第3-4章 粉體填充與堆積特性粉體的濕潤特性

1、第第3 3章粉體填充與堆積特性章粉體填充與堆積特性主要內容：1.粉體的填充指標2.粉體顆粒的填充與堆積（1）等徑球體顆粒的規(guī)則填充（2）不同尺寸顆粒的最緊密堆積 3.13.1 粉體的填充指標粉體的填充指標 粉體的填充：粉體的填充：取決于顆?？障犊臻g，而空隙又取決于(1) 填充類型；(2) 顆粒形狀；(3) 粒度分布。粉體的填充決定了粉體的密實程度。根據工程的需要，分為密填充和疏填充： 密填充：特點，質量重，強度大，透氣性差。用于結構材料。如建筑用樑、柱，道、橋材料。 疏填充：特點，質量輕，強度小，隔熱透氣性好。用于墻體、地板、內部裝飾、吊頂材料。粉體的填充粉體的填充常用的幾個參量 設某顆粒群，

2、真實體積為Vp，填充體積為VB，即VB=VP+V0，質量為MP ，密度為p。 1.真密度：粉體的質量除以它的真實體積。 公式：VpV0ppVM 2. 容積密度 在一定填充狀態(tài)下，單位填充體積的粉體質量，亦稱表觀密度，以kg/m3。 式中 VB粉體填充體積，m3； p顆粒的密度，kg/m3； 空隙率。BBpBBBpBBpBPpBPBVVVVVVVVVVVVM)1 ()1 ()(003.填充率有一定填充狀態(tài)下，顆粒體積占粉體體積的比率。式中M填充粉體的質量。pBBpMM粉體填充體積粉體填充體的顆粒體積14.空隙率空隙體積占粉體填充體積的比率。PBBVV1103.23.2 粉體顆粒的填充與堆積粉體顆

3、粒的填充與堆積 3.2.1. 等徑球體顆粒的規(guī)則填充 (1) 規(guī)則填充 把互相接觸的球體作為基本單元，組合成彼此平行的和相互接觸的排列，構成變化無限不同的規(guī)則的二維球層。約束的形式有二種：正方形，如圖所示；等邊三角形（菱形、六邊形）如圖所示 排列方式： 第一層： (1)正方形排列，如(a)、(b)、(c) (2)三角形排列，如(d)、(e)、(f) 第二層： (1) 在下層球的正上面排列著上層球 (2)在下層球和球的切點上排列著上層球， (3)在下層球間隙的中心上排列著上層球。等徑球體的堆積圖等徑球體顆粒的規(guī)則排列圖單元體結構圖表3-1 等徑球規(guī)則填充的結構特性排排列列名稱名稱順序順序單元體單

4、元體空隙空隙率率接觸接觸點的點的數量數量填充填充組組體積體積空隙空隙體積體積(a)立方體填充，立方體填充，立方最密填充立方最密填充110.47640.47646正方正方系系(b)正斜方體填充正斜方體填充20.8660.3430.39548(c)菱面體填充或菱面體填充或面心立方體填面心立方體填充充30.7070.18340.259412(d)正斜方體填充正斜方體填充40.8660.34240.39548六方六方系系(e)楔形四面體填楔形四面體填充充50.7500.22640.301910(f)菱面體填充或菱面體填充或六方最密填充六方最密填充60.7070.18340.2595122 隨機或不規(guī)則

5、填充隨機填充可分成下列四種類型： 1) 隨機密填充 把球倒入一個 容器中，當容器振動時或強烈的搖晃時得到的這類填充類型?？傻玫?.359到0.375的平均空隙率，該值大大超過了對應的六方密填充時的平均值0.26。 2) 隨機傾倒填充 把球倒入一個容器內，相當于工業(yè)上常見的卸出粉料和散袋物料的操作，可得到0.375到0.391的平均空隙率。 3) 隨機疏填充 把一堆松散的球放入到一個容器內，或用手一個個地隨機把球填充進去，或讓這些球一個個地滾入到如此填充的球的上方，可得到0.4到0.41的平均空隙率。 4）隨機極疏填充 最低流態(tài)化時流化床具有平均空隙率為0.46到 0.47。把流化床內流體的速度

6、緩慢地降到零，或通過球的沉降就可得到0.44的平均空隙率。 3 壁效應 壁效應：在接近固體表面的地方會使隨機填充中存在局部有序,緊挨著固體表面的顆粒常常會形成一層與表面形狀相同的料層。這種層是正方形和三角形單元聚合的混合體。3.2.2. 不同尺寸球形顆粒的填充 在規(guī)則填充的基礎上，等尺寸球之間的空隙在理論上能夠由更小的球填充，得到更高密度的集合體。3.2.3. 實際顆粒的堆積(自學) 顆粒并不總是球形的，也不都是規(guī)則堆積或完全隨機堆積的。 總堆積程度。當僅有重力作用時，容器里實際顆粒的松裝密度隨容器直徑的減小和顆粒層的高度的增加而減小。對于粗顆粒，較高的填充速度導致松密度較小。但是，對于像面粉

