粉體工程試題與答案

1、粉體工程試題與答案粉體工程一、粉末的性能與表征1.粒徑：粉末體中，顆粒的大小用其在空間范圍所占據(jù)的線性尺寸表示，稱為粒徑。2.粒徑的表示方法：幾何學(xué)粒徑投影粒徑篩分粒徑球當(dāng)粒徑。3.粉體粒徑的分布常表示成頻率分布和累積分布：粒徑分布的表格、直方圖、曲線可直觀地反映粉體粒徑的分布特征。數(shù)字函數(shù)表達(dá)式有：正態(tài)分布；對數(shù)正態(tài)分布；RosinRammler分布；RRB方程能較好地反映工業(yè)上粉磨產(chǎn)品的粒徑分布特征。4.平均粒徑：若將粒徑不等的顆粒群想象成自由徑為D的均一球形顆粒組成，那么其物理特性可表示為f（d）=f（D），D即表示平均粒徑。5.粉末的測量方法：顯微鏡法；激光衍射法；重力沉降光透法；篩分

2、法。平均粒徑測量方法：比表面法。6.粉末的性質(zhì)：堆積性質(zhì)；摩擦性質(zhì)；壓縮性質(zhì)與成形性（壓制性）。安息角：又稱休止角、堆積角，它是指粉體自然堆積時(shí)的自由表面在靜止平衡狀態(tài)下與水平面所成的最大的角度。（用來衡量與評價(jià)粉體的流動(dòng)性）。在0.2mm以下，粒徑越小而休止角越大，這是由于微細(xì)粒子間粘附性增大導(dǎo)致流動(dòng)性降低的緣故。粉體顆粒形狀愈不規(guī)則安息角愈大，顆粒球形愈大粉體流動(dòng)性愈好其安息角就愈小。二、粉體表面與界面化學(xué)1.粉末顆粒的分散：在氣相中，主要受范德華力、靜電力、液橋力，分散方法，機(jī)械分散、干燥分散、顆粒表面改性分散、靜電分散、復(fù)合分散；在液相中，主要受范德華作用力、雙電層靜電作用力、空間位阻

3、作用力、熔劑化作用力、疏液作用力，分散調(diào)控有，介質(zhì)調(diào)控、分散劑調(diào)控、機(jī)械調(diào)控和超聲調(diào)控。2.顆粒表面改性：粉末顆粒表面改性：用物理，化學(xué)，機(jī)械方法對顆粒表面進(jìn)行處理，根據(jù)應(yīng)用的需要有目的的改變顆粒表面的物理化學(xué)性質(zhì)，如表面晶體結(jié)構(gòu)和官能團(tuán)，表面能、界面潤濕性，電性，表面吸附性和反應(yīng)特性等，以滿足現(xiàn)代新材料，新工藝和新技術(shù)發(fā)展的需要。3.改性方法：表面化學(xué)改性：偶聯(lián)劑表面改性、表面活性劑改性、高分子分散劑改性、接枝改性；微膠囊包覆化學(xué)法、物理法、物理化學(xué)法；機(jī)械化學(xué)改性；原位聚合改性無皂乳液聚合包覆法、預(yù)處理乳液聚合法、微乳液聚合法。三、粉碎1.粉碎是依靠外力克服固體質(zhì)點(diǎn)間內(nèi)聚力使物料幾何尺寸減

4、小的過程。粉碎的過程：破碎粗碎（100mm）、中碎（30mm）、細(xì)碎（10mm），粉磨粗磨（0.1mm左右）、中磨（60um）、細(xì)磨（5um）。粉碎的方法有：擠壓粉碎、擠壓剪切破碎、沖擊破碎、研磨磨削破碎。2.破碎設(shè)備：擠壓式：顎式破碎機(jī)、旋回破碎機(jī)、圓錐破碎、研磨磨削破碎沖擊式：錘式破碎機(jī)、反擊破碎機(jī)。顎式破碎機(jī)分：簡擺式、復(fù)擺式、組合擺動(dòng)式。特點(diǎn)是，構(gòu)造簡單，工作可靠，維護(hù)方便。生產(chǎn)能力高、齒板壽命長、能耗低、價(jià)格低廉、產(chǎn)品粒度組成較穩(wěn)定。簡擺式結(jié)構(gòu)工作原理：簡擺式顎式破碎機(jī)主要由破碎腔、調(diào)整裝置、保險(xiǎn)裝置、支撐裝置和傳動(dòng)裝置等部分組成。當(dāng)電機(jī)驅(qū)動(dòng)偏心軸旋轉(zhuǎn)時(shí)連桿產(chǎn)生上下運(yùn)動(dòng)，并帶動(dòng)前推力

