粉体工程基础

2024-09-20

粉体工程基础（精选3篇）

粉体工程基础篇1

1 概述

目前, 国内外粉体喷射搅拌法的应用, 多以建筑施工较多, 在使用粉体喷射搅拌法过程中, 由于工程对象、工程环境等的不同, 应用流程与应用效果也不尽相同。所以, 在工作人员应用粉体喷射搅拌法时, 应该结合具体情况, 具体分析, 这样才能有效发挥其重要作用, 提高工作效率。在石油工业的钻井工程中, 由于钻机自身较重, 且在施工过程中需要承受钻具重量以及来自地层的摩擦力等, 所以, 对钻机基础的承载力要求较高, 尤其对松软地层及含水较高的地层提出了严峻的要求, 而粉体喷射搅拌法的应用恰好解决了这一难题, 粉体喷射搅拌法现已广泛应用于钻机基础施工过程中。在此, 笔者主要针对钻机基础施工过程应用粉体喷射搅拌法的相关问题进行探讨。

2 粉体喷射搅拌法研究

我国习惯上将固化剂为粉体时称为粉体喷射搅拌法, 用于加固饱和粘性土地基的一种新方法。一般用于含水量高, 呈流塑、软塑状态的饱和淤泥质土层。在在钻机基础施工过程中, 粉体喷射搅拌法的施工原理是利用水泥作为固化剂, 通过专用的搅拌机械, 在地基中, 将软土和固化剂强制搅拌, 使软土硬结成具有整体性、水稳定性和一定强度的水泥加固土, 凭借钻头叶片, 在原位进行强制搅拌, 形成土和掺和料的混和物, 使其产生一系列的物理和化学反映, 从而形成柱状加固体, 提高土质的稳定性能和力学性能。

当采用水泥作为固化剂时, 水泥吸水后产生水化反应和水解反应, 生成含有Ca2+的化合物, 与地层中含有的Na+和K+进行当量吸附交换, 由于吸附交换作用, 使大量的土颗粒形成较大的土团粒。随着水化反应的进行, Ca2+的数量不断增多, 当Ca2+超过上述离子交换的需要量后, 与粘土矿物中的Si O2和Al2O3进行化学反应, 生成不溶于水的微晶凝胶, 增大土的强度。微晶凝胶在土粒表面形成纤维状的结晶, 结晶面之间发生排斥, 形成“晶边——晶面”结合, 再相互侵入并将土团包裹起来, 形成水泥土独特的蜂窝状结构。在此过程中, 水泥和土搅拌越充分, 则水泥土结构的离散性就越小, 地基的承载能力就越大。

粉体喷射搅拌法具有以下优点:

2.1 可根据不同加固土的性质和需要达到桩体的要求, 利用固化材料可提高加固土的早期强度, 缩短工期, 由于固结屈服应力很大, 因此上部承重时, 不会产生固结沉降, 搅拌时不会使地基侧面挤出, 所以对周围原有地质的影响很小;

2.2 施工设备简单, 小型, 便于操作;在利用桩机操作时, 振动和噪声很小, 对周围土体无挤压作用;

2.3 按照不同地基土质的性质及工程设计要求, 合理选择固化剂及其配方, 设计比较灵活, 同时加固费用低廉, 与钢筋混凝土桩基相比, 节省了大量的钢材, 经济效果明显;

2.4 粉体喷射搅拌法由于将固化剂和原地基软土就地搅拌混合, 因而最大限度地利用了原土;

2.5 土体加固后重度基本不变, 对软弱下卧层不致产生附加沉降。

3 粉体喷射搅拌法施工中人员组成及工艺步骤

3.1 粉体喷射搅拌法施工中人员由9人组成:

3.1.1 班长1名——负责施工指挥、质量进度协调各工序之间的衔接。

3.1.2 司机工1名——正确操纵搅拌钻机的定位、下钻、观察检查机械运转情况和维修保养。

3.1.3 司泵工1名——负责空压机、电子秤以及泵送管道的正常运转和设备的保养。

3.1.4 记录员1名——记录施工中的各类数据。

3.1.5 送灰工1名——负责喷粉机的操作保养, 掌握正确喷粉。

3.1.6 送料工2名——保证灰罐中固化粉体充足。

3.1.7 电工1名——维护全部电器设备的运转、保证正常照明。

3.1.8 机械工1名——整套机械设备的运转和维修。

3.2 粉体喷射搅拌法施工工艺主要有以下几个步骤:

3.2.1 定位:

平整场地将搅拌机移到桩位调平机位、对中。

3.2.2 预搅钻进下沉

启动搅拌电机, 使钻头正向转动钻进匀速下沉至设计标高为止。

3.2.3 喷粉搅拌提升:

