体组成呈现不均质的现象。

偏析的机理：

1、细颗粒的渗漏作用

2、振动

3、颗粒的下落轨迹

4、料堆上的冲撞

5、安息角的影响

防止偏析的措施：

1、活动加料或多头加料

2、多通道卸料

（39）粉体结拱原因、类型、措施

【书上53页】

（40）粉体的物理制备方法有哪些？

化学方法有哪些？

物理法重点了解溅射法，化学方法重点了解液相法中水热法、溶胶凝胶法以及沉淀法的基本原理

粉体的物理制备方法：

1、粉碎发：

a、干式粉碎b、湿式粉碎

2、构筑发：

a、气体冷凝法b、溅射法c、氢电弧等离子体法

粉体的化学制备方法：

1、气相反应法：

a、气相分解法b、气相合成法c、气－固反应法

2、液相反应法：

a、沉淀法b、水热法c、溶胶－凝胶法d、冷冻干燥法e、喷雾法

溅射法制备纳米微粒的原理：

用两块金属板分别作为阳极和阴极，阴极为蒸发用的材料，在两电极间充入Ar气（40~250Pa），两电极间施加的电压范围为0.3~1.5kV。

由于两电极间的辉光放电使Ar离子形成，在电场的作用下Ar离子冲击阴极靶材表面（加热靶材），使靶材原子从其表面蒸发出来形成超微粒子，并在附着面上沉积下来。

用溅射法制备纳米微粒有以下优点：

1、粒子的大小及尺寸分布主要取决于两电极间的电压、电流和气体压力。

靶材的表面积愈大，原子的蒸发速度愈高，超微粒的获得量越多。

2、用溅射法制备纳米微粒有以下优点：

a．可制备多种纳米金属。

包括高熔点和低熔点金

属,而常规的热蒸发法只能适用于低熔点金属；

b．能制备多组元的化合物纳米微粒，如

Al52Ti48，Cu91Mn9，及ZrO2等；

c.通过加大被溅射的阴极表面可提高纳米微粒的获

得量。

（41）粉碎的基本概念：

粉碎比（公称粉碎比、真实粉碎比）、粉碎级数。

（42）被粉碎物料有哪些特性、这些特性对粉碎有哪些影响？

【作业】

（43）粉碎流程的分类。

粉碎方法有哪些？

粉碎的三种破碎模型

粉碎流程的分类：

1、简单的粉碎流程2、带预筛分的粉碎流程3、带检查筛分的粉碎流程4、带预筛分和检查筛分的粉碎流程

粉碎的方法：

1、挤压粉碎2、挤压-剪切粉碎3、冲击粉碎4、研磨、磨削粉碎

粉碎模型：

（43）循环负荷率及其实用公式、选粉效率

循环负荷率：

粗颗粒回料质量与粉碎（磨）产品质量之比。

数学表达式：

K＝L/Q×100%

其中k为回料质量、L为产品质量

选粉效率：

检查筛分或选粉设备分选出的合格物料质量m与进该设备的合格物料总质量M之比称为选粉效率，用字母E表示。

　　　　　E＝m/M×100%

（44）混合粉碎的可能的效果极其原因有哪些？

（有疑问）

硬质物料对软质物料具有“屏蔽”作用，因而使软质物料受到保护，从而使其粉碎速度减缓；反过来，软质物料对硬质物料具有“催化”作用，因而使其粉碎速度加快。

易碎的物料混合粉碎时比其单独粉碎时来得细，难碎物料比其单独粉碎时来得粗是普遍现象。

在以挤压粉碎和磨削粉碎为主要原理的粉碎情形（如辊压磨、振动磨和球磨）时，这种现象更明显。

（45）粉碎功耗定律里体积学说、表面积学说、裂缝学说，这三个学说的内容、表达式、各自的适应范围

体积学说：

表面积学说：

裂缝学说：

根据试验研究证实：

粗碎时新生表面积不多，体积假说较为准确，裂缝假说结果不可靠；细碎时（破碎到10μm以下时）裂缝假说求得的数据过小，此时新生表面积增加，表面能是主要的，面积假说较为准确；在粗碎与细碎之间的广泛范围内，裂缝假说比较适用，因为榜德的经验公式是根据一般破碎设备得出结论，所以在中等破碎比情况下与它大致相符。

