粉體工程作業(yè)答案

第一章粉體基本性質(zhì)1-1粉體是細小顆粒狀物料的集合體。粉體物料是由無數(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。1-4構(gòu)成粉體顆粒的大小，一般在幾個納米到幾十毫米區(qū)間。1-5假如構(gòu)成粉體的所有顆粒，其大小和形狀都是同樣的，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。1-6“目”是一個長度單位，代表在1平方英寸上的標準實驗篩網(wǎng)上篩孔數(shù)量。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，顆粒越細。所謂粒徑，即表達顆粒大小的一因次尺寸。1-8以顆粒的長度l、寬度b、高度h定義的粒度平均值稱為三軸平均徑，合用于必須強調(diào)長形顆粒存在的情況。1-9沿一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。沿一定方向?qū)㈩w粒投影面積等分的線段長度,稱為馬丁直徑。1-10與顆粒同體積的球的直徑稱為等體積球當量徑；與顆粒等表面的球的直徑稱為等表面積球當量徑；與顆粒投影面積相等的圓的直徑稱為投影圓當量徑(亦稱heywood徑。1-11若以Q表達顆粒的平面或立體的參數(shù)，d為粒徑，則形狀系數(shù)Φ定義為;若以S表達顆粒的表面積，d為粒徑，則顆粒的表面積形狀系數(shù)形狀系數(shù)Φs定義為;對于球形顆粒，Φs=；對于立方體顆粒，Φs=6。若以V表達顆粒的體積，d為粒徑，則顆粒的體積形狀系數(shù)Φv定義為Φv=對于球形顆粒，Φv=；對于立方體顆粒，Φv=1。1-12比表面積形狀系數(shù)定義為表面積形狀系數(shù)與體積形狀系數(shù)之比，用符號Φsv表達：Φsv=,對于球形顆粒和立方體顆粒，Φsv=6。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形狀系數(shù)。用符號Ψc表達。1-13容積密度ρB=(1-ε)ρP式中ρp——顆粒密度；ε——空隙率。1-14ε指空隙體積占粉體填充體積的比率ε=1-φ=1-(ρB/ρp)式中φ——填充率1-15Gaudin-Schuhmann(高登-舒茲曼)方程U(Dp)=100(Dp/Dpmax)q式中，U(Dp)為累計篩下百分數(shù)(%)，Dpmax為最大粒徑，q為Fuller指數(shù)。q=1/2時為疏填充，q=1/3時最密填充。1-16潮濕物料由于顆粒表面吸附水，顆粒間形成所謂液橋力，而導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)，致使整個物料堆積率下降。1-17一般地說，空隙率隨顆粒圓形度的減少而增高，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，當粒度超過某一定值時，粒度大小對顆粒體堆積率的影響已不復存在，此值為臨界值。1-18對粗顆粒，較高的填充速度會導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粉，減少供料速度可得到松散的堆積。1-19.單顆粒粒徑表達方法有球當量徑和圓當量徑。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。1-20.記錄平均的測定方法有費雷特徑，馬丁直徑。1-21.粒度分布的表達方式有粒度的頻率分布和粒度的累積分布；粒度分布的表達形式有粒度表格粒度列表法和粒度圖解法。1-22.描述和闡明顆粒形狀及特性的參數(shù)有形狀系數(shù)，形狀指數(shù)，球形度。1-23.粒度分布是表達粉體中不同粒度區(qū)間的顆粒含量的情況，在直角坐標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)指與觀測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形狀系數(shù)Ψc值越大,意味著該顆粒形狀與球形顆粒的偏差越大，也就是說顆粒形狀越不規(guī)則。(錯)1-33一般顆粒的Carman形狀系數(shù)(A)A≤1;B≥1;C＝11-34實用球形度Ψw=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——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——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、均勻性指數(shù)D、時間指數(shù)1-36.粉磨產(chǎn)品的顆粒分布有一定的規(guī)律性,可用RRB公式表達R=100exp[-(Dp/De)n]其中De為：（B）。A.均勻系數(shù)B.特性粒徑C.平均粒徑1-37.