当深层搅拌机下沉到设计深度时开启空压机待气粉混和物到达喷口时按确定的提升速度开动桩机。

3.2.4 重复搅拌:

搅拌机喷灰反转提升至原地面以下50cm时, 关闭空压机。为使软土和固化剂搅拌均匀, 再次将搅拌机钻进下沉, 直至设计深度, 再将搅拌机按规定速度反转提升出地面。

3.2.5 移位, 准备打下一根桩。

4 钻机基础中粉体喷射搅拌法实施原则

在通过桩机进行粉体喷射搅拌法中, 一般认为含有高岭石、多水高岭石、蒙脱石等粘土矿物的软土加固效果较好, 而含有伊里石、氯化物和水铝英石等矿物的粘性土以及有机质含量高的粘性土的加固效果较差, 粉体喷射搅拌法可用于增加软土地基的承载能力, 减少沉降量, 其实施原则如下:

(1) 粉体喷射搅拌法适用于处理包括淤泥、淤泥质土、粉土、砂性土、泥炭土等各种成因的饱和软粘土, 对泥炭土、有机质含量高的粘性土, 宜通过试验确定其适用性, 加固深度主要取决于使用搅拌机的动力大小及地基反力。拟加固的软土地层厚度一般应小于7m, 进入硬土层的深度应视硬土层含水量、强度, 通过工艺桩取样试验确定, 务必保证硬上层内桩体搅拌均匀、固结良好和桩尖与硬土层的良好接触, 避免因硬土层内含水量过小、固结差而导致削弱桩体强度。

(2) 为保证桩尖成桩质量, 钻至桩底后, 钻机应在原地旋转1-2min, 打开灰罐后, 应使粉体水泥从喷嘴喷粉后才能提升。水泥干粉从钻口到喷头的时间与连接两者的皮管长度和空气压力有关, 需要由试验确定。

(3) 每根桩开钻后必须连续施工, 严格控制喷灰及停灰时间, 不得间断。严禁在采用应记录中断深度, 必须进行复打, 复打重叠段不应小于1.0m。

(5) 对使用过的钻头直径必须随时检查, 其磨损量不得大于1cm。

(6) 严格施工, 粉喷桩为隐蔽工程, 成桩质量不易认定, 极易造成喷粉量不足、进尺不够、搅拌不均匀等质量事故, 因此, 必须严格按设计参数施工。

5 结语

总而言之, 在钻机基础施工过程中, 粉体喷射搅拌法可以有效提高地基处理的质量, 提高工作效率, 其投入成本也比较小, 有利于企业提高经济效益。相信, 随着科学技术的不断发展以及粉体喷射搅拌法在实践中的不断应用, 其应用效果也将随着工作人员经验的积累而不断提高, 为钻井工程施工过程成本的降低、工期时间的缩短、各种效益的提高等都提供便利, 积极促进我国国家的建设与经济的发展。

摘要：在钻机基础施工过程中, 利用粉体喷射搅拌法, 其见效快, 经济效益高, 已被广泛应用于国内外工程实践中。本文详细论述实施粉体喷射搅拌的形成条件、加固机理、施工步骤、最后对其施工原则进行了归纳和总结。

关键词：钻机基础,粉体喷射搅拌法,应用

参考文献

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[2]杨爱珠.粉喷桩处理公路软土地基施工工艺与检测要点[J].山西建筑, 2006, 32 (3)

[3]张继文.粉喷桩工程性状试验研究.岩土力学, VoLZI, No.3

[4]袁聚云, 杨熙章.水泥土搅拌桩单桩及复合地基承载力试验研究.大坝观测与土工测试, Vol.22, No.3

粉体工程基础篇2

1.粒度：颗粒在空间范围所占大小的线性尺度。2.粒径的表示方式：（1）三轴径

以颗粒的长度l、宽度b、高度h定义的粒度平均值称为三轴平均径。（2）球当量径：（3）圆当量径：

（4）定向径（又称统计平均径）：平行于一定方向（用显微镜）测得的线度

定方向径（Feret径）dF、定方向等分径（Martin径）dM、定向最大径

3.粒度分布的概念

粒度分布是指某一粒径或某一粒径范围的颗粒在整个粉体中占多大的比例。也就是说粉体中不同粒度区间的颗粒含量。4.粒度分布的表示方式

（1）频率分布：当用个数基准表示粉体的粒度分布时，将被测粉体样品中某一粒径或某一粒径范围的颗粒的数目称为频数n，而将n与样品的颗粒总数N之比称为该粒径范围的频率f，则

fn100% N

频数n或频率f随粒径变化的关系，称为频数分布或频率分布。

（2）累积分布表示小于（或大于）某一粒径的颗粒在全部颗粒中所占的比例。按照频数或频率累积方式的不同，累积分布可分为两类：

a）负累积：将频率或频数按粒径从小到大进行累积，所得到的累积分布表示小于某一粒径的颗粒的数量或百分数。这相当于在用筛分法测粒度时，通过某一筛孔的筛下部分的百分数，这样得到的曲线又称为累积筛下分布曲线，常用D（Dp）表示。

b）正累积：将频率或频数按粒径从大到小进行累积，所得到的累积分布表示大于某一粒径的颗粒的数量或百分数。相当于用筛分法测粒度时，通过某一筛孔之后的筛余部分的百分数，这样得到的曲线又称为累积筛上分布曲线，常用R（Dp）表示。