（46）简摆式颚式破碎机和复摆式颚式破碎机的结构、工作原理。

为什么复摆式颚式破碎机比简摆式颚式破碎机生产能力大？

颚式破碎机的钳角是什么？

要满足什么要求？

为了达到最高破碎效率，颚式破碎机的转速应满足什么条件？

颚式破碎机的钳角：

颚式破碎机动颚与定颚之间的夹角α称为钳角

（47）反击式破碎机和锤式破碎机的结构及其工作原理有何区别？

锤式破碎机是利用高速回转锤子的打击作用而进行破碎的。

如图所示，工作时，铰接的锤头高速回转，对给入的大块物料进行打击，并使其抛向机体内壁的承击板上，在承击板上物料进一步冲击破碎后，落到下面的蓖条上，粒度合格的产物从篦条缝隙中排出，蓖条上的物料继续被锤头打击、挤压或研磨，直至全部透过篦条为止。

反击式破碎机也是利用冲击作用进行破碎的。

工作时，转子高速旋转，物料由给料口经过筛板与细粒分离后，大块通过链幕后进入破碎腔，受到锤头的冲击，遭到第一次破碎，并以很大的速度抛向反击板再次破碎，然后又从反击板弹回到锤头打击区，继续重复上述过程。

物料在锤头和反击板间的往返途中，也相互碰撞。

物料经多次冲击，就会沿节理面破碎成小块。

当物料粒度小于锤头与反击板间的间隙时，则可进入下一个破碎腔，再经过反复破碎，直至达到合格粒度时，便从机内下部排出。

（48）球磨机的基本结构及其工作原理？

研磨体的三种状态？

球磨机对物料的粉碎方式有哪些？

什么是球磨机的临界转速?

当筒体旋转时带动研磨体旋转，靠离心力和摩擦力的作用，将磨球带到一定高度。

当离心力小于其自身重量时，研磨体下落，冲击下部研体及筒壁，而介于其间的粉料便受到冲击和研磨。

球磨机对粉料的作用可以分成两个部分。

一是研磨体之间和研磨体与筒体之间的研磨作用；二是研磨体下落时的冲击作用。

（48）高能球磨机与普通球磨机的区别是什么？

高能球磨机有哪些基本类型？

•高能球磨的特点：

磨球运动速度较大，使粉末产生塑性形变及固相形变，而传统的球磨工艺只对粉末起混合均匀的作用；球磨过程中还会发生机械能与化学能的转换，致使材料发生结构变化、化学变化及物理化学变化。

动球磨机、行星式球磨机、轴承球磨机、

（49）粉碎平衡及其形成原因

粉碎平衡是指经过一定时间粉碎后，颗粒表面活化（不饱和力场及带电结构单元出现），在较小的引力作用下，颗粒之间产生团聚（比表面积减小），颗粒的粉碎过程与团聚过程方向相反，当两者速度达到相等时，颗粒尺寸达到极限，即粉碎平衡。

（49）什么是机械力化学效应？

机械力化学效应的活化作用有哪些？

粉碎机械力活化作用机理有哪些？

机械力化学效应：

机械力化学效应是通过对物质施加机械力而引起物质发生结构及物理化学性质发生变化的过程

机械力化学效应的活化作用：

1、颗粒细化，颗粒表面积、表面原子数增加

2、颗粒细化表面能增加

3、颗粒细化与粒子缺陷

4、粒子细微化使粒子表面活性点数量增加

5、晶格变形

6、晶型转变

7、粉碎介质影响

8、长链化合物粉碎中的结构变化

机械力活化作用机理：

1、粉碎使颗粒粒度减小，比表面积增大，导致粉体表面自由能增大，活性增加。

粒度减个效应是表面断裂的化学键数量增加。

化学键的断裂导致表面结构弛豫或重构（对离子晶体表面层的阴离子要向外偏移，阳离子则向内偏移。

离子晶体的表面结构与其内部结构不同。

）

2、表面层的晶格畸变储存部分能量，使表面能升高，活化能降低，活性增强。

3、物料在机械力作用下，表面层结构发生破坏，趋向于无定形化，能储存大量能量，使表面层能量更高，活性更强。

4、粉碎中输入机械能较大一部分转变成热能，使粉体物料温度升高，也提高了颗粒的表面活性。

（49）牛顿分级效率的定义式及其物理意义是什么？

合格细颗粒的收集率减去不合格成分的残留率

N=有用成分回收率-无用成分残留率

即N=a-（1-b）=a+b-1

（50）部分分级效率曲线是如何得到的？

分级精度如何定义？

分级精度如何评价分级效果？

将粉体按粒度特性分为若干粒度区间，分别计算出的各区间颗粒的回收率，以ηp表示，如图9.1（a）所示，曲线a、b分别为原始粉体和分级后粗粉部分的频率分布曲线。

设任一粒度区间d和d+Δd之间的原始粉体和粗粉的质量分别为M0和M，则以粒度为横坐标，以M/M0×100%为纵坐标，可绘出如图9.1（b）所示的曲线c,该曲线称为部分分级效率曲线。

