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1、第三章第三章 粉体密度及流动性粉体密度及流动性1第一节第一节 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积单位体积粉体的质量。粉体的质量。粉体的密度根据所指的体积不同分为：粉体的密度根据所指的体积不同分为： 真密度、颗粒密度、松密度真密度、颗粒密度、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 材料在绝对密实状态下，单位体积的质量材料在绝对密实状态下，单位体积的质量是指粉体质量（是指粉体质量（w）除以不包括颗粒内外空隙）除以不包括颗粒内外空隙的体积（真体积的体积（真体积Vt）求得的密度。）求得的
2、密度。t = w/Vt32、颗粒密度（、颗粒密度（granule density) g是指粉体质量除以包括开口细孔与封闭细孔在是指粉体质量除以包括开口细孔与封闭细孔在内的内的颗粒体积颗粒体积Vg所求得密度。所求得密度。g = w/Vg4指粉体质量除以该粉体所占容器的体积指粉体质量除以该粉体所占容器的体积V（堆积体堆积体积：包括颗粒体积及颗粒之间空隙的体积积：包括颗粒体积及颗粒之间空隙的体积）求得的）求得的密度，亦称密度，亦称堆积密度堆积密度(表观密度、容积密度表观密度、容积密度)。3、松密度（、松密度（bulk density) bb= w/V5填充粉体时，经一定规律振动或轻敲后测得填充粉体时
3、，经一定规律振动或轻敲后测得的密度称的密度称振实密度（振实密度（tap density） bt。4、振实密度（、振实密度（tap density） btbt= w/V若颗粒致密，无细孔和孔洞，则若颗粒致密，无细孔和孔洞，则t = g 一般：一般： t g bt b6（一）真密度与颗粒粒度的测定：（一）真密度与颗粒粒度的测定： 常用的方法是用液体或气体将粉体置换的方法。常用的方法是用液体或气体将粉体置换的方法。 液浸法：液浸法：采用加热或减压脱气法测定粉体所排开采用加热或减压脱气法测定粉体所排开 的液体体积，即为粉体的真体积。的液体体积，即为粉体的真体积。二、粉体密度的测定方法二、粉体密度的测定
4、方法7比重瓶法比重瓶法测量原理：测量原理：将粉体置于加有液体介质的容器中，并让液将粉体置于加有液体介质的容器中，并让液体介质充分浸透到粉体颗粒的开孔中。根据阿基米体介质充分浸透到粉体颗粒的开孔中。根据阿基米 德原理，测出粉体的颗粒体积，进而计算出单位颗粒德原理，测出粉体的颗粒体积，进而计算出单位颗粒体积的质量。体积的质量。比重瓶法测定基本步骤：比重瓶法测定基本步骤：（1）比重瓶体积的标定）比重瓶体积的标定（2）粉体质量的称量）粉体质量的称量（3）粉体体积的测定）粉体体积的测定8将粉体装入容器中所测得的体积包括粉体真体积、将粉体装入容器中所测得的体积包括粉体真体积、粒子内空隙、粒子间空隙等。粒子
5、内空隙、粒子间空隙等。测量容器的形状、大小、物料的装填速度及装填测量容器的形状、大小、物料的装填速度及装填方式等均影响粉体体积。方式等均影响粉体体积。不施加外力时所测得的密度为不施加外力时所测得的密度为松密度松密度施加外力而使粉体处于最紧充填状态下所测得的施加外力而使粉体处于最紧充填状态下所测得的密度是密度是振实密度振实密度。（二）松密度与振实密度的测定（二）松密度与振实密度的测定9松装密度测定装置一松装密度测定装置一(a) 装配图装配图 (b) 流速漏斗流速漏斗 (c) 量杯量杯 10松装密度测定装置二松装密度测定装置二(1) 漏斗漏斗(2) 阻尼箱阻尼箱(3) 阻尼隔板阻尼隔板(4) 量杯
6、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 粒子间空隙率粒子间空隙率 间间= （ V-Vg ） / V = 1- b/ g 总空隙率总空隙率 总总= （ V -Vt ） / V =1- b/ t三、粉体的空隙率三、粉体的空隙率12在一定填充状态下，颗粒体积占粉体体积的比率在一定填充状态下，颗粒体积占粉体体积的比率 四、粉体的填充率四、粉体的填充率 13第二节第二节 粉体的流动性粉体的流动性粉体的流动性（粉体的流动性（flowability）与粒子
