粉体密度及流动性.ppt
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1、第三章第三章 粉体密度及流粉体密度及流动性性1第一第一节 粉体的密度粉体的密度粉体的密度是指粉体的密度是指单位体位体积粉体的粉体的质量。量。粉体的密度根据所指的体粉体的密度根据所指的体积不同分不同分为:真密度、真密度、颗粒密度、松密度粒密度、松密度一、粉体密度的概念一、粉体密度的概念21 1、真密度(、真密度(true density)true density)t t 材料在材料在绝对密密实状状态下,下,单位体位体积的的质量量是指粉体是指粉体质量(量(w)除以不包括)除以不包括颗粒内外空隙粒内外空隙的体的体积(真体(真体积Vt)求得的密度。)求得的密度。t=w/Vt32、颗粒密度(粒密度(gr
2、anule density)g是指粉体是指粉体质量除以包括开口量除以包括开口细孔与封孔与封闭细孔在孔在内的内的颗粒体粒体积Vg所求得密度。所求得密度。g=w/Vg4指粉体指粉体质量除以量除以该粉体所占容器的体粉体所占容器的体积V(堆堆积体体积:包括:包括颗粒体粒体积及及颗粒之粒之间空隙的体空隙的体积)求得的)求得的密度,亦称密度,亦称堆堆积密度密度(表表观密度、容密度、容积密度密度)。3、松密度(、松密度(bulk density)bb=w/V5填充粉体填充粉体时,经一定一定规律振律振动或或轻敲后敲后测得得的密度称的密度称振振实密度(密度(tap density)bt。4、振、振实密度(密度(
3、tap density)btbt=w/V若若颗粒致密,无粒致密,无细孔和孔洞,孔和孔洞,则t=g 一般:一般:t g bt b6(一)真密度与(一)真密度与颗粒粒度的粒粒度的测定:定:常用的方法是用液体或气体将粉体置常用的方法是用液体或气体将粉体置换的方法。的方法。液浸法:液浸法:采用加采用加热或减或减压脱气法脱气法测定粉体所排开定粉体所排开 的液体体的液体体积,即,即为粉体的真体粉体的真体积。二、粉体密度的二、粉体密度的测定方法定方法7比重瓶法比重瓶法测量原理:量原理:将粉体置于加有液体介将粉体置于加有液体介质的容器中,并的容器中,并让液液体介体介质充分浸透到粉体充分浸透到粉体颗粒的开孔中。
4、根据阿基米粒的开孔中。根据阿基米 德原理,德原理,测出粉体的出粉体的颗粒体粒体积,进而而计算出算出单位位颗粒粒体体积的的质量。量。比重瓶法比重瓶法测定基本步定基本步骤:(1)比重瓶体)比重瓶体积的的标定定(2)粉体)粉体质量的称量量的称量(3)粉体体)粉体体积的的测定定8将粉体装入容器中所将粉体装入容器中所测得的体得的体积包括粉体真体包括粉体真体积、粒子内空隙、粒子粒子内空隙、粒子间空隙等。空隙等。测量容器的形状、大小、物料的装填速度及装填量容器的形状、大小、物料的装填速度及装填方式等均影响粉体体方式等均影响粉体体积。不施加外力不施加外力时所所测得的密度得的密度为松密度松密度施加外力而使粉体施
5、加外力而使粉体处于最于最紧充填状充填状态下所下所测得的得的密度是密度是振振实密度密度。(二)松密度与振(二)松密度与振实密度的密度的测定定9松装密度松装密度测定装置一定装置一(a)装配装配图(b)流速漏斗流速漏斗(c)量杯量杯 10松装密度松装密度测定装置二定装置二(1)漏斗漏斗(2)阻尼箱阻尼箱(3)阻尼隔板阻尼隔板(4)量杯量杯(5)支架支架11空隙率(空隙率(porosity)是粉体中空隙所占有的比率。)是粉体中空隙所占有的比率。粒子内空隙率粒子内空隙率 内内=(Vg-Vt)/Vg=1-g/t 粒子粒子间空隙率空隙率 间=(V-Vg)/V=1-b/g 总空隙率空隙率 总=(V-Vt)/V
6、=1-b/t三、粉体的空隙率三、粉体的空隙率12在一定填充状在一定填充状态下,下,颗粒体粒体积占粉体体占粉体体积的比率的比率 四、粉体的填充率四、粉体的填充率 13第二第二节 粉体的流粉体的流动性性粉体的流粉体的流动性(性(flowability)与粒子的形状、大小、)与粒子的形状、大小、表面状表面状态、密度、空隙率等有关。、密度、空隙率等有关。粉体的流粉体的流动包括包括重力流重力流动、压缩流流动、流、流态化流化流动等。等。一、粉体的流一、粉体的流动性性14种种类现象或操作象或操作流流动性的性的评价方法价方法重力流重力流动瓶或加料斗中的流出瓶或加料斗中的流出旋旋转容器型混合器,充填容器型混合器