粉磨產(chǎn)品的比表面積可用S=(36.8×104)/(Dpnρp)計算，式中n表達（C）A.均勻性系數(shù)B.特性粒徑C.比例系數(shù)1-38.部分分離效率為50%時所相應的粒度，叫做(D)。A、特性粒徑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2023Kg/m3，當該粉料以空隙率ε=0.4的狀態(tài)堆積時，其容積密度ρV=（B）公式ρB=VB(1-ε)ρP/VB。A、800B、1200C、3333.3D、50001-40.休止角是粉體自然堆積時的自由表面在靜態(tài)狀態(tài)下與水平面所形成的(C)。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重要因素答：（1）壁效應。當顆粒填充容器時，在容器壁附近形成特殊的排列結(jié)構(gòu)，這就稱為壁效應。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)。ρr=g(r)dr/4πr2dr=g(r)/4πr2（3）物料的含水量。（4）顆粒形狀。一般地說，空隙率隨顆粒圓形度的減少而增高，在松散堆積時，有棱角的顆?？障堵瘦^大，與緊密堆積時正相反。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。當粒度超過某一定值時，粒度大小對顆粒體堆積率的影響已不復存在，此值為臨界值。通常在細粒體系中，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）物料堆積的填充速度。對粗顆粒，較高的填充速度會導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粉，減少供料速度可得到松散的堆積。1-42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線，。這條破壞包絡線與σ軸的夾角φi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成規(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△A增大，水化反映面積增長，同時，表面自由焓△G＝r△A（r為熟料顆粒表面自由能）增長，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)生機械力化學效應。重要表現(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、尖角處不飽和限度高的質(zhì)點數(shù)亦增多，從而大大提高了物料的活性。第二，表面層發(fā)生晶格畸變，如熟料顆粒的細化，當粒度在9～20μm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，增強了活性。第三，通過反復的破碎，隨著粒子的不斷微細化，表面結(jié)構(gòu)的有序限度則受到越來越強烈的擾亂，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顆粒表面的性質(zhì)大大不同于粗顆粒，在連續(xù)的粉碎中，顆粒表面的活性點不斷增多，處在亞穩(wěn)高能活性狀態(tài)。它們在增強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聚力的因素及其影響方向答：(1)顆粒粒度：單顆粒粒度與凝聚力的關系如圖3.5所示。隨著粒徑的減小凝聚力增大。(2)顆粒床層空隙率ε：隨著ε的增大，凝聚力減小。如圖3.6所示。由實驗得知，對微細顆粒這種關系更明顯。(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聚力的實驗數(shù)據(jù)。在實驗測定的粒度范圍內(nèi)，濕含量與凝聚力在一定范圍內(nèi)成正變關系。即隨著相對濕度的提高，凝聚力也隨之增長。(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，凝聚力有所增長，也許是由于顆粒吸取空氣中水分的因素。

1-45簡述防止粉塵爆炸的措施及機理答：粉塵爆炸必須具有三個條件：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控制粉塵濃度控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)過程的惰化解決它是避免形成可爆煤粉氣混合物的有效方法。二：限制氧氣量三、排除著火源第二章顆粒流體力學2-1顆粒兩相流動系統(tǒng)中，顆粒是分散相。2-2顆粒兩相流動系統(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。2-3由于流場中壓力和速度梯度的存在、顆粒形狀不規(guī)則、顆粒之間及顆粒與器壁問的相碰撞等因素，會導致顆粒的旋轉(zhuǎn)，從而產(chǎn)生升力效應。2-4顆粒兩相流動系統(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)量的傳遞以及同時進行著的化學反映過程；2-5顆粒兩相流動系統(tǒng)中顆粒的粒徑范圍為10-5～10cm2-6．顆粒在靜流體內(nèi)自由沉降時，不僅受到重力并且還受到浮力的作用。2-7．顆粒在流體中相對運動時的流動狀態(tài)：層流狀態(tài)、過渡狀態(tài)和湍流區(qū)狀態(tài)。它們各自相應的Rep范圍分別是10-4<Rep<1,1<Rep<500,500<Rep<2x105。2-8流體透過顆粒床層的兩相流動的典型情況可分為固定床、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)及狀態(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。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動的流體中作勻速運動時，其顆粒的相對運動速度Up=U0－Uf，當B時，顆粒向下沉降（U0——顆粒速度,Uf——流體速度）A.U0=UfB.U0＞UfC.U0＜Uf2-11.試用公式比較顆粒真密度、容積密度、顆粒相密度間的區(qū)別與聯(lián)系答：真密度ρ=m/v,表達單位體積物的質(zhì)量。是組成顆粒的物質(zhì)特有的，與顆粒大小、填充無關。容積密度ρB指單位填充體積的粉體質(zhì)量，亦稱視密度。