粉体工程作业答案

第一章粉体基本性质

1-1粉体是细小颗粒状物料的集合体。粉体物料是由多数颗粒构成的，

颗粒是粉体物料的最小单元。

1-2工程上常把在常态下以较细的粉粒状态存在的物料，称为粉体。

1-3颗粒的大小、分布、结构、形态和表面形态等因素,是粉体其他性

能的基础。

1-4构成粉体颗粒的大小，一般在几个纳米到几卜毫米区间。

1-5假如构成粉体的全部颗粒，其大小和形态都是一样的，则称这种粉体

为单分散粉体。大多数粉体都是由参差不齐的各种不同大小的颗粒所组

成，这样的粉体称为多分散粉体。粉体颗粒的大小和在粉体颗粒群中所

占的比例分别称为粉体物料的粒度和粒度分布。

「6"目”是一个长度单位,代表在1平方英寸上的标准试验筛网上筛孔

数量O

1-7粒度是颗粒在空间范围所占大小的线性尺度。粒度越小，颗粒越

组o所谓粒径，即表示颗粒大小的一因次尺寸。

1-8以颗粒的长度1、宽度b、高度h定义的粒度平均值称为三轴平均径,

适用于必需强调长形颗粒存在的状况。

上土沿肯定方向与颗粒投影轮廓两端相切的两平行线间的距离。称为弗雷

特直径0

沿肯定方向将颗粒投影面积等分的线段长度，称为马丁直径O

1-10与颗粒同体积的球的直径称为等体积球当量径;与颗粒等表面的球

的直径称为等表面积球当量径;与颗粒投影面积相等的圆的直径称为包

影圆当量径(亦称heywood径。

1-11若以Q表示颗粒的平面或立体的参数，d为粒径，则形态系数①定

义为二若以S表示颗粒的表面积，d为粒径，则颗粒的表面积形态系数

形态系数①s定义为；木于球形颗粒，①sf对于立方体颗粒，Osz

6o若以V表示颗粒的体积，d为粒径，则颗粒的体积形态系数中v定

V£

义为①V二d'对于球形颗粒，6:6；对于立方体颗粒，中V二

1O

1-12比表面积形态系数定义为表面积形态系数与体积形态系数之

比，用符号①SV表示:①SV二①s/5,对于球形颗粒和立方体颗粒,①SV二

6o

与颗粒等体积的球的表面积与颗粒的实际表面积之比称为Carman形态

系数。用符号甲c表示。

1T3容积密度PB=(1-£)PP式中pp——颗粒密度；£——

空隙率o

1-14£指空隙体积占粉体填充体积的比率8=1-4)=1-(PB/PP)