较之频率分布，累积分布更有用。许多粒度测定技术，如筛分法、重力沉降法、离心沉淀法等，所得到的分析数据，都是以累积分布显示出来的。它的优点是消除了直径的分组，特别适用于确定中位粒径（D50：在粉体物料样品中，把样品个数（或质量）分成相等两部分的颗粒粒径）等。5.粒度分布的表达形式

列表法、图解法、函数法 6.颗粒形状

颗粒的形状是指一个颗粒的轮廓或表面上各点所构成的图像。7.形状指数（1）均齐度

颗粒两个外形尺寸的比值。a)扁平度m＝短径/厚度＝b/h b)伸长度n=长径/短径＝l/b（2）圆形度（又称轮廓比）：定义了颗粒的投影与圆接近的程度

c与颗粒投影面积相等的圆的周长

颗粒投影的周长 1（3）球形度：表示颗粒接近球体的程度

Wadell球形度W与颗粒体积相等的球的表面积

颗粒的表面积由于同体积的几何形状中，球的表面积最小，所以，颗粒的球形度小于等于1。颗粒形状与球偏离越大，颗粒的W越小。8.粗糙度系数

R粒子微观的实际表面积（＞1）

表观视为光滑粒子的宏观表面积9.粒度的测量方法

常用的粒度测量方法有显微镜法、筛分法、沉降法、激光法、点传感法、气体吸附法等。第二章颗粒群的堆积性质 1.颗粒堆积的客观结构参数

（1）容积密度ρB：单位填充体积的粉体质量，又成视密度。

B（－1）P填充粉体的质量V ＝B粉体填充体积VB式中 VB—粉体填充体积

ρP—颗粒密度

ε—空隙率

（2）填充率ψ：颗粒体积占粉体填充体积的比率

填充的颗粒体积B＝

粉体填充体积P（3）空隙率ε：空隙体积占粉体填充体积的比率

＝1－＝1－B P2.最密填充理论

（1）Horsfield填充

均一球按六方最密填充状态进行填充时，球与球间形成的空隙大小和形状有两种孔型：6个球围成的四角孔和4个球围成的三角孔。设基本均一球成为1次球（半径r1），填入四角孔中的最大球称为2次球（半径r2），填入三角孔中的最大球称为3次球（半径r3），随后再填入4次球（半径r4），5次球（半径r5），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密填充，称为Horsfield填充。（1）r2＝0.414r1（2）r3=0.225r1（3）r4=0.177r1（4）r5=0.116r1（5）最终填充结果：最终空隙率ε＝0.149×0.2594=0.039（2）Hudson填充

当一种以上的等尺寸球被填充到最紧密的六方排列的空隙中时，空隙率是随着较小球与 2 最初大球的尺寸比值而变化的，空隙率随着四方孔隙中较小球的数目的增加而减小。实际上不不是这样，因为在三角形孔隙中，球的数目是不连续的。Hudson在金属固溶体的研究中，对半径为r2的等径球填充到半径为r1的均一球六方最密填充体的空隙，当r2/r1＜0.4142时，可填充为四角孔；r2/r1＜0.2248时，可填充为三角孔，r2/r1＝0.1716时的三角孔基准填充最为紧密，最小空隙率为0.0030。这样的填充称为Hudson填充。3.粉体中颗粒间的附着力

范德华力、颗粒间的静电力、毛细管力、磁性力、机械咬合力第三章粉体力学 1.内摩擦角的确定

内摩擦角的测定方法有流出法、抽棒法、慢流法、压力法、剪切盒法等多种，最主要的是剪切盒法。2.安息角

又称休止角、堆积角、是指粉体自然堆积时，自由平面在静止平衡状态下与水平面所形成的最大角度。常用来衡量和评价粉体的流动性。对于球形颗粒，粉体的安息角较小，一般为23～28度之间，粉体的流动性好。规则颗粒的约为30度，不规则颗粒约为35度，极不规则颗粒的安息角大于40度，粉体具有较差的流动性。3.质量流与漏斗流

