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 。 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l 、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 。 1-11 若以Q 表示颗粒的平面或立体的参数，d 为粒径，则形状系数Φ定义为n d Q =

Φ 若以S 表示颗粒的表面积，d 为粒径，则颗粒的表面积形状系数形状系数Φs 定义为2d S

s =Φ ;

对于球形颗粒，Φs=π；对于立方体颗粒，Φs= 6 。若以V 表示颗粒的体积，d 为粒径，

则颗粒的体积形状系数Φv 定义为Φv = 3d V 对于球形颗粒，Φv= 6π ；对于立方体颗

粒，Φv= 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Φsv 表示：Φsv=V S ΦΦ , 对于球形颗粒和立方体颗粒，Φsv= 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ρB =(1-式中ρp—— 颗粒密度 ；ε—— 空隙率 。

1-14 ε指空隙体积占粉体填充体积的比率 -φ=1-(ρB/ρp) 式中 φ—— 填充率 1-15 Gaudin-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：

①三轴平均径 31h b ++ ， ②三轴调和平均径

h b 11113

++ ③三轴几何平均径 h b 21 。

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 ）

1-32 Carman 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 )

A ≤1;

B ≥1;

C ＝1

1-34 实用球形度Ψw= 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 ——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 ——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 、均匀性指数

D 、时间指数

1-36.粉磨产品的颗粒分布有一定的规律性,可用RRB 公式表示R=100exp[-(Dp/De)n]其中De 为： （ B ） 。

A.均匀系数

B.特征粒径

C.平均粒径

1-37. 粉磨产品的比表面积可用S=(36.8×104)/( Dp nρp)计算，式中n 表示 （ C ）

A. 均匀性系数

B. 特征粒径

C. 比例系数

1-38.部分分离效率为50%时所对应的粒度，叫做 ( D ) 。

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ε=0.4的状态堆积时，其容积密度ρV= （ B ） 公式ρB = V B (1-ε)ρP /V B 。

A 、800

B 、1200

C 、3333.3

D 、5000

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 ) 。

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。ρr=g(r)dr/4πr2dr=g(r)/4πr2（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25℃，一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—— 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 升力 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 10-5～10cm 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Re p 范围分别是10-4

2-8 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 。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=Uf

B. U0 ＞Uf

C. U0＜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ρB 指单位填充体积的粉体质量，亦称视密度。ρB =填充粉体的质量/粉体填充体积=V B (1-ε)ρP /V B ，式中V B ——粉体填充体积积；ρp ——颗粒密度；ε——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，设在流动体系中.颗粒的体积、质量和密度分别为Vp 、Mp 和ρp,流体的体积、质量和密度分别为Vf 、Mf 和ρf ，两相流的总体积、总质量和密度分别Vm 、Mm 和ρm 分别以ρpj 和ρfj 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直接摩擦，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 .ε—空隙率； n —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f w 加以修正。式中 dp —颗粒直径。Ｄ—容器直径。 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

00t n u u ε=1()p

n

d f D ω=- p f pj fj m m M M V V ρρ==

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ρ；流体的粘度μ；流体的流速； (2)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 。

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，流动情况属于层流状态，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ρ↓时，u0↑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ρ→ ρpa 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=1.85×10-5.

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 复核: =2×10-6×3.412×10-4×1.29/(1.85×10-5)=4.38×10-5<2,

t z =h/uz=40/(3.412×10-4)=1.172×105s s x =uf* tz=4.5×1.172/60=8.79×103m

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—不合格成分的残留率 。

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 降低 。

a pa pa gd u ρζρρ3)(40-=n pa p

b pb pa d d K )(ρρρρ--==μρρ18)(20g d u p p -=μρu d R p ep =2'''e f d p u K L

μ?=?'2'2f e u L p d ρλ?=??

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ηN 、K 相同时，d 50 越小 ，分级效果越好；当ηN 、d 50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。

由公式 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。

234()p p Rctg d αζρρρ=-

3-14分析影响物料筛分的因素

答:2.1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)

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。

()100%()Gc c a b Fa a c b η-=?=-