粉体工程与设备
粉体工程与设备课程设计
粉体工程与设备课程设计1. 前言在粉体工程领域，粉体设备的设计是非常重要的。
在本次课程设计中，我们将探讨粉体工程的一些基本概念和粉体设备的设计，以及在设计过程中需要考虑的一些因素。
本课程设计旨在为学生提供粉体工程和设备设计的基础知识和技能。
2. 粉体工程的基本概念粉体是指固体的小颗粒，在自然界和人工生产中都有广泛应用。
粉体工程是研究分散相为粉体的多相流动、传热、传质和反应过程以及如何利用粉体进行加工的科学。
在粉体工程中，常用的粉体流的状态包括气固、液固和固固。
3. 粉体设备的设计粉体设备设计包括选用合适的设备规格和设备设计参数，以满足粉体的工艺要求和产品质量。
常见的粉体设备有粉碎设备、混合设备和干燥设备。
3.1 粉碎设备粉碎设备可以将不同规格的粉体破碎成所需的粉体大小。
粉碎设备的选择和优化主要考虑粉体的性质、要求的粉体尺寸、生产能力和工艺要求。
3.2 混合设备在粉体加工过程中，通常需要混合多种不同的原料或者不同颗粒大小的粉体。
混合设备通过将多种原料混合来制备均匀的混合物以达到生产要求。
在混合设备的设计中，常考虑的因素包括混合时间、混合强度和混合后的产品性质。
3.3 干燥设备在粉体生产中，通常需要对湿粉体进行干燥并保证干燥后的粉体质量。
常见的干燥设备包括流化床干燥机、旋转干燥机和吸湿烘箱。
在干燥设备的设计中，需要考虑的因素包括干燥温度和时间、干燥稳定性和粉体的最终湿度等。
4. 粉体设备的选型粉体设备的选型需要综合考虑粉体的性质、工艺要求、经济性和设备先进性等多方面的因素。
在设备选型过程中，常见的方法包括基于经验的和基于模型的两种。
4.1 基于经验的选型基于经验的选型方法主要依靠项目经验和提供给制造商的细节技术规范书来确定设备，这种方法常用于简单工艺和单一的粉体材料。
4.2 基于模型的选型基于模型的选型方法通常通过数值模拟和实验测试数据来确定设备参数，这种方法可以适应复杂工艺和不同粉体物料的需求。
5. 粉体设备的优化设计粉体设备的优化设计主要针对提高生产效率和降低生产成本。
《粉体工程与设备》课程教学大纲
一、基本信息
课程编号：01A32203 课程名称：粉体工程与设备
英文名称： Powder Engineering and Equipments 课程类型: □通识必修课 □通识核心课 □通识选修课 □学科基础课
■专业基础课 □专业必修课 □专业选修课 □实践环节
总学时：72
讲课学时：72
实验学时：0
学 分：4
适用对象：材料科学与工程专业本科生
先修课程：材料力学、机械设计基础、热工基础、流体力学、无机非金属材料科学基础、无机非金属
材料工艺学等理论课程和技术课程
课程负责人：姜奉华
二、课程的性质与作用
《粉体工程与设备》是材料科学与工程专业的一门专业基础课，其任务是粉体基本性质和粉体制备和 处理单元操作的基本理论及相关机械设备的构造、工作原理、设备选型计算方法。使学生对粉体材料生产 中的机械设备类型、构造、工作原理、工作参数及性能、用途有全面、系统和深入的理解，熟悉和掌握粉 体制备和处理的基本理论、各单元操作的特点及关键，熟悉相关机械设备的构造、工作原理及性能，能正 确进行设备选型，并为开发粉体工程新设备奠定基础。
难点：液桥作用力的分析
[授 课 方 法] 以课堂教学为主，课外学生自学为辅
[授 课 内 容]
第一节 粉体层的液体
第二节 粉体表面的湿润性
第三节 液体架桥
第四节 液体在粉体层毛细管中的上升高度
第五节 粉体润湿的应用
第五章 粉体的流变学
建议学时：6
[教学目的与要求] 掌握用直剪试验方法求粉体的内摩擦角及库仑粉体破坏包络线方程的意义；熟悉