粉体在重力作用下自料仓流出的形式有质量流和漏斗流两种。如果料仓内整个粉体层能够大致均匀地下降流出，这种流动型式称为质量流（或整体流）。特点是“先进先出”。流动性良好或细粒散体可实现质量流。如果料仓内粉体层的区域呈漏斗形，使料流顺序紊乱，甚至有部分粉体滞留不动，造成先加入的物料后流出，即“后进先出”的后果。4.开放屈服强度和粉体流动函数 1)开放屈服强度

料仓内的粉体处在一定的压力作用下，因此，具有一定的固结强度（密实强度）。如果卸料口形成了稳定的料拱，该料拱的固结强度，即物料在自由表面上的强度就称为开放屈服强度（fc）。在预加压应力σ1作用下压实，取去圆筒，粉体试件不倒塌，说明具有一定的密实强度，这一密实强度就是开放屈服强度fc。若倒塌，则fc＝0。fc小，流动性好，不易结拱。2)粉体流动函数

粉体的固结强度在很大程度上取决于预密实状态，即开放屈服强度fc与固结主应力σ1之间存在着一定的函数关系，詹尼克将其定义为粉体的流动函数FF。FF＝σ1/fc

FF表征着仓内粉体的流动性，FF越大，粉体流动性越好。fc＝0，FF＝∞，粉体完全自由流动。

5.料斗流动因数

料斗流动因数ff来表示料斗的流动性，并定义流动因数为料斗内粉体固结主应力σ1与作用于料拱脚的最大主应力σ1之比。

ff值越小，料斗的流动条件越好。料斗设计时要尽量获得ff值小的料斗。6.偏析及其防止措施

（1）粉体流动过程中，由于颗粒间粒径、颗粒密度、颗粒形状及表面性状等的差异，粉体层的组成呈现出不均质的现象称为偏析。（2）粒度偏析类型

附着偏析、填充偏析（渗流偏析）、滚落偏析（3）偏析防止措施

a 采用多点装料，将一个料堆分成多个小料堆，可使所有各种粒度的各种组分（密度不同）能够均匀地分布在料仓的中部和边缘区域。

b采用细高料仓，即在相同料仓容积条件下，采用直径较小而高度较大的料仓，可减轻堆积分料的程度。

c采用垂直挡板将直径较大的料仓分隔成若干个小料仓，构成若干个细高料仓的组合型式。此法适用于实际使用中高度受到限制而又要满足一定料仓容量的料位设计或改造。

d在料仓中设置中央孔管，即使落料点固定不变，但由于管壁上不规则地开有若干窗孔，粉料有不同的窗孔进入料仓不同的位置，实际上就是在不断地改变落料点，收到多点装料的效果。

e采用侧孔卸料，粉料从料仓侧面的垂直孔内卸出，以获得比较均一的料流。f在卸料口加设改流体以改变流型的方法，减轻漏斗流对偏析的强化作用。7.粉体拱的类型及防拱措施（1）粉体静态拱的类型

a压缩拱：粉体因受料仓压力的作用，使固结强度增加而导致起拱。

b楔形拱：块状物料因形状不规则相互啮合达到力平衡，在孔口形成架桥。c粘结粘附拱：粘结性强的物料在含水、吸潮或静电作用而增强了物料与仓壁的粘附力所致。d气压平衡拱：料仓回转卸料器因气密性差，导致空气泄入料仓，当上下气压力达到平衡时所形成的料拱。(2)防拱措施

a改善料仓的几何形状及其尺寸。b降低料仓粉体压力。c减小料仓壁摩擦阻力。

d降低物料水分，改善粉体流动性。第四章颗粒流体力学气力输送装置可分为：

（1）吸送式：将大气与物料一起吸入管内，靠低于大气压力的气流进行输送。适用于从多个供料点把粉体输送汇集到一个点的场合。输送能力较小，压力损失也小，且吸嘴的结构简单。

（2）压送式：用高于大气压力的压缩空气推动物料进行输送。适用于把粉体从一个供料点分配输送到几个点的场合，压头损失大，输送能力大，可作长距离输送。

第五章粉碎及设备

一、粉碎的定义

固体物料在外力作用下，克服内聚力，从而使颗粒的尺寸减小，比表面积增大的过程称为粉碎。

粗碎－将物料破碎至100mm左右破碎中碎－将物料破碎至30mm左右细碎－将物料破碎至3mm左右粉碎

粗磨－将物料粉磨至0.1mm左右粉磨细磨－将物料粉磨至60m左右超细磨－将物料粉磨至5m或更小

二、粉碎比

物料粉碎前的平均粒径D与粉碎后的平均粒径d之比称为平均粉碎比。

三、粉碎流程根据不同的生产情形，粉碎流程可由不同的方式。（a）为简单的粉碎流程；（b）为带预筛分的粉碎流程；（c）为带检查筛分的粉碎流程；（d）为带预筛分和检查筛分的粉碎流程。

