粉体工程作业答案.docx
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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。
粉体物料是由无数颗粒构成的，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十毫米区间。
1-5如果构成粉体的所有颗粒，其大小和形状都是一样的，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。
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。
1-6“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。
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，颗粒越细—。
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I、宽度b、高度h定义的粒度平均值称为三轴平均径，适用于必须强调
长形颗粒存在的情况。
1-9沿一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。
沿一定方向将颗粒投影面积等分的线段长度称为马丁直径。
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投影圆当量径（亦称heywood径。
粒，①V=1。
1-12比表面积形状系数定义为表面积形状系数与体积形状系数之比，用符号①Sv表示:
φ∕φ
①SV=sV,对于球形颗粒和立方体颗粒，①SV=6。
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形状系数。
用符号Ψc
表示。
1-13容积密度PB=（1-朴卩卩式中PP——颗粒密度;ε――空隙率。
1-14指空隙体积占粉体填充体积的比率-φ=-（PB/PP）式中φ——填充率
1-15GaUdin-Schuhmann（高登-舒兹曼）方程
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=1/3时最密填充。
1-16潮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_堆
积率下降。
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
丄；粒度越小，由于粒间的团聚作用，空隙率越大,当粒度超过某一定值时，粒度大小对颗粒体堆积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堆积。
1-19.单颗粒粒径表示方法有球当量径和圆当量径。
写出下列三轴平均径的计算式：
1bh111
++
①三轴平均径3，②三轴调和平均径1bh
2
③三轴几何平均径-1bh
1-20.统计平均的测定方法有费雷特径，马丁直径。
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。
1-22.描述和阐明颗粒形状及特征的参数有形状系数，形状指数，球形度。
1-23.粒度分布是表示粉体中不同粒度区间的颗粒含量的情况，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）指与观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形状系数Ψc值越大，意味着该颗粒形状与球形颗粒的偏差越大，也就是说颗粒形状越不规则。
（错）
1-33一般颗粒的Carman形状系数（A≤1;B≥1;C=1
1-34实用球形度ΨW=do/dpo式中
A.do为与颗粒投影面积相等的圆直径；
B.do为与颗粒投影面积相等的圆直径；
C.do为与颗粒等体积的球的表面面积
D.do为与颗粒等体积的球的表面面积
1-35.RRB粒度分布方程中的n是
A、功指数B、旋涡指数
1-36.粉磨产品的颗粒分布有一定的规律性为：
（B）。
A.均匀系数B.特征粒径
1-37.粉磨产品的比表面积可用S=（36.8
A.均匀性系数B.特征粒径
1-38.部分分离效率为50%时所对应的粒度,
A、特征粒径B、中位径
1-39.某粉状物料的真密度为2000Kg∕m3,
度PV=（B）
A、800B、1200
A）
（B）
dpo颗粒的表面面积。
dpo――与颗粒投影面最小外接圆直径。
;；dpo颗粒的表面面积。
;；dpo――与颗粒投影面最小外接圆直径。
（C）。
C、均匀性指数D、时间指数
可用RRB公式表示R=100exp[-（Dp∕De）n]其中De
C.平均粒径
×104）/（DPn计算,p）式中n表示（C）
C.比例系数
叫做（D）。
C、切割粒径D、临界粒径
当该粉料以空隙率ε=0.4勺状态堆积时，其容积密工式ρB=Vb（1-ε）°/|VB。
C、3333.3D、5000
A、角度
B、最小角度
C、最大角度
1-40.休止角是粉体自然堆积时的自由表面在静态状态下与水平面所形成的（C）
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，在容器壁附近形成特殊的排列结构，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∕4πr2dr=g（r）/（3）物料的含水量。
（4）颗粒形状。
一般地说，空隙率随颗粒圆形度的降低而增高，在松散堆积时，有棱角的颗粒空隙率较大，与紧密堆积时正相反。
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。
当粒度超过某一定值时，粒度大小对颗粒体堆积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）物料堆积的填充速度。