式中。——填充率

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

式中，U(Dp)为累计筛下百分数(%),Dpmax为最大粒径,q为Fuller

指数。q=1/2时为疏填充,q=l/3时最密填充。

上161朝湿物料由于颗粒表面吸附水，颗粒间形成所谓液桥力，而导致粒间

附着力的增大，形成团粒。由于团粒尺寸较一次粒子大，同时，团粒内部

保持松散的结构，致使整个物料积累率下降。

1-17一般地说，空隙率随颗粒圆形度的降低而增高，表面粗糙度越高

的颗粒，空隙率越大；粒度越小，由于粒间的团聚作用，空隙率越大,

当粒度超过某肯定值时，粒度大小对颗粒体积累率的影响已不复存在，此

值为临界值。

1-18对粗颗粒,较高的填充速度会导致物料有较小的松散密度的松散密

度，但对于如面粉那样具有粘聚力的细粉，降低供料速度可得到松散的积

累。

1T9.单颗粒粒径表示方法有球当量径和圆当量径o写出下列三轴平均

径的计算式：

①三轴平均径——②三轴调和平均径

③三轴几何平均径病O

1-20.统计平均的测定方法有费雷特径,马丁直径0

1-21.粒度分布的表示方式有粒度的频率分布和粒度的累积分布;粒度

分布的表达形式有粒度表格粒度列表法和粒度图解法O

1-22.描述和阐明颗粒形态与特征的参数有形态系数，形态指数，球形

度。

上23.粒度分布是表示粉体中不同粒度区间的颗粒含量的状况，在直角

坐标系中粒度分布曲线分为频率分布曲线和累积分布曲线。

1-24配位数k（n）指与视察颗粒接触的颗粒个数。

1-31“目”是一个长度单位，目数越高长度越小。（错）

1-32Carman形态系数Wc值越大,意味着该颗粒形态与球形颗粒的偏差越

大，也就是说颗粒形态越不规则。（错）

1-33一般颗粒的Carman形态系数（A）

AWl;B21;C=1

1-34好用球形度中\尸do/dpo,式中（B）

A.do为与颗粒投影面积相等的圆直径；dpo——颗粒的表面面积。

B.do为与颗粒投影面积相等的圆直径；dpo一—与颗粒投影面最小外接圆

直径。

C.do为与颗粒等体积的球的表面面积；；dpo——颗粒的表面面积。

D.do为与颗粒等体积的球的表面面积；；dpo一—与颗粒投影面最小外接

圆直径。

1-35.RRB粒度分布方程中的n是（C）。

A、功指数B、旋涡指数C、匀称性指数D、时间指数

『36.粉磨产品的颗粒分布有肯定的规律性，可用RRB公式表示

R=100exp[-（Dp/De）n]其中De为：（B）。

A.匀称系数B.特征粒径C.平均粒径

1-37.粉磨产品的比表面积可用S=（36.8X104）/（DpnPp）计算，式中

n表示（C）

A.匀称性系数B.特征粒径C.比例系数

1-38.部分分别效率为50%时所对应的粒度，叫做（D）o

A、特征粒径B、中位径C、切割粒径D、临界粒径

1-39.某粉状物料的真密度为2000Kg/m3,当该粉料以空隙率£=0.4的状

态积累时，其容积密度PV=（B）公式PB二

VB(l-e)PP/VBo

A、800B、1200C、3333.3D、5000

1-40.休止角是粉体自然积累时的自由表面在静态状态下与水平面所形成

的（C）O

A、角度B、最小角度C、最大角度

1-41简要分析影响颗粒床层空隙率的主要因素

答：（1）壁效应。当颗粒填充容器时，在容器壁旁边形成特别的排列结构,

这就称为壁效应。容器直径和球径之比超过50时，空隙率几乎成为常数,

即37.5%。（2）局部填充结构。Pr=g（r）dr/4nr2dr=g（r）/4nr2（3）物

料的含水量。（4）颗粒形态。一般地说，空隙率随颗粒圆形度的降低而增

高，在松散积累时，有棱隹的颗粒空隙率较大，与紧密积累时正相反。表

面粗糙度越高的颗粒，空隙率越大。（5）粒度大小。对颗粒群而言，粒度

越小，由于粒间的团聚作用，空隙率越大。当粒度超过某肯定值时，粒度

大小对颗粒体积累率的影响已不复存在，此值为临界值,通常在细粒体系

中，粒径大于或小于临界粒径的物料，对颗粒的行为都有举足轻重的作用。

（6）物料积累的填充速度。对粗颗粒，较高的填充速度会导致物料有较

小的松散密度，但对于如面粉那样具有粘聚力的细粉，降低供料速度可得

到松散的积累。

「42简述内摩擦角的测定方法

答：这三个圆称为极限破坏圆，这些圆的共切线称为该粉体的破坏包络

线，。这条破坏包络线与。轴的夹角6i即为该粉体的内摩擦角。内摩擦角

是粉体在外力作用下达到规定的密实状态，在此状态下受强制剪切时所形

成的角

1-43试分析物料经粉碎细化后，具有较高活性的机理

答：（1）随着颗粒的减小，固体微粉的分散度增大，成为具有开放性空隙

和结构的状态，比表面积增大，水化反应面积增加，同时，表面自由

^△G=rAA（r为熟料颗粒表面自由能）增加，其活性提高。

（2）粉碎过程中，颗粒在机械力的作用，随着颗粒的减小，产朝气械力

化学效应。主要表现在：第一，规整的晶面在颗粒体系总表面上所占的比

例减小，键力不饱和的质点数增多，在棱边、尖角处不饱和程度高的质点

数亦增多，从而大大提高了物料的活性。其次，表面层发生晶格畸变，如

熟料颗粒的细化，当粒度在9〜20um时，将从脆性破坏转变成塑性变形,