二、不同尺寸球形颗粒的填充
三、实际颗粒的堆积
四、不同尺寸颗粒的最紧密堆积
粉体工程与设备(基础篇)知到章节答案智慧树2023年济南大学
粉体工程与设备（基础篇）知到章节测试答案智慧树2023年最新济南大学绪论单元测试1.本课程的主要内容有：参考答案:粉体的表征;粉体的堆积与填充;粉体的润湿与颗粒流体力学;粉体的基本形态第一章测试1.原级颗粒是（）形成的粉体颗粒。
参考答案:最先2.PM2.5是指环境空气中颗粒物的当量粒径小于2.5（）的颗粒物。
参考答案:微米3.下列哪一种不是粉体粒径大小的表示方法（）。
参考答案:表面积“m2”4.球形颗粒的扁平度为（）。
参考答案:15.球形颗粒的表面积形状因数为（）。
参考答案:π6.粉体物料的样品中，粒径的累积分布为50%的粒径是（）。
参考答案:中位粒径7.若一粉体符合R—R粒度分布，在R—R图上粒度分布直线越陡峭，则该粉体的（）。
参考答案:粒度分布越均匀8.标准偏差σ表示粒度频率分布的离散程度，其值越小，说明分布越（）。
参考答案:集中9.在等径球体规则填充模型中，（）填充模型空隙率最大。
参考答案:立方体填充10.粉体随机填充时，紧挨着固体表面的颗粒形成一层与表面形状相同的料层称为（）。
参考答案:壁效应第二章测试1.粉体表面的润湿角θ在90°＜θ≤180°为浸渍润湿。
参考答案:错2.形成液桥的临界湿度为65%。
参考答案:对3.颗粒在流体中沉降受到的力为重力、浮力和阻力，其中沉降速度越大阻力越大。
参考答案:对4.颗粒在流体中沉降受到的阻力与流体的雷诺数有关。
参考答案:对5.湍流区的阻力系数是雷诺数的函数，随着雷诺数变化，不是常数。
参考答案:错6.根据颗粒雷诺数的大小，球形颗粒沉降情形下大致可分为层流区、过渡区和湍流区。
参考答案:对7.在重力场中的沉降可以将细颗粒甚至胶体从流体中分离出来。
参考答案:错8.若单位时间的流量为Q，流体粘度为μ，颗粒层迎流断面面积为A，层厚为L，压力损失为ΔP，得到平均流速与ΔP成正比。
参考答案:对9.颗粒在离心场中流体内的沉降速度不大于其在重力场中的沉降速度。
粉体工程与设备-第三章
特点: 球形颗粒而言,粉体的安息角一般为 23~28° 规则颗粒而言,粉体的安息角一般为30° 不规则颗粒而言,粉体的安息角一般为35° 极不规则颗粒而言,粉体的安息角一般为 40°
5.1.3 壁摩擦角
壁摩擦角：将剪切盒试验中的下箱换作 壁面材料，拉动上箱，粉体与壁面之间 的摩擦角。 滑动摩擦角：在某材料的斜面上放上粉 体，慢慢使斜面倾斜，当粉体滑动时， 板面与水平面之间的夹角。 壁摩擦角和滑动摩擦角同属于粉体的外 摩擦属性。
– 莫尔（mohr）圆
– 破坏包络线
微元体上的应力张量
• 考虑如图所示的微元体，作 用在x面上的力Fx分解为 x,y,z方向的力Fxx,Fxy,Fxz，其 中第一个下标代表作用面, 第二个下标代表力的方向, 除以x面的面积A得x面上的 法向应力σxx及切应力τxy和 τxz 。同样在y和z面上各有 三个应力σyy, τyx ,τyz和 σzz, τzx ,τzy 。这样作用在微元体 上的应力张量为
水平压力σ3（pa） 13.7
27.5
41.2
垂直压力σ1（pa） 63.7
129
192
三轴压缩试验粉体层破坏面的角度 滑移面与最小主应力面的夹角为π /4-Φ i/2
直剪试验
试验原理：把圆形或方形盒子重叠，将粉 体试样填充其中，在铅重压力σ 作用下， 再向上盒或中盒施加逐步增大的剪切力τ ， 当τ 到极限时，盒子错动，测量此时的瞬 间剪切力τ 。