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堆积。
1-42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σ轴的夹角φi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△A增大，水化反应面积增加，同时，表面自由焓△G=r△A（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，产生机械力化学效应。
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。
第二，表面层发生晶格畸变，如熟料颗粒的细化，当粒度在9〜20μm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，增强了活性。
第三，通过反复的破碎，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强烈的扰乱，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。
它们在增强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聚力的因素及其影响方向
答：
（1）颗粒粒度：
单颗粒粒度与凝聚力的关系如图3.5所示。
随着粒径的减小凝聚力增大。
（2）颗粒床层空隙率ε：
随着ε的增大，凝聚力减小。
如图3.6所示。
由实验得知，对微细颗粒这种关系更明显。
（3）空气中湿含量：
图3.7是在25C,—个大气压下测定的单颗粒的凝
聚力的实验数据。
在实验测定的粒度范围内，湿含量与凝聚力在一定范围内成正变关系。
即
随着相对湿度的提高，凝聚力也随之增长。
（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，凝聚力有所增加，可能是由于颗粒吸收空气中水分的原因。
1-45简述预防粉尘爆炸的措施及机理
答：
粉尘爆炸必须具备三个条件：
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控制粉尘浓度控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免形成可爆煤粉气混合物的有效方法。
二：
限制氧气量三、排除着火源
第二章颗粒流体力学
2-1颗粒两相流动系统中，颗粒是分散相。
2-2颗粒两相流动系统中，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一一相对速度。
2-3由于流场中压力和速度梯度的存在、颗粒形状不规则、颗粒之间及颗粒与器壁问的相碰
撞等原因，会导致颗粒的旋转,从而产生力效应。
2-4颗粒两相流动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
的传递以及同时进行着的化学反应过程；
2-5颗粒两相流动系统中颗粒的粒径范围为10-5〜IOcm
2-6.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动状态：
层流状态、过渡状态和湍流区状态。
它们
各自对应的ReP范围分别是10-42-8流体透过颗粒床层的两相流动的典型情况可分为固定床、流化床和连续流态化，
这种分类是依据过程中流体速度、颗粒性质及状态、料层高_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—阶段，而后为匀速。
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动的流体中作匀速运动时，其颗粒的相对运动速度
Up=U0—Uf,当B时，颗粒向下沉降（U0――颗粒速度，Uf――流体速度）
A.U0=UfB.U0>UfC.U0VUf
2-11•试用公式比较颗粒真密度、容积密度、颗粒相密度间的区别与联系
答：
真密度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=填充粉体的质量/粉体填充体
积=VB（I-ε）p/Vb，式中VB――粉体填充体积积；P――颗粒密度；ε――隙率。
与填充方式有关。
n—指数，其值在$~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
n――指数，层流时，n=2-25;湍流时，n=1.5.显然，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ΔP与流体及床层的参数有关：
（1）流体方面：
流体的密度
P；流体的粘度μ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ε颗粒形状系数ψ;床层高度L;颗粒表面粗糙度e。
L'Pu'2
AP=λ■——■
de2
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
Uf
2-
答:
（1）
u。
=4gdpa（U
dPaPbn
（2）K（）
d
dPb.pa_.
Pa
Pb
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。
由式
（1）当P时，uθ↑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→PP时，等降系数k↑,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〜
100μm的剩余飞灰。
如果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？
。
紊流作用忽略不计，飞灰的密度为2900kg∕m3。
气体粘
度μ=1.85×15.