塑性变形的实质是位错的增值和移动，颗粒在位错中贮存能量，增加了活

性。第三，通过反复的破裂，随着粒子的不断微细化，表面结构的有序程

度则受到越来越剧烈的扰乱，并不断向颗粒内部扩展，最终表面结构趋于

无定形化，在粉磨至无定形化的过程中，内部贮存大量的能量，因而表面

层位能更高，表面活性更强。经机械粉碎后形成的微细颗粒表面的性质大

大不同于粗颗粒，在持续的粉碎中，颗粒表面的活性点不断增多，处于亚

稳高能活性状态。它们在增加表面活性方面有着重要作用，粒度越小越突

出。

1-44简要分析影响粉粒体颗粒床层的凝合力的因素与其影响方向

答：（1）颗粒粒度：单颗粒粒度与凝合力的关系如图3.5所示。随着粒径

的减小凝合力增大。（2）颗粒床层空隙率£：随着£的增大，凝合力减小。

如图3.6所示。由试验得知，对微细颗粒这种关系更明显。（3）空气中湿

含量：图3.7是在25℃,一个大气压下测定的单颗粒的凝合力的试验数据。

在试验测定的粒度范围内，湿含量与凝合力在肯定范围内成正变关系。即

随着相对湿度的提高，凝合力也随之增长。（4）存放时间：通常存放在空

气或其它气体中颗粒随着时间的延长，凝合力有所增加，可能是由于颗粒

汲取空气中水分的缘由。

1-45简述预防粉尘爆炸的措施与机理

答：粉尘爆炸必需具备三个条件：尘云、空气、着火源，若缺少了其中任

一条件，就不能发生爆炸。

一：防止可爆炸粉尘云形成。a限制粉尘浓度限制粉尘浓度非爆炸范

围内，也就是使粉尘浓度低于爆炸下限或高于爆炸上限。b生产过程的惰

化处理它是避开形成可爆煤粉气混合物的有效方法。二：限制氧气量

三、解除着火源

其次章颗粒流体力学

2-1颗粒两相流淌系统中，颗粒是分散相。

纹颗粒两相流淌系统中，系统中至少存在着一种力场，由于固体颗粒

与液体介质的运动惯性不同，因而颗粒与液体介质存在着运动速度的差异

---相对速度O

2-3由于流场中压力和速度梯度的存在、颗粒形态不规则、颗粒之间与颗

粒与器壁问的相碰撞等缘由，会导致颗粒的旋转，从而产生升力

效应。

4颗粒两相流淌系统中系统中除了颗粒与流体的运动外，往往还存在着

能量与质量的传递以与同时进行着的化学反应过程:

2-5颗粒两相流淌系统中颗粒的粒径范围为10-5〜10cm

226.颗粒在静流体内自由沉降时，不仅受到重力而且还受到浮力的作

用。

2-7.颗粒在流体中相对运动时的流淌状态：层流状态、过渡状态和温

流区状态。它们各自对应的Re。范围分别是IO"<ReP<l,1<ReP<500,500<

ReP<2x10°o

流体透过颗粒床层的两相流淌的典型状况可分为固定床、流化床和

连续流态化，这种分类是依据过程中流体速度、颗粒性质与状态、料

层高度和空隙率来分类的。

2-9.颗粒在静止流体中的沉降起初为加速阶段，而后为匀速o通常

讲的沉降速度为匀速运动速度。

2-10颗粒受重力作用在垂直方向上流淌的流体中作匀速运动时，其颗粒

的相对运动速度UpRO-Uf,当贵时，颗粒向下沉降（U0——颗粒速度，

Uf——流体速度）

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

2-11.试用公式比较颗粒真密度、容积密度、颗粒相密度间的区分与联系

答：真密度p=m/v,表示单位体积物的质量。是组成颗粒的物质特有的，与

颗粒大小、填充无关。

容积密度PB指单位填充体积的粉体质量，亦称视密度。PB二填充粉体

的质量/粉体填充体积二PP/VB,式中VB一一粉体填充体积积;

PP---颗粒密度；£---空隙率。与填充方式有关。

在两相流中，既有固体颗粒，又有流体介质，单位体积的两相流中所含固

体颗粒和流体介质的质量分别称为颗粒相和介质相的密度，设在流淌体系

中.颗粒的体积、质量和密度分别为Vp、Mp*1Pp,流隹而祢积、质量和密

度分别为Vf、Mf和Pf,两相流的总体积、总质量和密度分别Vm、Mm和

Pm分别以Ppj和Pfj表示之。

2-16实际颗粒沉降与球形颗粒的自由沉降有何不同，各需用哪些公式修

正？

答：实际颗粒沉降时，各个颗粒不但会受到其它颗粒干脆摩擦，碰撞的影

响，而且还受到其它颗粒通过流体而产生的间接影响，这种沉降称为干扰

沉降，修正气=力,£—空隙率；

n一指数，其值在5~7.6之间，平均值6。

颗粒在有限容器内沉降时，还需考虑容器器壁对颗粒沉降的阻滞作用，考

虑到壁效应，沉降速度可乘以壁效应因子工加以修正。式中dp一颗粒直

径。D一容器直径。

n---指数，层流时，n=2-25；湍流时，n=1.5.明显，当颗粒粒径小于容

器直径的1/5,则误差不大于10%,往往可以不加修正。

2-12.在固定床操作中，流体通过颗粒层时的压强降受哪些因素影响？流

体的速度受哪些限制？答:流体通过固定床的压降AP与流体与床层的参

数有关：（1）流体方面：流体的密度流体的粘度流体的流速；

⑵床层方面：床层直径D；颗粒直径dp；床层的有效空隙率s；颗粒形

态系数力；床层高度L；颗粒表面粗糙度e。

流体通过颗粒床层的流速和孔道的尺寸通常都很小，故雷诺准数较低，流

淌状况属于层流状态，床层流速与压强降之间成直线关系。受孔道的摩擦

系数,孔道的摩擦系数，床层孔道的当量直径,流体密度限制.