F w arctg WSWWWO
式中 F——水平力 Ww——砝码的重力 Ws——粉料的重力 Wo——容器的重力
5.1.4 运动摩擦角
粉体在流动时空隙率增大，这种空隙率 在颗粒静止时可形成疏填充状态、颗粒 相斥等，并对粉体的弹性率产生影响。 目前尚难分析这种状态下的摩擦机理， 通常是通过是通过测定运动内摩擦角来 描述粉体流动时的这一特性。
粉体工程与设备期末复习题
粉体工程与设备思考题第一章概述1、什么是粉体粉体是由无数相对较小的颗粒状物质构成的一个集合体。
2、粉体颗粒的种类有哪些它们有哪些不同点分为原级颗粒、聚集体颗粒、凝聚体颗粒、絮凝体颗粒原级颗粒：第一次以固体存在的颗粒，又称一次颗粒或基本颗粒。
从宏观角度看，它是构成粉体的最小单元。
粉体物料的许多性能与原级颗粒的分散状态有关，它的单独存在的颗粒大小和形状有关。
能够真正的反应出粉体物料的固有特性。
聚集体颗粒：由许多原级颗粒靠着某种化学力以及其表面相连而堆积起来的。
又称为二级颗粒。
聚集体颗粒的表面积小于构成它的原级颗粒的表面积的总和。
主要再粉体物料的加工和制造中形成。
凝聚体颗粒：在聚集体颗粒之后形成，又称为三次颗粒。
它是原级颗粒或聚集体颗粒或者两者的混合物。
各颗粒之间以棱和角结合，所以其表面与各个组成颗粒的表面大体相等。
比聚集体颗粒大得多。
也是在物料的加工和制造处理过程中产生的。
原级颗粒或聚集体的粒径越小，单位表面的表面力越大，越易于凝聚。
絮凝体颗粒：在固液分散体系中，由于颗粒间的各种物理力，迫使颗粒松散地结合在一起，所形成的的粒子群。
很容易被微弱的剪切力所解絮。
在表面活性剂作用下自行分解。
颗粒结合的比较：絮凝体＜凝聚体＜聚集体＜原级颗粒3、颗粒的团聚根据其作用机理可分为几种状态分为三种状态：凝聚体（以面相接的原级粒子）、聚集体（以点、角相接的原级粒子团或小颗粒在大颗粒上的附着）、絮凝体4、在空气中颗粒团聚的主要原因是什么什么作用力起主要作用主要原因为颗粒间作用力和空气的湿度。
范德华力、静电力、液桥力。
在空气中颗粒团聚主要是液桥力造成的。
而在非常干燥的条件下则是由范德华力引起的。
空气相对湿度超过65％，主要以液桥力为主。
第二章粉体粒度分析及测量1、单颗粒的粒径度量主要有哪几种各自的物理意义什么三轴径：颗粒的外接长方体的长l、宽b、高h的某种意义的平均值当量径：颗粒与球或投影圆有某种等量关系的球或投影圆的直径定向径：在显微镜下按一定方向测得的颗粒投影轮廓的长度称为定向径。
粉体工程1
粉体工程粉体工程是一门涉及粉末物料的制备、处理、传输、储存、包装、流动、混合等各个方面的工程领域。
它是一种独特而复杂的工艺，需要灵巧的工艺技能和深厚的理论知识。
粉体工程器件应用范围广泛，涵盖了医药、化工、食品、环保、能源等各个行业。
在本篇文章中我们将会从以下几个方面来详细探讨粉体工程的设备、原理、工艺等方面的知识。
一、粉体工程设备1、粉碎设备粉末的制备是粉体工程的首要任务，通过粉碎设备将原料破碎成粉末是最基本的粉末制备方法。
常用的粉碎设备有：颚式破碎机、圆锥式破碎机、滚筒式破碎机等。
这些破碎机可以将原材料破碎成均匀细小的颗粒，为后续的加工和处理提供了条件。
2、混合设备粉末混合是粉体工程中最常见的一种操作，混合器主要作用是将相同或不同种类的粉末物料混合在一起，形成一种新的物料。
根据混合粉末的要求，可以选择不同的混合设备。
如：普通型搅拌机、飞散混合机、双轴式强制混合机、高剪切混合机、流化床混合机等等。
3、流化床设备粉体工程中的流化床是一种广泛应用的设备，主要用于熔融制备、干燥、喷雾干燥、颗粒化等工艺。