凡从粉碎（磨）机中卸出的物料即为产品，不带检查筛分或选粉设备的粉碎（磨）流程称为开路（或开流）流程。

凡带检查筛粉或选粉设备的粉碎（磨）流程称为闭路（圈流）流程。

四、粉碎方式和分类

粉碎方式主要有挤压粉碎、冲击粉碎、摩擦剪切粉碎和劈裂粉碎。

五、粉碎模型

（1）体积粉碎模型：整个颗粒均受到破坏，粉碎后生成物多为粒度大的中间颗粒。随着粉碎过程的进行，这些中间颗粒逐渐被粉碎成细粉成分。冲击粉碎和挤压粉碎与此模型较为接近。

（2）表面粉碎模型：在粉碎的某一时刻，仅是颗粒的表面受到破坏，被磨削下微粉成分，这一破坏基本不涉及颗粒内部。这种情形是典型的研磨和磨削粉碎方式。

（3）均一粉碎模型：施加于颗粒的作用力使颗粒产生均匀的分散性破坏，直接粉碎成微粉成分。

六、易碎性

所谓易碎性即在一定粉碎条件下，将物料从一定粒度粉碎至某一指定粒度所需的比功耗——单位质量物料从一定粒度粉碎至某一指定粒度所需的能量，或施加一定能量能使一定物料达到的粉碎细度。

七、粉碎机械力化学 1.机械力化学概念

在粉碎过程中，不仅颗粒的尺寸逐渐变小，比表面积不断增大，而且其内部结构、物理化学性质以及化学反应性也相应产生一系列的变化，此即为粉碎机械力化学现象。2.助磨剂助磨作用

（1）助磨剂分子吸附于固体颗粒表面上，改变了颗粒的结构性质，从而降低颗粒的强度或硬度。

（2）助磨剂吸附于固体颗粒表面上，减小了颗粒的表面力。

（3）添加助磨剂，使物料颗粒的表面自由能和晶格畸变程度减小，促使颗粒软化；助磨剂吸附在颗粒表面上能平衡因粉碎产生的不饱和价键，防止颗粒再度聚结，从而抑制粉碎逆过程的进行。以上两者均可加速粉碎，产生助磨作用。

八、破碎设备 1.颚式破碎机

（1）根据其动颚的运动特征颚式破碎机可分为简单摆动、复杂摆动和综合摆动型三种型式。

（2）颚式破碎机的规格用进料口的宽度和长度来表示，如PEJ1500×2100颚式破碎机，即表示进料口宽度为1500mm，长度为2100mm的简单颚式破碎机。PEJ为简单颚式破碎机，PEF为复杂颚式破碎机。（3）颚式破碎机的构造

颚式破碎机主要由机架和制成装置、破碎部件、传动机构、拉紧机构、调整机构、保险装置和润滑冷却系统等部件组成。

调整装置：为了得到所需要的产品粒度，颚式破碎机都有出料口的调整装置。大、中型破碎机出料口宽度是由使用不同长度的推力板来调整；小型颚式破碎机通常采用楔铁调整方法。

保险装置：一般颚式破碎机的安全装置是将推力板分成两段，中间用螺栓连结，设计 5 时适当减弱螺栓的强度；也有在推力板上开孔或采用铸铁制造，推力板的最小断面尺寸是根据破碎机在超负荷时能自行断裂而设计的。当破碎机过载时，螺栓即被切断或推力板折断，动颚即停止摆动。

（4）工作参数的确定

钳角：颚式破碎机动颚与定颚之间的夹角。减小钳角可增加破碎机的生产能力，但会导致破碎比减小；反之，增大钳角可增大破碎比，但会降低生产能力，同时，落在颚腔中的物料不易夹牢，有被推出机外的危险。2.锤式破碎机

（1）锤式破碎机的规格用转子的直径（mm）×长度（mm）来表示，如φ2000mm×1200mm锤式破碎机表示破碎机的转子直径为2000mm，转子长度为1200mm。

（2）锤子是自由悬挂的，当遇到难碎物时，能沿销轴回转，起到保护作用，因而避免机械损坏。另外，在传动装置上还装有专门的保险装置，利用保险销钉在过载时被剪断，使电动机与破碎机转子脱开从而起到保护作用。3.反击式破碎机（1）工作原理

反击式破碎机的主要工作部件为带有板锤的高速转子。喂入机内的物料在转子回转范围（即锤击区）内受到板锤冲击，并被高速抛向反击板再次受到冲击，然后又从反击板弹回到板锤，重复上述过程。在如此往返过程中，物料之间还有相互撞击作用。由于物料受到板锤的打击、与反击板的冲击及物料之间的相互碰撞，物料内的裂纹不断扩大并产生新的裂缝，最终导致粉碎。当物料粒度小于反击板与板锤之间的缝隙时即被卸出。

