粉体工程与设备-第二章讲述.ppt

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 容积密度ρb：在一定填充状态下，单位填充体积的粉体质量，亦称松装密度。 式中:VB－粉体填充体积 ρP－颗粒密度， ε－空隙率 颗粒密度ρp：颗粒质量除以包括内外孔在内的颗粒体积V。 真密度ρs：颗粒质量除以不包括内外孔在内的颗粒真体积Vp，即物质密度。 表观密度ρa：颗粒质量除以不包括外孔在内的颗粒表观体积。 振实密度ρbt：粉体质量除以振实后粉体的表观体积。 真密度ρs ≥ 表观密度ρa ≥颗粒密度ρp ≥振实密度ρbt ≥松装密度ρb 填充率ψ：在一定填充状态下，颗粒体积占粉体体积的比率。 空隙率ε：在一定填充状态下，空隙体积占粉体填充体积的比率。 ε=1-ψ=1-ρb/ρp 空隙率与孔隙率区别：空隙率中颗粒体积不包括外孔在内，而孔隙率中颗粒体积不包括内外孔在内。 配位数k(n)：与观察颗粒接触的颗粒个数。用分布来表示具有某一配位数的颗粒比率时，该分布称为配位数分布。 2.1.2 理想粉体颗粒的填充 1. 均一球体颗粒的规则填充 以均一球粒在平面上的排列作为基本层，有2种基本排列方式，即正方形排列层和单斜方形或六方系排列层; 如将图中涂黑的4个球作为基本层的最小单位，将各层汇总可得6种排列； 表1 均一球规则填充结构特性 2. 均一颗粒的实际填充 问题1：为什么将玻璃球或钢球小心地倒入容器时，其空隙率也比最密填充状态空隙率大0.35%~0.40%左右？ 问题2：如何用实验测试均一颗粒的实际填充结构？ Smith实验： Smith等人将半径3.78 mm的铅弹子自然地填入直径80~120 mm的烧杯中，注入含醋酸20％的水溶液后，十分小心地倒掉溶液。由于球的接触点上残留着环状溶液，如保持原先填充状况，则接触点上就残留有碱性醋酸铅的白色斑点。从与容器壁不接触的铅弹子中计数900~1600个球，可得到空隙率和配位数不同的结果： 表2-2 空隙率平均配位数（Smith） Smith关系式： 当立方最疏排列和六方最密排列以某一比例混合时的填充情况，其平均空隙率(或总空隙率)用下式表示： 平均空隙率 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 ，每单位体积的粒子数比为1比 ，配位数分别为6和12，则平均配位数为 实测空隙率和平均配位数与计算值相比： 2. 均一颗粒的实际填充 随机密填充：相当于振实填充，平均空隙率0.359~0.375； 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 1. Horsfield填充 定义：在六方最密排列中，在六个等径球之间形成的空隙大小和形状是有规则的，其中有两种孔型：6个球围成的四角孔和4个球围成的三角孔，设最基本的均一球为一次球，填入四角孔的最大球为二次球，填入三角孔中的最大球为三次球，其后在填入四次球、五次球，最后以微小的均一球填入残留的空隙中，这样就构成了六方最紧密堆积。这种最小空隙率为0.039作为排列特征的堆积又称为Horsfield 最紧密堆积。 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。 堆积特性： 二次球与一次球比值，当r2/r1＜0.414时，二次球可填充四角孔； 当r2/r1＜0.225时，二次球可填充三角孔； 当r2/r1=0.1716时，三角孔基准填充最为紧密； 3 二组元颗粒体系的最紧密堆积 在二组元的颗粒体系中，大颗粒间的空隙由小颗粒填充，混合物中的单位体积内大小颗粒重量分别为： 大颗粒所占质量分数用f1来表示： 对同一种物料，单一组分的空隙率相同，即ρp1=ρp2，ε1=ε2=ε， 空隙率最小时大颗粒的质量分数为0.67，空隙率随大小颗粒尺寸比而变化，小颗粒粒度越小，空隙率越小。 在同一固体物料所组成的多组元n级颗粒填充体系中，填充后单位体积粉体的总松体积为： 4 实际颗粒堆积影响因素 （1） 壁效应# 定义：当颗粒填充容器时，在容器壁附近形成特殊的排