7、,充填流出速度,壁面摩擦角流出速度,壁面摩擦角休止角,流出界限孔径休止角,流出界限孔径振振动流流动振振动加料,振加料,振动筛充填,流出充填,流出休止角,流出速度,休止角,流出速度,压缩度,表度,表观密度密度压缩流流动压缩成形(成形(压片)片)压缩度,壁面摩擦角度,壁面摩擦角内部摩擦角内部摩擦角流流态化流化流动流化流化层干燥,流化干燥,流化层造粒造粒颗粒或片粒或片剂的空气的空气输送送休止角,最小流化速度休止角,最小流化速度15粉体的摩擦角粉体的摩擦角粉体流粉体流动即即颗粒群从运粒群从运动状状态变为静止状静止状态所形所形成的角是表征粉体流成的角是表征粉体流动状况的重要参数。状况的重要参数。由于由于
8、颗粒粒间的摩擦力和内聚力而形成的角的摩擦力和内聚力而形成的角统称称为摩擦角。摩擦角。二、粉体流二、粉体流动性的性的评价与价与测定方法定方法16休止角是粉体堆休止角是粉体堆积层的自由斜面在静止的平衡状的自由斜面在静止的平衡状态下,与水平面所形成的下,与水平面所形成的夹角角。用用 表示,表示,越小流越小流动性越好性越好 可可视为粉体的粉体的“粘度粘度”常用的常用的测定方法:定方法:注入法注入法排出法排出法倾斜角法斜角法1、休止角(安息角)、休止角(安息角)(angle of repose)17休止角的休止角的测定方法定方法rh将粉体注入到某一有限直径将粉体注入到某一有限直径的的圆盘中心上,直到粉体
9、堆中心上,直到粉体堆积层斜斜边的物料沿的物料沿圆盘边缘自自动流出流出为止,停止注入,止,停止注入,测定休止角定休止角。tan=h/r18崩塌角:崩塌角:测定休止角后,将重物至某定高定休止角后,将重物至某定高处自由自由 落下,使料堆落下,使料堆产生振生振动,此,此时形成的形成的锥角。角。差角:差角:休止角崩塌角休止角崩塌角19对于于细颗粒,安息角与粉体从容器流出的速度、粒,安息角与粉体从容器流出的速度、容器的提升速度、容器的提升速度、转筒的旋筒的旋转速度有关。速度有关。安息角不是安息角不是细颗粒的基本物性粒的基本物性几点几点讨论:球形球形颗粒:粒:a=2328,流,流动性好。性好。规则颗粒:粒:
10、a30,流流动性性较好。好。不不规则颗粒:粒:a 35,流流动性一般。性一般。极不极不规则颗粒:粒:a 40,流流动性差。性差。20影响休止角的因素影响休止角的因素(1)颗粒的形状,粒子越接近于球形,其休止角粒的形状,粒子越接近于球形,其休止角 越小越小(2)颗粒的大小粒的大小(3 )粉体的填充状)粉体的填充状态 对于不同粉体,空隙率越大,填充越困于不同粉体,空隙率越大,填充越困难,休止角越大,休止角越大 对于同种粉体,空隙率越小,休止角越大(接触点增多)于同种粉体,空隙率越小,休止角越大(接触点增多)(4)振振动(5)粉料中通入粉料中通入压缩空气空气时,休止角,休止角显著地减小著地减小21是
11、将物料加入漏斗中,是将物料加入漏斗中,测量全部物料流出所需的量全部物料流出所需的时间,即,即为流出速度。流出速度。粉体流粉体流动性差性差时可加入可加入100 m的玻璃球助流。的玻璃球助流。流出速度越大,粉体流流出速度越大,粉体流动性越好。性越好。2、流出速度流出速度(flow velocity)22流出速度的流出速度的测定定M:流出粉体的:流出粉体的总质量量S:粉体比表面:粉体比表面积R:粗糙度系数:粗糙度系数S0:小孔面:小孔面积231.增大粒子大小增大粒子大小对于粘附性的粉状粒子于粘附性的粉状粒子进行造粒,以减少粒子行造粒,以减少粒子间的接触点数,降低的接触点数,降低粒子粒子间的附着力、凝