5、板做前后運(yùn)動(dòng)，當(dāng)連桿向上運(yùn)動(dòng)時(shí)，前推力板推動(dòng)動(dòng)顎接近固定顎，使進(jìn)入破碎腔內(nèi)的物料被擠壓而破碎，此為工作行程；當(dāng)連桿下降時(shí)，動(dòng)顎離開固定顎，回到原來的位置，已經(jīng)破碎的物料被排出，此為空行過程?？招谐唐陂g裝在偏心軸上的飛輪將能量儲(chǔ)存起來，以便在工作行程中補(bǔ)充破碎能，同時(shí)補(bǔ)充電機(jī)在功率輸出時(shí)的波動(dòng)。產(chǎn)品的粒度由排料口間歇調(diào)整裝置進(jìn)行控制。簡擺式的特點(diǎn)：進(jìn)料口出動(dòng)顎較小的擺動(dòng)幅度不利于喂入顎腔的大塊物料的破碎，因而不能向擺幅較大，破碎作用較強(qiáng)的顎腔底部充分供應(yīng)物料，從而限制了生產(chǎn)能力的提高。另外額板下部行程最大，卸料口寬度在破碎過程中隨時(shí)變動(dòng)，容易導(dǎo)致卸出的物料粒度不均。適用于干性物料的破碎，物料對顎

6、板的磨損小，破碎過程中粉碎現(xiàn)象少。簡擺式很容易中、大型化，并主要適用于堅(jiān)硬物料的粗、中碎過程。3.粉磨設(shè)備：施力方式：摩擦式、擠壓式、沖擊式；工作速度：慢速磨：球磨機(jī)、礫磨機(jī)、自磨機(jī)；快速磨：輥式磨、振動(dòng)磨、行星磨4.球磨機(jī)：（滾筒式球磨機(jī)）工作原理：簡筒內(nèi)裝有一定數(shù)量的球型研磨體，被磨物料及適量的球磨助劑從加料口加入，按工藝要求對物料，水和研磨體進(jìn)行配料與筒體回轉(zhuǎn)時(shí)，由于磨體在離心力的作用下，貼在筒體內(nèi)壁與筒體一起回轉(zhuǎn)上升，當(dāng)研磨體被帶到一定高度時(shí)，由于重力場作用而被拋出，以一定的速度降落，在研磨體降落過程中筒體內(nèi)物料受到研磨體的沖擊和研磨作用而被粉碎。特點(diǎn)：對物料的適應(yīng)性強(qiáng)生產(chǎn)能力大，粉碎

7、比高，易于調(diào)整產(chǎn)品粒度，可進(jìn)行干法或濕法操作，結(jié)構(gòu)簡單，堅(jiān)固耐用，運(yùn)行可靠，維修管理方便等。球磨介質(zhì)選擇原則：在保證球磨效果的前提下，盡可能??；合理的粒徑分布，堆積密度較大，提高粉末與磨介的接觸面積。研磨體填充效率一般在25%45%之間，理論值42%。5.雷蒙磨：利用磨環(huán)與磨輥相互摩擦，將底盤上的物料撒到磨輥與磨環(huán)之間，受擠壓和研磨而粉碎。大型：液壓式；小型：機(jī)械式。四、分級1.顆粒分級極限粒徑的大小可以通過調(diào)整氣流的上升和旋轉(zhuǎn)速度以及增減小風(fēng)葉的數(shù)量來實(shí)現(xiàn)。增加轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速或增多大風(fēng)葉，都會(huì)使上升氣流速度增大，使細(xì)粉的細(xì)度下降；反之，則可提高細(xì)粉的細(xì)度。2.粉體性能的評價(jià)：流體力學(xué)分級又分為重力