2-13.分选操作和分级操作各应选何种密度的流体？试用相应公式说明。

答：

(1)(2)

由式(1)当PI时，uOt故分级操作则要减小密度的影响，宜用密度较

轻的悬浮介质进行离析。

故等降系数:如(2)式所示，当P-ppa时，等降系数kt,即密度较

轻的颗粒均不能与较重颗粒有着同一沉降速度，这样就能使较大粒度范围

内的颗粒都能按密度的不同进行分选。

2-15,从旋风器中排出的废气进入风速为4.5m/min的大气中，废气中还

含有粒度为2-100Hm的剩余飞灰。假如旋风器位于高出地面40m的高度

上，访计算由该处飞灰顺风而下，没有飞灰沉降的最小距离是多少？。紊

流作用忽视不计，飞灰的密度为2900kg/m3。气体粘度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

复核：

=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

第三章粉体分级

3-1分级效率定义为分级操作后获得的某种粒度的质量与分级操

作后获得的某种粒度的质量之比。

3-2牛额分级效率定义为合格成分的收集率一不合格成分的残留

率O

3-3循环负荷是指选粉机回料量T与成品量G之比。

3-4在磨机粉磨实力与选粉机的选粉实力基本平衡的条件下，在肯定范围

内适当提高循环负荷可使磨内物料流速加快,增大细磨仓的物料粒度，

削减衬垫作用和过粉碎现象,进一步强化了磨机的粉磨实力，使整套

粉磨系统的生产实力提高。

但是若循环负荷过大，会使磨内物料的流速过快，因而粉磨介质来不

与充分对物料作用反而会使水泥颗粒组成过于匀称，致使产品强度下

降。当循环负荷太大时,选粉效率会降低过多，甚至会使磨内料

层过厚。出现球料比q的现象，粉磨效率就会一下降。结果使磨

机产量增长不多，而电耗由于循环负荷增长而增加，在经济上不合算。

3-5对于同一台选粉机来说，选粉效率随着循环负荷的增加而____隆

低O

3-6分级精度。定义为部分分级效率为75%和和25%的分级粒径的比

值的比值。

3-7推断分级设备的分级效果需从分级效率、分级粒径、分级精度

几个方面综合推断。譬如，当r)N、K相同时，cL越小，分级效果越

好；当明、%相同时，K值越小，即部分分级效率曲线越一越陡峭，

分级效果越好°假如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。

3-8固体颗粒物料的筛分过程，可以看作两个阶段组成：

(D筛下级别的颗粒通过一过筛上级别颗粒所组成的物料层到达筛面

上；

(2)筛下级别的颗粒透过筛孔而分别。要使这两个阶段能够实现，物

料与筛面必需有适当的运动特性,一方面使筛面上的物料呈松散状态

状态，有利于运动中的物料层产生析离(按粒度分层)，最大的颗粒颗粒

处在最上层，最小的颗粒颗粒位于筛面上,进而透过筛孔；另一方

面使堵在筛孔上的颗粒脱离筛面,进入物料层上部，让出细粒透过的

通道。

3-9假设筛孔为金属丝组成的方形孔，筛孔每边净长为D,筛丝的直径为bo

筛分物料的粒子设为球形，直径为do则球粒通过筛孔的概率为：

p二(D-d)7(D+b)?

上1。旋风式选粉机、0—SEPA选粉机构造与工作原理，粉机机理有何不同？

分级界限尺寸与哪些因素有关?粉体在0—SEPA选粉机内部有几次分级的

机会？

答：离心式选粉机由外壳和内壳套装而成。内部依靠大风叶旋转产生的循

环气流，形成一道旋转的枇栏，使较粗的颗粒下沉。离心式选粉机的大风

叶由于同含尘气流相接触使磨损较大，风叶间隙较大使空气效率较差，依

靠重力很难完全沉降，循环气流返回选粉区时总会带有部分细粉，降低选

粉效率。

旋风式选粉机由离心式选粉机改进，设计了一种外部循环气流。取消大风

叶，实行专用风机外部鼓风；取消内外壳间的细粉沉降区，实行专用旋风

分别器外部回收细粉的形式。

0—Sepa选粉机在分级原理上，与前两代选粉机相比有较大的改进，其分

级气流仅在水平面内旋转，而且气流平稳。物料在经过擞料盘和缓冲板充

分分散之后垂直下落，从上而下通过整个分级区，可受到多次分级的作用。

由