12、聚力。的附着力、凝聚力。2.粒子形粒子形态及表面粗糙度及表面粗糙度球形粒子的光滑表面,能减少接触点数,减少摩擦力。球形粒子的光滑表面,能减少接触点数,减少摩擦力。3.含湿量含湿量适当干燥有利于减弱粒子适当干燥有利于减弱粒子间的作用力。的作用力。4.加入助流加入助流剂的影响的影响加入加入0.5%2%滑石粉、微粉硅胶等助流滑石粉、微粉硅胶等助流剂可大大改善粉可大大改善粉体的流体的流动性。但性。但过多使用反而增加阻力。多使用反而增加阻力。粉体流粉体流动性的影响因素与改善方法性的影响因素与改善方法243、内摩擦角、内摩擦角l粉体粉体层受力小,粉体受力小,粉体层外外观上不上不产生生变化化l作用力达到极限
13、作用力达到极限应力,粉体力,粉体层突然崩坏突然崩坏l极限极限应力状力状态,由一,由一对正正压力和剪力和剪应力力组成成l在粉体在粉体层任意面上加一垂直任意面上加一垂直应力,并逐力,并逐渐增增 加加该层面的剪面的剪应力,力,当剪当剪应力达到某一力达到某一值时,粉体粉体层将沿此面滑移。将沿此面滑移。25库仑定律:定律:在粉体在粉体层中,中,压应力和剪力和剪应力之力之间有有一个引起破坏的极限。一个引起破坏的极限。即在粉体即在粉体层的任意面上加一定的垂直的任意面上加一定的垂直应力,若沿力,若沿这一面的剪一面的剪应力逐力逐渐增加,当剪增加,当剪应力达到某一力达到某一值时,粉体沿此面,粉体沿此面产生滑移。生
14、滑移。微元体在力作用下的微元体在力作用下的变形与运形与运动26库仑定律定律实验表明,粉体开始滑移表明,粉体开始滑移时,滑移面上的切,滑移面上的切应力力 是正是正应力力的函数的函数当粉体开始滑移当粉体开始滑移时,若滑移面上的切,若滑移面上的切应力力与正与正应 力力成正比成正比27C:初抗剪:初抗剪强度,与度,与颗粒粒间附着力有关附着力有关C=0,可忽,可忽视粉体粉体颗粒粒间的附着力,因此流的附着力,因此流动性好性好C0,属于粘性粉体。,属于粘性粉体。影响初抗剪影响初抗剪强度的因素度的因素:温度,粒度及粒度分布,:温度,粒度及粒度分布,存放存放时间和填充程度等。和填充程度等。长期存放期存放时间,C
15、急急剧增增加;振加;振动,C急急剧增加。增加。28内摩擦角:内摩擦角:粉体粉体层上任意一点的上任意一点的应力关系力关系 NFNGF物体在平面或斜面运物体在平面或斜面运动示意示意图29莫莫尔圆:用二元用二元应力系分析粉体力系分析粉体层中某一点的中某一点的应力力状状态,根据莫,根据莫尔理理论,在粉体,在粉体层内任意一点上的内任意一点上的压应力力,剪,剪应力力,可用最大主,可用最大主应力力 1、最小主、最小主应力力 3,以及,以及 、的作用面和的作用面和 1的作用面之的作用面之间的的夹角角来表示,来表示,粉体粉体层相相对应力的莫力的莫尔圆 3031库仑库仑粉体:粉体:符合符合库仑库仑定律的粉体定律的
16、粉体粉体流粉体流动动和和临临界流界流动动的充要条件的充要条件莫莫尔尔-库仑定律:定律:粉体内任一点的莫粉体内任一点的莫尔尔应应力力圆圆在在IYFIYF的下方的下方时,粉体,粉体将将处处于静止状于静止状态态;粉体内某一点的莫粉体内某一点的莫尔尔应应力力圆圆与与IYFIYF相切相切时,粉体,粉体处于于临界界流流动动或流或流动动状状态态。IYF32-线为直直线a:处于静止状于静止状态-线为直直线b:临界流界流动状状态/流流动状状态-线为直直线c:不会:不会出出现的状的状态粉体粉体处于静止于静止粉体沿粉体沿该平面滑移平面滑移不会不会发生生33内摩擦角的确定内摩擦角的确定直剪直剪试验 把把圆形盒或方形盒
17、重叠起来,将粉体填充其形盒或方形盒重叠起来,将粉体填充其中,在中,在铅垂垂压力力 的作用下,再由一盒或中盒施加剪的作用下,再由一盒或中盒施加剪切力,逐切力,逐渐加大剪切力,当达到极限加大剪切力,当达到极限应力状力状态时,重叠,重叠的盒子的盒子错动。测定定错动瞬瞬时的剪切力,的剪切力,记录数据数据 1砝砝码 2上盒上盒 3中盒中盒 4下盒下盒图 直剪直剪试验34垂直垂直应力力/9.8104Pa0.2530.5050.7551.01剪切剪切应力力/9.8104Pa0.4500.5370.6290.71835有效内摩擦角有效内摩擦角以比以比压实荷重小的不同垂直作用力荷重小的不同垂直作用力进行剪切行剪
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