8、式，慣性式及離心式。常用分級效率來評價(jià)分級的效果及性能。3.分級效率：用于評價(jià)分級的效果及性能的指標(biāo)，部分分級效率，牛頓分級效率，分級精度。4.篩分機(jī)理：使物料通過篩孔辦法是使篩分機(jī)械的篩面做加速運(yùn)動(dòng)或者篩面有一定的傾角工業(yè)上篩分設(shè)備可以分為振動(dòng)篩搖動(dòng)篩回轉(zhuǎn)篩和固定篩5.篩分效率：指篩分是實(shí)際得到的篩下產(chǎn)物的質(zhì)量與原料中所含粒度小于篩孔尺寸的物料的質(zhì)量比。影響篩分因素：篩分的物料：堆積密度，粒度分布，含水量篩分機(jī)械：孔隙率，篩孔大小，篩孔形狀，篩面種類的比較，篩面程度，振動(dòng)的幅度與頻率，加料的均勻性，加料速度與料層厚度。6.離心分級：利用回轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)產(chǎn)生的離心力，其離心加速度大致比重力加速度打兩個(gè)

9、數(shù)量級甚至更大能很快將粒度分離。工作原理：當(dāng)物料由進(jìn)口加入落到撒料盤上，受離心力作用向周圍拋出，在氣流中較粗顆粒迅速撞到內(nèi)筒內(nèi)壁并沿內(nèi)壁滑下，其余小小顆粒隨氣流向上，經(jīng)小風(fēng)葉時(shí)，又有一部分被拋向內(nèi)壁被吸下，而小顆粒穿過小風(fēng)葉，在大風(fēng)葉作用下經(jīng)由內(nèi)筒頂上出口進(jìn)入兩筒夾層，有細(xì)粉出口排除成為產(chǎn)品。內(nèi)筒收下的粗粉由出口排出，再送回磨機(jī)內(nèi)重新研磨。改變主軸轉(zhuǎn)速，大小風(fēng)葉的片數(shù)或擋風(fēng)板位置就能調(diào)節(jié)選粉粒度。7.旋風(fēng)分級：工作原理：物料由進(jìn)料管落到撒料盤后向四周甩出與上升的旋轉(zhuǎn)氣流相遇，物料中顆粒由于質(zhì)量大，受撒兩盤，小風(fēng)葉和旋轉(zhuǎn)氣流作用而產(chǎn)生的離心力大，被甩向分級室內(nèi)壁而落下，至滴流裝置處于此處的上升氣

10、流相遇再次分選。粗粉最后落到內(nèi)錐筒下部經(jīng)粗粉出口排出。物料中的細(xì)粒因質(zhì)量小，進(jìn)入選粉后被上升氣流帶入旋風(fēng)分離器被收集下來落入外錐筒，經(jīng)細(xì)分出口倉排出。旋風(fēng)式分級機(jī)的優(yōu)點(diǎn)：a轉(zhuǎn)子和循環(huán)風(fēng)機(jī)可分別調(diào)速，既易于調(diào)節(jié)細(xì)度，也擴(kuò)大了細(xì)度的調(diào)節(jié)范圍b小型的旋風(fēng)筒代替了大圓筒，課提高細(xì)粉的收集效率，分級效率可達(dá)70%以上，能減少細(xì)粉的循環(huán)量c.細(xì)粉集中收集，大大減輕了葉片等的磨損d.結(jié)構(gòu)簡單，軸受力小，振動(dòng)小，機(jī)體體積小，運(yùn)轉(zhuǎn)平穩(wěn)，易于實(shí)現(xiàn)大型化。缺點(diǎn)：外部風(fēng)機(jī)及風(fēng)管占空間大，對系統(tǒng)的密封要求高。五、分離1.分離：固氣分離；固液分離；固固分離。分離效率：收塵效率（總分離效率）（除塵效率）：分離器的出口處氣體

11、中粉塵的質(zhì)量與進(jìn)口處氣體中粉塵的質(zhì)量之比?？偡蛛x效率的定義：分離后獲得的粉體某種成分的質(zhì)量與分離前粉體中所含該成分的質(zhì)量之比稱為總分離效率。2.收塵裝置重力收塵器：利用重力使粉塵顆粒沉降至器底（r50um）慣性收塵器：利用氣流運(yùn)行方向突然改變時(shí)其中的固體顆粒的慣性運(yùn)動(dòng)而與氣體分離（r30 um）離心收塵器：在旋轉(zhuǎn)的氣固兩相流中利用固體顆粒的離心慣性作用使之從氣體中分離出來.旋風(fēng)收塵器(r=5 um)過濾收塵器:含塵氣體通過多孔層過濾介質(zhì)時(shí)，由于阻擋吸附，擴(kuò)散等作用而將固體顆粒截留下來。袋式收塵器，顆粒層收塵器r=1 um電收塵器：在高壓電場中，利用靜電作用使顆粒帶電而將其捕集下來（靜電收塵器(