7、的形状、大小、）与粒子的形状、大小、表面状态、密度、空隙率等有关。表面状态、密度、空隙率等有关。粉体的流动包括粉体的流动包括重力流动、压缩流动、流态化流重力流动、压缩流动、流态化流动动等。等。一、粉体的流动性一、粉体的流动性14种类种类现象或操作现象或操作流动性的评价方法流动性的评价方法重力流动重力流动瓶或加料斗中的流出瓶或加料斗中的流出旋转容器型混合器，充填旋转容器型混合器，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，流出界限孔径振动流动振动流动振动加料，振动筛振动加料，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，表观密度压缩度，表观密度
8、压缩流动压缩流动压缩成形（压片）压缩成形（压片）压缩度，壁面摩擦角压缩度，壁面摩擦角内部摩擦角内部摩擦角流态化流动流态化流动流化层干燥，流化层造粒流化层干燥，流化层造粒颗粒或片剂的空气输送颗粒或片剂的空气输送休止角，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动即颗粒群从运动状态变为静止状态所形粉体流动即颗粒群从运动状态变为静止状态所形成的角是表征粉体流动状况的重要参数。成的角是表征粉体流动状况的重要参数。 由于颗粒间的摩擦力和内聚力而形成的角统称为由于颗粒间的摩擦力和内聚力而形成的角统称为摩擦角。摩擦角。 二、粉体流动性的评价与测定方法二、粉体流动性的评价与测定方法16
9、休止角是粉体堆积层的自由斜面在静止的平衡状休止角是粉体堆积层的自由斜面在静止的平衡状态下，与水平面所形成的态下，与水平面所形成的夹角夹角。用用 表示，表示， 越小流动性越好越小流动性越好 可视为粉体的可视为粉体的“粘度粘度” 常用的测定方法：常用的测定方法：注入法注入法排出法排出法倾斜角法倾斜角法1、休止角（安息角）、休止角（安息角）( angle of repose) 17休止角的测定方法休止角的测定方法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圆盘中心上，直到粉体堆的圆盘中心上，直到粉体堆积层斜边的物料沿圆盘边缘积层斜边的物料沿圆盘边缘自动流出为止，停止注入，自动流出为止，停止
10、注入，测定休止角测定休止角。tan =h/r18崩塌角：崩塌角：测定休止角后，将重物至某定高处自由测定休止角后，将重物至某定高处自由 落下，使料堆产生振动，此时形成的锥角。落下，使料堆产生振动，此时形成的锥角。差角：差角：休止角崩塌角休止角崩塌角19对于细颗粒，安息角与粉体从容器流出的速度、对于细颗粒，安息角与粉体从容器流出的速度、容器的提升速度、转筒的旋转速度有关。容器的提升速度、转筒的旋转速度有关。安息角不是细颗粒的基本物性安息角不是细颗粒的基本物性几点讨论：几点讨论：球形颗粒：球形颗粒： a =2328，流动性好。，流动性好。规则颗粒：规则颗粒： a30， 流动性较好。流动性较好。不规则
11、颗粒：不规则颗粒： a 35， 流动性一般。流动性一般。极不规则颗粒：极不规则颗粒：a 40， 流动性差。流动性差。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，其休止角颗粒的形状，粒子越接近于球形，其休止角 越小越小（2） 颗粒的大小颗粒的大小（3 ）粉体的填充状态）粉体的填充状态 对于不同粉体，空隙率越大，填充越困难，休止角越大对于不同粉体，空隙率越大，填充越困难，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）对于同种粉体，空隙率越小，休止角越大（接触点增多）（4） 振动振动（5） 粉料中通入压缩空气时，休止角显著地减小粉料中通入压缩空气时，休止