分级精度的定义：

部分分离级效率为75%和25%的粒径d75和d25的比值，用字母χ表示。

即χ=d75/d25或χ=d25/d75当粒度分布范围较宽时，分级精度可用χ=d90/d10或χ=d10/d90表示。

对于理想分级，χ=1。

显然，实际分级情形时，χ值越接近于1，其分级精度越高；反之亦然。

分级效果需从上述几个方面综合评价：

1、当ηN，χ相同时，d50越小，分级效果越好；

2、当ηN，d50相同时，χ值越小，即部分分级效率曲线越陡峭，分级效果越好。

3、如果分级产品按粒度分为二级以上，则在考察牛顿分级效率的同时，还应分别考察各级别的分级效率。

（51）摇动筛与振动筛的区别？

振动筛与摇动筛的主要区别：

振动筛的物面振动方向与筛面成一定角度；摇动筛的运动方向基本平行于筛面。

（52）超细分级原理

（53）粗分级机的基本结构及其工作原理、两个主要的分级区及其各自的分级原理

（53）旋风收尘器的基本结构和工作原理

利用含尘气体高速旋转产生的离心力使颗粒与气体分离。

　含尘气体从进气管以较高的速度（12～25m/s）沿外圆筒的切线方向进入直筒并进行旋转运动，在旋转过程中产生较大的离心力。

颗粒的惯性比空气大得多，大部分颗粒在离心力作用下甩向筒壁，失去动能沿壁面滑下与气体分开，经锥体排入贮灰箱内，然后经闸门自动卸出。

外旋流Ⅰ向下旋转到圆锥部分时，随圆锥变小而向中心逐渐靠近，到达锥体下端时开始上升，形成一股自下而上的内旋流Ⅱ，经中心排气管从顶部作为净化气体排出。

（54）电收尘器的基本结构和工作原理

1）工作原理

将平板（或圆管壁）和导线分别接至高压直流电源的正极（阳极）和负极（阴极）。

电收尘器上的正极―沉积极或集尘极，负极―电晕极。

两极间产生不均匀电场。

电压升至一定值时，阴极附近电场强度使气体碰撞电离，形成正、负离子。

电压继续增大时，在阴极周围2～3mm范围发生电晕放电，生成大量离子。

电晕极（负极）附近的阳离子趋向电晕极的路程极短，速度低，碰到粉尘的机会少，因此，绝大部分粉尘与飞翔的阴离子相撞而带负电，飞向集尘极（正极），只有极少量的尘粒沉积于电晕极。

定期振打集尘极及电晕极使积尘掉落，从下部灰斗排出。

粉尘分离过程：

气体电离—粉尘颗粒荷电—捕集—清灰

（56）有哪几种混合过程机理？

（57）混合效果的评价参数有哪些？

他们的值是如何反应混合效果的？

描述混合均匀度的特征数学量：

标准偏差：

S的大小，反映了数据波动幅度的大小，其值越小，均化效果越好

离散度：

离散度越小混合越均匀

均匀度：

均匀度越大混合越均匀

混合指数：

混合指数越接近于1，混合越均匀

混合速度：

268

（58）简述影响混合质量的因素

物料颗粒所具有的形状、粒度及粒度分布、密度、表面性质、休止角、流动性、含水量、粘结性等都会影响混合过程，物料颗粒的粒度、密度、形状、粗糙度、休止角等物理性质的差异将会引起分料，其中以混合料的粒度和密度差影响较大

（58）物料性质会引起混合过程中的偏析，什么是偏析？

根据偏析的机理不同，偏析的类型有哪些？

可以采取哪些措施避免物料性质差异对混合造成的不利影响

偏析：

是指粉体颗粒在运动、成堆或从料仓中排料时，由于料径、颗粒密度、颗粒形状、表面特性等差异而引起的粉体组成呈现不均质的现象。

1、运输中尽量减小振动和落差

2、工厂设计中应尽量缩短输送距离

3、配合料的贮存避免偏析

4、对粒度差和密度差等因素引起的偏析

5、对粒度差较大的配合料的混合过程

6、加入少量水分（4％）：

防止偏析

7、在水中加入某些表面活性剂：

水具有更为良好的湿润性与渗透性

8、提高配料温度（33～35℃）：

使更多水呈自由态

（59）什么是造粒？

什么是干法造粒？

什么是湿法造粒？

干法造粒：

湿法造粒：

加水将粉体粒子表面湿润，使粉体互相粘结，而后过筛干燥形成固体颗粒

（60）湿法造粒基本方法有哪些？

其简单工作原理是什么？

书上276

（61）粉体输送的方法有哪些？

机械输送、气力输送和交通运输

（62）流动空气通过颗粒床层会形成固定床态、流化床态和气力输送态。

什么是固定床？

流化床？

气力输送状态？