反击式破碎机的规格用转子直径（mm）×长度（mm）表示。

（2）反击装置通常带有卸料间隙调整机构，通过调整卸料间隙可改变冲击次数，从而在一定程度上改变产品的粒度组成。在破碎腔内进入难碎物时，反击板可绕悬挂点适当摆动，增大它与板锤之间的间隙，当难碎物通过后，它又迅速恢复至原位。因此，这种结构还起着保险作用。

九、球磨机 1.工作原理

当磨机一不同转速回转时，筒体内的研磨体可能出现三种基本情况。

（1）周转状态：表示转速太快，研磨体与物料帖附筒体上一道运转。研磨体对物料起不到冲击和研磨作用。（2）倾泻状态：表示转速太慢，研磨体和物料因摩擦力被筒体带到等于摩擦角的高度时，研磨体和物料就下滑。对物料有研磨作用，但对物料没有冲击作用，因而使粉磨效率不佳。（3）抛落状态：表示转速比较适中，研磨体提升到一定高度后抛落下来。研磨体对物料有较大的冲击和研磨作用，粉磨效果较好。2.球磨机的构造（1）筒体

磨门：筒体上的每一个仓都开设一个磨门（又称人孔）。设置磨门是为了便于镶嵌衬板、6 装填或倒出研磨体、停磨检查磨机的情况等。（2）衬板

衬板的作用是保护筒体，使筒体免受研磨体和物料的直接冲击和摩擦；另外，利用不同形式的衬板可调整磨内各仓研磨体的运动状态。类型主要有平衬板、压条衬板、凸棱衬板、波形衬板、阶梯衬板等。（3）隔仓板

作用是a.分隔研磨体；b.防止大颗粒物料窜出料端；c.控制磨内物料流速。第六章分级与分离

一、基本概念

1.利用分离特性将成分不同的混合物或相混合物（例如气——固相、液——固相）分成成分或相组分不同的两部分或两部分以上的过程称为分离。

2.分离效率

分离后获得的某种成分的质量与分离前粉体中所含该成分的质量之比称为分离效率。3.分级粒径

分级粒径也称切割粒径，将部分分离效率为50％的粒径称为切割粒径。

二、机械分级设备（筛分）

（1）定义：把固体颗粒置于具有一定大小孔径或缝隙的筛面上，使通过筛孔的成为筛下料，被截留在筛面上的成为筛上料，这种分级方式称为筛分。（2）筛序：

由粗到细的筛序、由细到粗的筛序、混合筛序。（3）筛制：公制和英制

三、颗粒流体系统分级设备 1.气流分级机的分级过程：

（1）分散：将附着或凝聚在一起的颗粒聚集体分散成单个颗粒；

（2）分离：组合各种力的作用，使颗粒获得速度差，实现粗、细颗粒的分离；（3）捕集：从气流重分离与捕集颗粒；（4）卸出。2.离心式分级机（1）工作原理

物料由加料管经中轴周围落至撒料盘上，受离心惯性力作用向周围抛出。在气流中，较粗颗粒迅速撞到内筒内壁，失去速度沿壁滑下。其余较小颗粒随气流向上经小风叶时，又有一部分颗粒被抛向内筒壁被收下。更小的颗粒穿过小风叶，在大风叶的作用下经内筒顶上出口进入两筒之间的环形区域，由于通道扩大，气流速度降低，同时外旋气流产生的离心力使细小颗粒离心沉降到外筒内壁并沿壁下沉，最后由细粉出口排出。内筒收下的粗粉由粗粉出口排出。

改变主轴转速、大小风叶片数或档风板位置即可调节选粉细度。3.旋风式选粉机

（1）构造和工作原理

在选粉室8的周围均匀分布着6～8个旋风分离器。小风叶9和撒料盘10一起固定在选粉室顶盖中央的旋转轴4上，由电动机1经皮带传动装置2、3带动旋转。空气在离心风机19的作用下以切线方向进入选粉机，经滴流装置11的间隙旋转上升进入选粉室（分级室）。物料由进料管5落到撒料盘后向四周甩出与上升气流相遇。物料中的粗颗粒由于质量大，受撒料盘及小风叶作用时而产生的离心惯性力大，被甩向选粉室内壁而落下，至滴流装置处与此处的上升气流相遇，再次分选。粗粉最后落到内锥筒下部经粗粉出口排出。物料中的细颗粒因质量小，进入选粉室后被上升气流带入旋风分离器7被收集下来落入外锥筒，经细粉出口管8排出。气固分离后的净化空气出旋风分离器后经集风管6和导风管14返回风机19，形成了选粉室外部气流循环。循环风量可由气阀16调节。支管调节气阀17用于调节经支风管15直接进入旋风分离器（不经选粉室）的风量与经滴流装置进入选粉室的风量之比，控制选粉室内的上升气流速度，借此可有效调节分级产品粒度。改变撒料盘转速和小风叶数量也可单独调节细度，但通常主要靠调节气流速度的气阀来控制细度，这种调节方法方便且稳定。