12、角显著地减小21是将物料加入漏斗中，测量全部物料流出所需的时是将物料加入漏斗中，测量全部物料流出所需的时间，即为流出速度。间，即为流出速度。粉体流动性差时可加入粉体流动性差时可加入100 m的玻璃球助流。的玻璃球助流。流出速度越大，粉体流动性越好。流出速度越大，粉体流动性越好。 2、 流出速度流出速度(flow velocity) 22流出速度的测定流出速度的测定M：流出粉体的总质量：流出粉体的总质量S：粉体比表面积：粉体比表面积R：粗糙度系数：粗糙度系数S0：小孔面积：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进行造粒，以减少粒子间的接触点数，降低对于粘附性的粉状粒子进行造
13、粒，以减少粒子间的接触点数，降低粒子间的附着力、凝聚力。粒子间的附着力、凝聚力。2.粒子形态及表面粗糙度粒子形态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间的作用力。适当干燥有利于减弱粒子间的作用力。4.加入助流剂的影响加入助流剂的影响加入加入0.5%2%滑石粉、微粉硅胶等助流剂可大大改善粉滑石粉、微粉硅胶等助流剂可大大改善粉体的流动性。但过多使用反而增加阻力。体的流动性。但过多使用反而增加阻力。粉体流动性的影响因素与改善方法粉体流动性的影响因素与改善方法243、内摩擦角、内摩擦角l粉体层受
14、力小，粉体层外观上不产生变化粉体层受力小，粉体层外观上不产生变化l作用力达到极限应力，粉体层突然崩坏作用力达到极限应力，粉体层突然崩坏l极限应力状态，由一对正压力和剪应力组成极限应力状态，由一对正压力和剪应力组成l在粉体层任意面上加一垂直应力，并逐渐增在粉体层任意面上加一垂直应力，并逐渐增 加该层面的剪应力，加该层面的剪应力， 当剪应力达到某一值时，当剪应力达到某一值时， 粉体层将沿此面滑移。粉体层将沿此面滑移。25库仑定律：库仑定律：在粉体层中，压应力和剪应力之间有在粉体层中，压应力和剪应力之间有一个引起破坏的极限。一个引起破坏的极限。即在粉体层的任意面上加一定的垂直应力，若沿即在粉体层的任
15、意面上加一定的垂直应力，若沿这一面的剪应力逐渐增加，当剪应力达到某一这一面的剪应力逐渐增加，当剪应力达到某一值时，粉体沿此面产生滑移。值时，粉体沿此面产生滑移。微元体在力作用下的变微元体在力作用下的变形与运动形与运动26库仑定律库仑定律实验表明，粉体开始滑移时，滑移面上的切应力实验表明，粉体开始滑移时，滑移面上的切应力 是正应力是正应力的函数的函数当粉体开始滑移时，若滑移面上的切应力当粉体开始滑移时，若滑移面上的切应力与正应与正应 力力成正比成正比27C：初抗剪强度，与颗粒间附着力有关：初抗剪强度，与颗粒间附着力有关C=0，可忽视粉体颗粒间的附着力，因此流动性好，可忽视粉体颗粒间的附着力，因此
16、流动性好C0，属于粘性粉体。，属于粘性粉体。影响初抗剪强度的因素影响初抗剪强度的因素：温度，粒度及粒度分布，：温度，粒度及粒度分布，存放时间和填充程度等。长期存放时间，存放时间和填充程度等。长期存放时间，C急剧增急剧增加；振动，加；振动，C急剧增加。急剧增加。 28内摩擦角：内摩擦角：粉体层上任意一点的应力关系粉体层上任意一点的应力关系 NFNGF物体在平面或斜面运动示意图物体在平面或斜面运动示意图29莫尔圆：莫尔圆：用二元应力系分析粉体层中某一点的应力用二元应力系分析粉体层中某一点的应力状态，根据莫尔理论，在粉体层内任意一点上的压状态，根据莫尔理论，在粉体层内任意一点上的压应力应力 ，剪应力，剪应力，可用最大主应力，可用最大主应力 1 、最小主应、最小主应力力 3 ，以及，以及 、 的作用面和的作用面和 1的作用面之间的夹的作用面之间的夹角角来表示，来表示，粉体层相对应力的莫尔圆粉体层相对应力的莫尔圆 3031库仑粉体：库仑粉体：符合库仑定律的粉体符合库仑定律的粉体粉体流动和临界流动的充要条件粉体流动和临界流动的充要条件莫尔莫尔- -库仑定律：库仑定律：粉体内任一点的莫尔应力圆在粉体