流化床的工作原理是将气体或液体流经粉末床层，产生流化状态，使粉末均匀分布并形成充分的接触，从而加快化学反应和热传递。
流化床的设备形式多种多样，可以有圆形、方形、长条形等不同的类型，通常都包含燃烧室、气体分布装置和颗粒床层组成。
4、烘干设备在粉体工程中，烘干是一项重要工艺，目的是去除物料中的水分，使其满足后续加工的需要。
常见的烘干设备有：传统的批式烘干器、连续式烘干器、真空烘干器、气流式烘干器、喷雾烘干器等。
这些烘干设备在不同的工艺操作中都有着特定的用途和优缺点，需要根据不同的实际情况来选择。
二、粉体工程原理1、粉末物理学物理学原理是所有粉体工程操作的基础，它理解了物料的粒度、形状、密度等基本特性，并建立了与这些属性相关的工艺知识。
物理学原理中的一些基本概念，如密度、粒度分布和物料流动性等，对粉末的特性和操作有着深远的影响。
《粉体工程与设备》课程指南
《粉体工程与设备》课程指南粉体工程与设备课程编码：01422010英文名称：Powder Engineering and Equipment课程类别：专业必修课先修课程：机械零件设计、流体力学与设备开课学期：6开课单位：材料科学与工程学院计划学时：70学 分：4授课教师：陶珍东、姜奉华、王介强、张学旭、孙杰景、徐红燕等 课程简介：粉体的制备与处理在现代材料科学与工程中占有极其重要的地位，在各种新材料的研究和开发过程中，高性能粉体的制备甚至成为关键环节。
随着现代科学的飞速发展，粉体工程的跨学科性及学科边缘性和综合性特点日益突出。
本课程是针对材料科学与工程专业科生开设的课程。
本课程的主要任务：系统介绍粉体的几何、填充、流变、力学等基本性质、破碎与粉磨、分级与分离、混合、输送与计量等粉体制备和处理中各种单元操作的基本理论以及相关机械设备的构造、工作原理、设备工艺选型计算方法等，并及时介绍粉体工程领域中技术和机械设备研究开发的最新理论成果及发展动态。
同时配合粉体工程综合实验，使学生了解并学会粉体工程科学研究的思路和方法。
本课程的目的：通过课程学习，使学生从粉体的基本性质出发，熟悉和掌握粉体制备和处理的基本理论、各单元操作的特点及关键，熟悉各单元操作的各种机械设备的构造、工作原理及性能，能正确进行工艺设备选型，并为开发新的粉体工程设备奠定基础。
教材资料：（一）教材陶珍东，郑少华，《粉体工程与设备》，化学工业出版社，2010年。
(二) 主要参考资料1、盖国胜等，《超细粉碎分级技术》，中国轻工业出版社，2000年。
2、郑水林，《超细粉碎原理、工艺设备及应用》，中国建材工业出版社，1993年。
3、卢寿慈，《粉体加工技术》，中国轻工业出版社1999年。
4、李凤生等，《超细粉体加工技术》，国防工业出版社，2000年。
教师简介：陶珍东，男，博士，教授，硕士生导师。
研究领域：粉体科学与工程、材料加工工程。
姜奉华，男，博士，副教授；研究领域：姜奉华，男，工学博士，济南大学副教授；研究领域：主要从事硅酸盐材料、固体废弃物综合利用、纳米材料等。
粉体工程与设备-第二章
随机倾倒填充：相当于卸料或装袋，平 均空隙率0.375~0.391；
随机疏填充：缓慢填充，平均空隙率 0.4~0.41；
随机极疏填充：极缓慢填充，类似于流 化床物料缓慢速度降为0，平均空隙率 0.46~0.47；
2.1.3 非均一球形颗粒的填充
球序 球体半径
1次球E 2次球J 3次球K 4次球L 5次球M 最后填充
球
R1 0.414 R1 0.225 R1 0.177 R1 0.116 R1
极小
球数
1 2 8 8 极多
空隙率 0.260 0.207 0.190 0.158 0.149 0.039
2. Hudson堆积