7、那樣的有粘聚力的細粉末，減慢供料速度可得到松散的堆積。 圖3-4空隙率與球形度之間的關系圖3-5顆粒表面粗糙度對空隙率的影響 一般地，空隙率隨球形度的降低而增加，如圖3-4所示。在松散堆積時，有棱角的顆?？障堵瘦^大，與緊密堆積的情況正好相反。表面粗糙度越高的顆粒，空隙率越大，顆粒越小，由于顆粒間的粘聚作用，使空隙率越高，這與理想狀態(tài)下顆粒尺寸與空隙率無關的說法相矛盾。因此，潮濕粉末的表觀體積隨水含量的增加而變得更大。 3.2.4 不同尺寸顆粒的最緊密堆積 在二組元的顆粒體系中，大顆粒間的間隙由小顆粒填充，以得到最緊密的堆積，混合物的單位體積內大小顆粒重量分別寫成下兩式的空隙率和密度。11111

8、pW2212)1 (1pW2121,pp式中分別為大顆粒和小顆粒設大顆粒所占質量分數用f1來表示，則對于同一種固體物料，由于單一組份的空隙率相同，即，因此大顆粒的體積分數為22111112111)1 ()1 ()1 (pppWWWf 對于同一種固體物料，由于單一組份的空隙率相同，即p1=p2=p3和1=2=3，因此大顆粒的體積分數為 式中，小顆粒完全被包含在大顆粒的母體中，此時尺寸比小于0.2。圖3-6所示為被破碎的同種物質粉末的固體二組元系中，當單一組分空隙率為0.5時，空隙率與尺寸組成之間的關系?？障堵首钚r粗顆粒的重量分數為0.67。由圖可知，空隙率隨大小顆?；旌媳榷兓☆w粒粒度越小

9、，空隙率越小 111f 對同一固體物料所組成的多組元n級顆粒填充體系中的填充情況 ，有興趣的同學可自學。作業(yè)題 將粒度尺寸分別為D1D2D3的三級顆?；旌隙逊e在一起，假定顆粒的間隙恰被次級顆粒所充滿，各級顆粒的空隙率分別為1=0.42，2=0.40，3=0.36，密度均為=2780kg/m3。試求（1）混合料的空隙率 ，（2）混合料的容積密度B，（3）各粒級的質量比1:2:3第第4 4章粉體的濕潤章粉體的濕潤 1. 1. 粉體層的液體粉體層的液體 2.2.粉體表面的濕潤性粉體表面的濕潤性 3.3.液體架橋液體架橋 4.4.液體在粉體增毛細管中的上升高度液體在粉體增毛細管中的上升高度 粉體的濕潤

10、對粉體在液體中的分散性、混合性以及液體對多孔物質的滲透性等物理化學問題等起著重要的作用。毛 細 管 上 升 液楔 形 液浸 沒 液粘 附 液4.24.2 粉體表面的濕潤性粉體表面的濕潤性 （1）粉體表面所受的力 粉體表面的潤濕性可用楊氏方程來表示。如圖4-2所示，當固液表面相接觸時，在界面處形成一個夾角，即接觸角。用它來衡量液體（如水）對固體（如無機材料）表面潤濕的程度，各種表面張力的作用關系可用楊氏方程表示為： 圖4-2 固體表面的潤濕接觸角 式中sg固體、氣體之間的表面張力sl固體、液體之間的表面張lg液體、氣體之間的表面張力液、固之間的濕潤接觸角。cosLgSLSg公式：說明：接觸角小則

11、液體容易潤濕固體表面，而接觸角大則不易潤濕，即接觸角可作為潤濕性的直觀判斷。=00為擴展?jié)櫇瘢?00 900為浸漬潤濕； 900 1800為粘附潤濕。（2）粉體表面能（所做的功） a.將固體單位表面上的液滴去掉時所要做的功為： 如圖4-3所示LSgSLgLSW 此時，固液、液氣、固氣的接觸面積相等。功WLS被叫做粘附功，將這樣的濕潤稱為粘附潤濕。如圖4-2所示，把液滴置于光滑的固體面上，當液滴為平衡狀態(tài)時，將（4-1）式代入（4-2）式，即得)cos1 (cosLgLSSLLgSLLgLSSgLgLSWW 說明：為了使液滴能粘附在固體表面上，則應使WLS0。因Lg0，所以cos1才行。WLS越

12、大，液滴越容易粘附在固體表面上。相反，WLS為負值時，固體表面則排斥液滴。 為了使粘附于固體表面上的液滴在固體表面廣泛分布，則應滿足下式cosLgLSSg 如圖4-4所示，將在固體表面上的液滴薄膜還原單位面積需要的功為圖4-4 擴展?jié)櫇竦墓?圖4-5 浸漬潤濕 )(LSLgSgLSSLLSSSL SLSSLSS 為使液體在固體表面上擴展，則應有SLS0。將SLS稱為擴展系數，像這樣的潤濕稱為擴展?jié)櫇瘛?如圖4-5所示，將浸漬在固體毛細管中的液體還原單位面積，使暴露出新的固體表面所需要的功ALS為： 將ALS稱為粘附張力，這種潤濕稱為浸漬潤濕 coscosLgLSLgLSLSSgLSA4.14.1 液體架橋液體架橋 液橋：粉體與固體或粉體顆粒之間的間隙部分存在液體時，稱為液橋。粉體處理中的液體大多是水。液橋除了可在過濾、離心分離、造粒能及其它的單元操作過程中形成外，當空氣的相對濕度超過65