4.高效选粉机

第三代新型高效选粉机，采用新的分级机理，其主要特点是选粉气流为涡旋气流。（1）O-Sepa选粉机工作原理

物料通过料管9喂入，撒料盘将物料抛出，经缓冲板撞击失去动能，均匀地沿导流叶片内侧自由下落到分级区内，形成一垂直料幕。根据气流离心力和向心力的平衡，物料产生分级。合格的细粉随气流一起穿过转子而排出，最后由收尘器收集下来成为成品，粗粉落入锥形料斗并进一步受来自三次风管的空气的清洗，分选出贴附在粗颗粒上的细粉。细粉随三次风上升，粗粉则卸出。

（2）O-Sepa选粉机分级原理

在选粉机内，粉体颗粒随气流作涡旋运动，颗粒切线方向的分速度为vt，颗粒受沿旋流半径向外的离心力Fr的作用；另一方面，按切线方向进入的空气从中心管排出，在作旋回运动的同时，保持向心分速度vr，产生向内的作用力FR，颗粒与气流的相对速度为Ur。当Fr>FR时，颗粒向外运动成为粗粉；当Fr

四、固气分离设备

1.收尘器的分类及特点按分离原理可分为：

A.重力收尘器：利用重力使粉尘颗粒沉降至器底，如沉降室等。能收集的粉尘粒径在50微米以上。

B.惯性收尘器：利用气流运行方向突然改变时其中的固体颗粒的惯性运动而与气体分离，如百叶窗收尘器等。分离粒径一般大于30微米。

C.离心收尘器：在旋转的气固两相流中利用固体颗粒的离心惯性力作用使之从气体中分离出来，如旋风收尘器。分离粒径可达5微米。

D.过滤收尘器：含尘气体通过多孔层过滤介质时，由于阻挡、吸附、扩散等作用而将固体颗粒截留下来，如袋式收尘器、颗粒层收尘器等。分离粒径可达1微米。E.电收尘器：在高压电场下，利用静电作用使颗粒带电从而将其捕集下来，如各种静

－电收尘器。分离粒径可达102微米。

2.旋风收尘器（1）工作原理

含尘气体从进风管以较高速度（一般为12～25m/s）沿外圆筒的切线方向进入直筒2并进行旋转运动。含尘气体在旋转过程中产生较大的离心力，由于颗粒的惯性比空气大得多，因此将大部分颗粒甩向筒壁，颗粒离心沉降至筒壁后失去动能沿壁面滑下与气体风开，经锥体3排入贮灰箱4内，积集在贮灰箱中的粉料经闸门自动卸出。当旋转气流的外旋流Ⅰ向下旋转到圆锥部分时，随圆锥变小而向中心逐渐靠近，气流到达锥体下端时便开始上升，形成一股自下而上的内旋气流Ⅱ，并经中心排气管6从顶部作为净化气体排出。3.袋式收尘器

（1）工作原理与特点

一种利用多孔纤维滤布将含尘气体中的粉尘过滤出来的收尘设备。因为滤布做成袋形，所以一般称为袋式收尘器或袋式除尘器。

含尘气体通过滤布层时，粉尘被阻留，空气则通过滤布纤维间的微孔排走气体中大于滤布孔眼的尘粒被滤布阻留，这与筛分作用相同。对于1～10微米的小于滤布孔径的颗粒，当气体沿着曲折的织物毛孔通过时，尘粒由于本身的惯性作用撞击于纤维上失去能量而贴附在滤布上。小于1微米的微细颗粒则由于尘粒本身的扩散作用及静电作用，通过滤布时，因孔径小于热运动的自由径，使尘粒与滤布纤维碰撞而黏附于滤布上，因此，微小的颗粒也能被捕集下来。