定义：当一种以上的等尺寸球被填充到最 紧密六方排列的空隙中时，空隙率随较小 球与最初大球的的尺寸比值变化，空隙率 随着四方空隙中较小球的数目增加而减小。 但实际上，因为在三角孔隙中，球的数目 不连续，当三角空隙中球的尺寸比为0.1716 时，最小空隙率为0.113，这样的排列叫做 Hudson堆积。
粉体工程学
第二章：粉体的聚集特性
2.1 颗粒层的填充性能
粉体填充指标
– 密度、填充率、空隙率、孔隙率和配位数等。
理想粉体颗粒填充与堆积规则
– 均一球体颗粒的规则填充 – 均一球体颗粒的实际填充 – 非均一球体颗粒的填充
实际颗粒堆积影响因素 不同尺寸颗粒的最紧密堆积
2.1.1 粉体填充指标
x为六方最密填充的比例数。
上述两种单元体的体积比为1比1/ 2 ，每 单位体积的粒子数比为1比 2 ，配位数分 别为6和12，则平均配位数为
k(n)
12
2 x 6(1 x) 2 x (1 x)
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北方民族大学课程设计报告院（部、中心）材料科学与工程学院姓名王芳学号专业材料科学与工程班级 082 同组人员王选、高稳成、闫晓展、代新、马海龙课程名称粉体工程与设备项目名称年产3000吨碳化硅微粉的生产线的可行性研究报告起止时间2010-11-21至2009-12-3成绩指导教师王正粟祁利民北方民族大学教务处制目录一、项目的目的和意义··············································二、工艺参数的计算··············································三、设备的选择依据··············································四、成本核算··············································五、效益分析··············································六、环境保护及措施··············································七、小节··············································八、参考文献··············································一、目的及意义碳化硅（SiC）是用石英砂、石油焦(或煤焦)、木屑为原料通过电阻炉高温冶炼而成。
首先，其硬度介于刚玉和金刚石之间，机械强度高于刚玉，同时分解温度（2400℃）高、优良的化学稳定性，较强的韧性、良好的抗热震性、显著的电学性能和高导热性能等诸多优良特性，因而被广泛用磨具磨料、耐火材料、耐蚀材料、结构陶瓷等产品的生产原料，也可用作电热原器件、半导体器件等产品生产的原料。
其次，碳化硅微粉堆积密度高，耐磨能力强，硬度高，切削能力强，粒度分布集中并且均匀；具有耐高温,强度大,热膨胀系数小，导热性能良好,抗冲击,作高温间接加热材料.有四大应用领域：功能陶瓷、高级耐火材料、磨料及冶金原料。
另外，碳化硅微粉还可广泛用在其它多种行业，以特殊工艺把碳化硅微粉涂布于水轮机叶轮或气缸的内壁，可提高其耐磨性而延长使用寿命1~2倍：同时由于重量轻而质量高，体积小，耐热震，节能效果好，实现装备的轻量化。
此外，碳化硅还可用于制作电热元件碳化硅棒。
综上所述，由于碳化硅优良的多功能性能和，其市场需求空间正逐步扩大，因此发展生产碳化硅是一种极有前途的行业。