ρB=填充粉體的質(zhì)量/粉體填充體積=VB(1-ε)ρP/VB，式中VB——粉體填充體積積；ρp——顆粒密度；ε——空隙率。與填充方式有關。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，設在流動體系中.顆粒的體積、質(zhì)量和密度分別為Vp、Mp和ρp,流體的體積、質(zhì)量和密度分別為Vf、Mf和ρf，兩相流的總體積、總質(zhì)量和密度分別Vm、Mm和ρm分別以ρpj和ρfj表達之。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，各個顆粒不僅會受到其它顆粒直接摩擦，碰撞的影響，并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.ε—空隙率；n—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，沉降速度可乘以壁效應因子fw加以修正。式中dp—顆粒直徑。Ｄ—容器直徑。n――指數(shù)，層流時，n=2-25；湍流時，n=1.5.顯然，當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ΔＰ與流體及床層的參數(shù)有關：（１）流體方面：流體的密度ρ；流體的粘度μ；流體的流速；(2)床層方面：床層直徑Ｄ；顆粒直徑dp；床層的有效空隙率ε；顆粒形狀系數(shù)ψ；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，故雷諾準數(shù)較低，流動情況屬于層流狀態(tài)，床層流速與壓強降之間成直線關系。受孔道的摩擦系數(shù),孔道的摩擦系數(shù),床層孔道的當量直徑,流體密度限制.2-13.分選操作和分級操作各應選何種密度的流體？試用相應公式說明。答：（1）（2）由式（1）當ρ↓時，u0↑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)進行離析。故等降系數(shù):如（2）式所示，當ρ→ρpa時,等降系數(shù)k↑，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行分選。2-15.從旋風器中排出的廢氣進入風速為4.5m/min的大氣中，廢氣中還具有粒度為2～100μm的剩余飛灰。假如旋風器位于高出地面40m的高度上，訪計算由該處飛灰順風而下，沒有飛灰沉降的最小距離是多少？。紊流作用忽略不計，飛灰的密度為2900kg/m3。氣體粘度μ=1.85×10-5.解:假定按斯托克斯公式沉降=22×10-12×(2900-1.29)×9.8/(18×1.85×10-5)=3.412×10-4m/s復核:=2×10-6×3.412×10-4×1.29/(1.85×10-5)=4.38×10-5<2,tz=h/uz=40/(3.412×10-4)=1.172×105ssx=uf*tz=4.5×1.172/60=8.79×103m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—不合格成分的殘留率。3-3循環(huán)負荷是指選粉機回料量T與成品量G之比。3-4在磨機粉磨能力與選粉機的選粉能力基本平衡的條件下，在一定范圍內(nèi)適當提高循環(huán)負荷可使磨內(nèi)物料流速加快，增大細磨倉的物料粒度，減少襯墊作用和過粉碎現(xiàn)象，進一步強化了磨機的粉磨能力，使整套粉磨系統(tǒng)的生產(chǎn)能力提高。但是若循環(huán)負荷過大，會使磨內(nèi)物料的流速過快，因而粉磨介質(zhì)來不及充足對物料作用反而會使水泥顆粒組成過于均勻，致使產(chǎn)品強度下降。當循環(huán)負荷太大時，選粉效率會減少過多，甚至會使磨內(nèi)料層過厚。出現(xiàn)球料比過小的現(xiàn)象，粉磨效率就會下降。結(jié)果使磨機產(chǎn)量增長不多，而電耗由于循環(huán)負荷增長而增長，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)負荷的增長而減少。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判斷分級設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判斷。譬如，當ηN、K相同時，d50越小，分級效果越好；當ηN、d50相同時，K值越小，即部分分級效率曲線越越陡峭，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：(1)篩下級別的顆粒通過過篩上級別顆粒所組成的物料層到達篩面上；(2)篩下級別的顆粒透過篩孔而分離。要使這兩個階段可以實現(xiàn)，物料與篩面必須有適當?shù)倪\動特性，一方面使篩面上的物料呈松散狀態(tài)狀態(tài)，有助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，進而透過篩孔；另一方面使堵在篩孔上的顆粒脫離篩面，進入物料層上部，讓出細粒透過的通道。3-9假設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b。篩分物料的粒子設為球形，直徑為d。則球粒通過篩孔的概率為：p=(D-d)2/(D+b)23-10旋風式選粉機、O－SEPA選粉機構(gòu)造及工作原理,粉機機理有何不同?分級界線尺寸與哪些因素有關?粉體在O－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)部依靠大風葉旋轉(zhuǎn)產(chǎn)生的循環(huán)氣流，形成一道旋轉(zhuǎn)的柵欄，使較粗的顆粒下沉。離心式選粉機的大風葉由于同含塵氣流相接觸使磨損較大，風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)時總會帶有部分細粉，減少選粉效率。旋風式選粉機由離心式選粉機改善，設計了一種外部循環(huán)氣流。取消大風葉，采用專用風機外部鼓風；取消內(nèi)外殼間的細粉沉降區(qū)，采用專用旋風分離器外部回收細粉的形式。O—Sepa選粉機在分級原理上，與前兩代選粉機相比有較大的改善，其分級氣流僅在水平面內(nèi)旋轉(zhuǎn)，并且氣流平穩(wěn)。物料在通過撒料盤和緩沖板充足分散之后垂直下落，從上而下通過整個分級區(qū)，可受到多次分級的作用。由公式可知，分級界線尺寸(即分離最小粒徑)與選粉機的直徑、氣流速度和葉片的導向角度有