在过滤过程中，由于滤布表面及内部粉尘搭拱，不断堆积，形成一层由尘粒组成的粉尘层，显著地强化了过滤作用，气体中的粉尘几乎被全部过滤下来。

4.电收尘器（1）工作原理

将平板1（或圆管壁）和导线6分别接至高压直流电源的正极（阳极）和负极（阴极）。电收尘器的正极称为沉积极或集尘极，负极称为电晕极。在两极间产生不均匀电场。当电压升高至一定值时，在阴极附近的电场强度促使气体发生碰撞电离，形成正、负离子。随着电压继续增大，在阴极导线周围2～3mm范围内发生电晕放电，这时，气体生成大量离子。由于在电晕极附近的阳离子趋向电晕极的路程极短，速度低，碰到粉尘的机会较少，因此绝大部分粉尘与飞翔的阴离相撞而带负电，飞向集尘极，如图，只有极少量的尘粒沉积于电晕极。定期振打集尘极及电晕极使积尘掉落，最后从下部灰斗排出。

五、固液分离 1.过滤

用过滤介质捕集分离液体中不溶性悬浊颗粒的操作称为过滤。以重力、压力和离心力作推进力。按用途可分为：

（1）滤饼过滤：悬浊液的浓度相当高，在过滤介质表面上形成的滤饼中，如有1％以上的固体颗粒，约占3％～20％的体积起过滤作用者称为滤饼过滤。

（2）澄清过滤：当过滤0.1％以下至百万分之几的极薄悬浊液时，颗粒被捕收于过滤介质的内部或表面，几乎不生成滤饼，其目的在于提取澄清液，故称澄清过滤。第七章混合与造粒

一、混合定义

粉体的混合是指两种或两种以上的组分，按不同的目的，用选定的混合机均匀地混合在一起，其过程称为混合，产品称为混合。这种操作又称为均化过程。

二、混合机理

（1）移动混合——粒子成团地移动；

（2）扩散混合——把粒子撒到新出现的粉体面上；（3）剪切混合——粉体内形成滑移面。

三、混合过程

混合与偏析是相反的两个过程。一正一反，反复进行，最后达到混合偏析的平衡。所谓偏析，是物料的分离过程。若物料的特性差别很大，如密度、粒度或形状具有相当大差别的颗粒，其偏析程度就大。故在某种情况下，对物料进行预处理，就可降低物料的偏析。

物料混合的前期，进行迅速的混合，达到最佳混合状态，而混合的后期，则会产生偏析，一般再不能达到最初的最佳混合状态。因此，对于不同的物料，掌握其最佳混合时间是至关重要的。

四、混合机械及设备 1.浆料搅拌机分类

1)按搅拌动力分：机械搅拌和气力搅拌。机械搅拌是利用适当形状的浆叶在料浆中的运动来达到搅拌的目的；气力搅拌是利用压缩空气通入浆池使料浆受到搅拌。2)按搅拌浆叶的配置分：水平和立式。水平多做混合或碎解物料用；立式多做搅拌用。3)按搅拌浆叶的形式分：桨式、框式、螺旋桨式、锚式和涡轮式等。如图。4)按浆叶运动特点分：定轴转动和行星转动。2.粉料混合机

1)螺旋式混合机

螺旋式混合机用于干粉料的混合、增湿或潮解黏土等，可分为单轴和双轴两种类型。单轴螺旋式混合机。由U型料槽

1、主轴

2、紧固在主轴的不连续螺旋浆叶3（或带式螺旋叶）以及带动主轴转动的驱动装置组成。

双轴螺旋式混合机。料槽3内装有两根带有螺旋浆叶的轴1和轴2。动轴1由电动机4通过减速器5带动，而从动轴2通过齿数相同的齿轮副6传动。螺旋轴转速一般为20～40r/min。

按料槽内料流方向的不同，双轴螺旋式混合机有并流式和逆流式两类。并流混合时，两轴转向相反，螺旋浆叶的旋向也相反，物料沿同一方向并流推送；逆流混合时，两轴转向相反，螺旋浆叶旋向相同，使物料往返受到较长时间的混合。两轴转速不同，送往卸料口的速度比反向流动的速度快，使物料最终移向卸料口卸出。

可用改变浆叶角度来调节物料通过混合机混合机的速度，从而调节混合程度。当需要充分混合时，则采用逆流式混合机。当用作干料混合时浆叶转向宜由里向外壁方向转动，增湿混合则宜由外壁向里转。

五、凝聚的结合机理

为了使颗粒凝聚，颗粒间必须有结合力的作用。其可能的机理有：

（1）固体架桥：由于烧结、熔融、化学反应使一个颗粒的分子向另一个颗粒扩散。（2）液体架桥和毛细管压强：在液体架桥中，界面力和毛细管压强可产生强键合作用，但如果液体蒸发则此种结合会消失。

（3）不可自由移动结合剂架桥处的粘附合内聚力：如焦油等高黏度结合介质能形成合固体架桥非常相似的结合力，其吸附层是固定在某些环境下能促进细粉粒的结合。

（4）固体粒子间的吸引力：如固体颗粒间距离足够短，则静电力、磁力、范德华力，可以导致粉粒黏附在一起。