从需求方面看，钢材的市场的需求仍然将保持较高的增长势头,这必然会拉动原材料之一的碳化硅的需求的增长,碳化硅内销的比例将大幅上升。
碳化硅在国内市场在电价和需求旺盛的推动下,销售量和价格都在稳步上升,有时甚至出现供不应求的局面。
同时由于许可证价格稳定和市场需求旺盛,碳化硅二级品出口价格也一路走高,随着工艺质量的要求越来越高，一级产品的需求量越来越多。
同时，宁夏碳化硅产量丰富，原料易得，成本低，有利于对当地资源的利用。
建设该行业，可拉动当地劳动力的应用及经济效益的提高，有助于国内碳化硅市场的拓展和国内经济的增长。
因此，本项目充分利用本地区位优势，采用先进的工艺，成熟的技术，兴建年产3000吨碳化硅微粉生产线项目，具有明显的社会效益和经济效益.二、工艺参数的计算原料来源：以石英砂、石油焦和优质硅石为主要原料，通过电阻炉高温冶炼而成，经过粗加工粒径为20目的碳化硅，根据原料的利用率，计算总原料用量为3600吨。
纯度：98%产品粒度：400目、500目、600目、1000目年产量：3000吨消耗：1）加工过程原料以2%的量消耗2）布袋回收物料以10~15%的量消耗本项目采用先进的生产工艺技术，利用碳化硅粗料为原料，通过破碎，整形，研磨，气流分级，酸洗等工艺过程，包装为成品。
具体过程操作如下：(1)取碳化硅原料，反击式破碎机中碎，并筛分至不大于20mm的碳化硅颗粒，再用整形机对其进行整形碳化硅颗粒，且其中椭圆形颗粒占80％以上，再对其进行酸洗除杂，水洗，干燥；(2)将上述干燥后的碳化硅颗粒用高压微粉磨粉机粉碎成d50＝16.9-63.5μm的碳化硅粉，粉碎时，高压微粉磨粉机微粉83主机电机为y225m-8-22，风机电机y160L-4-15，分析器电机yc120-4A-4；(3) 然后用高精涡轮分级机对碳化硅粉进行分级，分级时，高精涡轮分级机的功率2.2kw。
引风机功率7.5-11kw，总装功率在15kw左右，产量30-80kg/h；（4）筛松，包装成品入库。
工艺流程图如下：本工艺路线的优点，初破碎的原料经过整形至形状均匀，大小一致的颗粒。
使其在进行细磨过程中能够容易细磨，三、设备选择依据设备选择一览表1如下：四、成本核算1、主要原料价格的数据粗碳化碳化硅原料价格为5000/吨．2、产品市场价400目的成品8500元/吨，500目的成品9500元/吨，600目的产品11600元/吨.，1000目的成品15000元/吨。
主要有总经理、经理、车间主任、技术骨干、财会人员、营销人员、市场调查、检验员、生产调度、叉车司机、以及普通工人等。
普通工人主要负责产品粉碎，分级，整形，酸洗，水洗，包装，车间卫生等，上岗前需简单培训。
具体人数和工资情况见表4-1。
表2 员工岗位一览表五、经济效益分析1、成本费用估计分析①总成本费用：总成本费用是指在项目生产期内发生的为组织生产和销售应当发生的全部成本和费用，通常按年反映，包括生产成本、管理成本、财务费用和销售费用等。
②经营成本：经营成本是指项目总成本费用扣除固定资产折旧费、维修费、无形资产及递延资产摊销和利息支出后的全部费用。
经调查分析加工过程中的原料消耗，一般在２%左右（即在粉碎过程中，流失到大气中或清扫损失的物料），另外还有10-15%的布袋回收尾料，因其在纯度、粒度分布上无法达到粉体产品的要求，所以一般只能作为回收料，其价格为1500元/吨。
成品至少在百分之八十。
燃料动力：电力消耗约为3000千瓦/吨球镍，电价0.62元/千瓦。
包装费有塑料袋和硬纸板桶600元/吨。
③变动成本与固定成本财务评价要求通过成本形态分析将全部费用最终归属为变动成本和固定成本两大类，以便进一步进行成本效益分析。