12、r=0.01 um)。3旋風(fēng)收塵器：利用含空氣體高速旋轉(zhuǎn)產(chǎn)生的慣性離心力而使粉塵顆粒與氣體分離的一種干式收塵設(shè)備。工作原理：含塵氣體從進(jìn)氣管以較高的速度隨外圓筒的切線方向進(jìn)入外圓筒并進(jìn)行旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)。含塵氣體在旋轉(zhuǎn)過程中產(chǎn)生較大的離心力。由于顆粒的慣性比空氣大得多，因此將大部分顆粒甩向筒壁，顆粒離心沉降至筒壁后失去功能隨壁面滑下與氣體分開。經(jīng)錐形筒排入儲(chǔ)灰箱內(nèi)，積集在貯灰箱中的粉料經(jīng)閘門自動(dòng)卸出，當(dāng)旋轉(zhuǎn)氣流的外旋到圓錐部分時(shí)隨圓錐變小而向中心逐漸靠近氣流到達(dá)錐體下端時(shí)便開始上升。形成一股向下而上的內(nèi)旋氣流并經(jīng)中心排風(fēng)管從頂部作為凈化氣體排出。4.袋式收塵器：一種利用多孔纖維濾布將含塵氣體中的粉塵過

13、濾出來的收塵設(shè)備。工作原理：含塵氣體通過濾布層時(shí)，粉塵被阻留，空氣則通過濾布纖維間的微孔排走，氣體中大于濾布孔眼的塵粒被濾布阻留，與篩分作用相同。對于1 um的小于濾布孔徑的顆粒，當(dāng)氣體隨著曲折的織物毛孔通過時(shí)，塵粒由于本身的慣性作用撞擊于纖維上失去能量而貼附在濾布上，小于1 um的微粒則由于塵粒本身的擴(kuò)散作用及靜電作用，通過濾布時(shí)，因孔徑小于熱運(yùn)動(dòng)的自由經(jīng)，使塵粒與濾布纖維碰撞而粘附于濾布上，因此微小顆粒能捕集下來。5.電收塵器：以高壓直流電的正負(fù)兩極間維持一個(gè)足以使氣體電離的靜電場，氣體電離所產(chǎn)生的正負(fù)離子作用通過靜電場的粉塵表面而使粉塵荷電，根據(jù)庫侖定律，荷電粉塵分別向極性相反的電極移動(dòng)

14、而沉積在電極上達(dá)到粉塵與氣體分離的目的。工作原理：將平板和導(dǎo)線分別接在高壓直電流的正極和負(fù)極，電收塵器上的正極稱為沉積極（集塵極），負(fù)極稱為電暈極。在兩極間產(chǎn)生不均勻電場，當(dāng)高壓升高至一定值時(shí)，在陰極附近的電場強(qiáng)度促使氣體發(fā)生碰撞電離，形成正負(fù)離子，隨著電壓繼續(xù)增大，在陰極導(dǎo)線周圍23mm范圍內(nèi)發(fā)生電暈放電。這些氣體產(chǎn)生大量離子，由于在電暈極附近的陽離子趨向電暈極的路程極短，速度低，碰到粉塵的機(jī)會(huì)較小，因此絕大部分粉塵與飛翔的陰離子相撞而帶負(fù)電，飛向集塵只有極少量的塵粒積塵于電暈極。定期拍打集塵極及電暈使積塵掉落后，最后從下部灰塵排出。六、混合與造粒1混合：物料在外力（重力，機(jī)械力等）作用下發(fā)