解：
假定按斯托克斯公式沉降
dp（Pp-P）g2124
U0PP=22×10-12×（2900-1.29）×9.8/（18×1.85×10-5）=3.412×10-4m∕s
18j
复核：
RP=dPuP=2×10-6×3.412×0-4×.29∕（1.85×-5）=4.38×0-5<2,
tz=h∕uz=40∕（3.41210×）=1.1721×5sSX=Uf*tz=4.51.172/60=8.791×m
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。
3-3循环负荷是指诜粉机回料量T与成品量G之比。
3-4在磨机粉磨能力与选粉机的选粉能力基本平衡的条件下，在一定范围内话当提高循环
负荷可使磨内物料流速加快，增大细磨仓的物料粒度，减少衬垫作用和过粉碎现象，
进一步强化了磨机的粉磨能力，使整套粉磨系统的生产能力提高。
但是若循环负荷过大，会使磨内物料的流速过快，因而粉磨介质来不及充分对物料作用
反而会使水泥颗粒组成过于均匀，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。
出现球料比过小的现象，粉磨效率就会下
L。
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。
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判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判
断。
譬如，当刑、K相同时，d50越小，分级效果越好；当耶、d50相同时，K值越小，
即部分分级效率曲线越越陡峭，分级效果越好。
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。
3-8固体颗粒物料的筛分过程，可以看作两个阶段组成：
（1）筛下级别的颗粒通过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离。
要使这两个阶段能够实现，物料与筛面必须有适
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b。
筛分物料的粒
子设为球形，直径为d。
则球粒通过筛孔的概率为：
p=（D-d）2∕（D+b）2
3-10旋风式选粉机、O—SEPA选粉机构造及工作原理，粉机机理有何不同？
分级界限尺寸与哪些因素有关？
粉体在O—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
旋转的栅栏，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，采取专用风机
外部鼓风；取消内外壳间的细粉沉降区，采取专用旋风分离器外部回收细粉的形式。
O—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。
物料在经过撒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。
d3JRctg2.
由公式P4（订-。
可知，分级界限尺寸（即分离最小粒径）与选粉机的直径、气流速度和叶片的导向角度有关。
分离最小粒径随设备直径和风速的增大而增大，随叶片角度的增
大而变小。
两次。
物料从进料口喂入，
经撒料盘离心撒开，在缓冲板的作用下均匀分散后落入环形分级
区，与经过导流后的分级气流进行料气混合。
在旋转的分级气流作用下，物料中较粗的颗粒被甩向导流叶片，沿分级室下降进入锥形灰斗。
再经过由三次风管进入的三次空气的漂洗，
将混入粗颗粒中或聚集的细粒分出后，粗颗粒经翻转阀排出。
粒径较小的细颗粒随气流进入
涡轮分级区，在强制涡流场中再次被分级。
较粗的颗粒被甩出，回到环形分级区，合格的细颗粒则随气流一起通过涡轮中部，由细粉出口排出。
3-11圈流粉磨中选粉效率和循环负荷如何影响粉磨产量？
答：
在圈流粉磨操作中，在磨机粉磨能力与选粉机的选粉能力基本平衡的条件下，在一定范
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，减少衬垫作用和过
粉碎现象，进一步强化了磨机的粉磨能力，使整套粉磨系统的生产能力提高。
但是若循环负
荷过大，会使磨内物料的流速过快，因而粉磨介质来不及充分对物料作用反而会使颗粒组成
过于均匀，以致产品强度下降。
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。
出现球料比过小的现象，粉磨效率就会下降。
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。
3-14分析影响物料筛分的因素
答21物料物理性质的影响
（1）物料的粒度分布
（2）物料的湿度（3）物料含泥量
2.2筛面运动性质及其结构参数的影响
（1）筛面运动特性图8.13筛面长度对筛分过程的影
响
（2）有效筛面面积（3）筛面长度（4）筛孔大小
2.3操作条件的影响
（1）加料均匀性
（2）料层厚度（3）筛面倾角
3-15选粉效率与循环负荷如何计算？
选粉效率是否越高越好？
L=T∕G=（c-a）∕（a-b）=GC血％』…）
Faa（c-b）
要提高η须增加c,减小b.如果选粉效率不适当地提高，而循环负荷却不适当地降低，物料在磨内被磨得相当细之后才能卸出，这时开流粉磨系统所有的垫衬作用和过粉碎现象就严
重起来，导致产量降低。
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