15、生運(yùn)動(dòng)速度加運(yùn)動(dòng)方向的改變，使各組分顆粒均勻分布的操作過程。2混合機(jī)理：（1）擴(kuò)散混合：（顆粒小規(guī)模隨機(jī)移動(dòng)）分散的的顆粒散布在不斷展現(xiàn)的新生料面上，并作為弱的移動(dòng)，使各組分顆粒局部范圍內(nèi)擴(kuò)散實(shí)現(xiàn)均勻分布。（2）對流擴(kuò)散：顆粒大規(guī)模隨機(jī)移動(dòng)，物料在外力作用下產(chǎn)生類似流體的運(yùn)動(dòng)，顆粒從物料一處位移至另一處，所有顆粒在混合設(shè)備中整體混合。（3）剪切混合：在粉體物料團(tuán)場面內(nèi)部由于顆粒的相互滑移，如同薄塵狀流體運(yùn)動(dòng)一樣形成滑移面，導(dǎo)致局部混合。本質(zhì)：施加適當(dāng)形式的外力使混合物中各種組分顆粒產(chǎn)生相互間的相對位移。必要條件3混合效果評價(jià)：混合效果的好壞實(shí)際上是指混合程度的高低指標(biāo)（1）標(biāo)準(zhǔn)偏差，H越高越好

16、（2）混合度（3）均勻度（4）混合指數(shù)4影響混合的因數(shù)（1）物料的物理性質(zhì)（2）混合機(jī)的結(jié)構(gòu)形式（3）操作條件5造粒方法及過程：造粒方法：壓縮法，擠出法，滾動(dòng)法，噴漿法，流化法。造粒過程：七、粉體的儲(chǔ)存與粉體運(yùn)輸1料倉粉料卸出的流動(dòng)形式：漏斗流，整體流。2料倉的故障及防止措施故障：偏析：附著偏析，填充偏析，滾落偏析；靜態(tài)拱：壓縮拱，楔形拱，黏結(jié)黏附拱，氣壓平衡拱偏析：物體顆粒在運(yùn)動(dòng)成堆或從料倉中卸料時(shí)，由于顆粒密度，顆粒形狀，表面形狀等差異，常常產(chǎn)生物料的分級效應(yīng)，使粉體層的組織呈不均勻的想象。防止粉體偏析的措施，均勻投料法，料倉的構(gòu)造物料改性防止結(jié)拱的措施：改善料倉的幾何形狀以及尺寸，降低料

17、倉的粉體壓力，使倉壁光滑減少倉壁摩擦力，采用助流裝置。防止靜態(tài)拱的措施：改善料倉幾何形狀，降低粉體壓力，減少倉壁摩擦阻力，降低物料的水分，改善粉體的流動(dòng)性3氣力輸送：利用氣流作用使粉體流態(tài)化。使顆粒狀物料懸浮在空氣中，然后借助空氣或氣體在管道內(nèi)流動(dòng)來輸送干燥的散狀固體粒子或顆粒物料的輸送方法，通常稱為氣力輸送。八、超細(xì)粉體的制備1 納米材料的制備方法：固相法、液相法、氣相法2 氣溶膠顆粒的制備：3 液相法制備粉末顆粒：溶劑蒸發(fā)法：主要過程是將金屬鹽溶液先制成微小液滴，再加熱使溶劑蒸發(fā).溶質(zhì)析成所需的超細(xì)粉體。冷凍干燥法（防止團(tuán)聚）噴霧干燥法：用噴霧器將金屬鹽溶液噴入高溫介質(zhì)中。溶劑迅速蒸發(fā)而析

18、出金屬鹽的超微粉。噴霧熱解法：把溶液噴入到高溫的氣氛中，溶劑的蒸發(fā)和金屬鹽的熱風(fēng)解同時(shí)迅速進(jìn)行，從而直接制得金屬氧化物超微粉的方法。沉淀法：直接沉淀法、均勻沉淀法、共沉淀法是指原料溶液中添加適當(dāng)?shù)某恋韯?，?jīng)過化學(xué)反應(yīng)生成不溶性的氫氧化物、碳酸鹽。硫酸鹽或醋酸鹽等。后經(jīng)過濾、洗滌、干燥。再將沉淀物加熱分解得到所需的化合物粉末。水解法：利用金屬鹽在酸性介質(zhì)中強(qiáng)迫水解產(chǎn)生均勻分散的金屬氧化物或水合氧化物，經(jīng)過濾、洗滌加熱分解來制備超微粉體的方法。包括：無機(jī)鹽水解法、醇鹽水解法、微波水解法氧化還原法：將原料物質(zhì)直接氧化、還原來合成金屬及其氧化物粉末的方法。水熱法與溶劑熱法水熱法：在特定的密閉的反應(yīng)容器中，采用水