粉体的混合与造粒(精简版).ppt

定义：混合是粉体工程的重要单元操作，通过机械的或流体的方法，使不同物理性质（如粒度、密度等）和化学性质（如组成）的颗粒在宏观上分布均匀的过程，亦叫均化对液体而言，即为搅拌对塑性体而言，即为捏合,7.1 粉体的混合,均 化,两种或两种以上的粉体（固固相）。如水泥生料的预均化,捏合混练,搅拌,混合,少量固体或液体在另一种液体中的均匀分布（固液相）。如泥浆的搅拌,对塑性体的均化。如真空练泥,目的与意义 粉体混合过程的目的与意义是多种多样的，不同的场合及用途各不相同：（1）在玻璃生产中，有两个混合过程，即配合料的粉体混合和熔融玻璃的粘性流体的均化，以达到所要求的化学成分均匀；（2）陶瓷原料的均化是为固相反应创造条件，并获得均质的制品；（3）水泥工业原料的预均化和半成品的均化，有利于化学反应和提高产品的质量均有较大的意义；（4）绘画颜料和涂料用颜料的调制，合成树脂同颜料粉末的混合则是为了调色。,均化,得到均质的产品,物料物化性质的分布均匀,提高制品的质量,1、均化过程 均化前期：均化速度较快，颗粒间迅速混合，并达到最佳混合状态；均化后期：均化速度慢，随着混合的进行，反而向反方向变化，效果恶化，一般不能再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。,7.1.1 粉体混合的理论基础,混合,偏析,动态平衡,偏析：因粉体间团聚及静电效应等原因，在粉体均化过程中产生逆均化的现象，称为偏析，也称反均化。偏析是物料的分离过程，若物料的特性差别较大，如密度、粒度或形状具有相当大的差别的物料，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在混合过程中，存在两个相反的过程：混合和偏析，一正一反，反复进行，最终达到混合-偏析的动态平衡，整个过程是两种作用共存的过程。实际的情况往往是混合质量先达到一最高值，然后又下降而趋于平衡，平衡的建立基于一定的条件，适当改变条件可以使平衡向着有利于均化的方向转化，从而改善混合操作,2、均化过程机理 根据固体粒子在均化设备内的混合运动状态，其均化机理主要有如下三种：（1）移动混合由于混合机工作表面对物料的相对运动，物料在外力作用下，产生类似于流体的骚动，所有颗粒在混合机内由一处向另一处作相对运动，位置发生了转移，产生了整体的流动。（2）扩散混合将分离的颗粒（或单个颗粒）撒布在不断展现的新生料面上，如同一般扩散作用那样，颗粒在新生表面上作微弱的移动，使各组分的颗粒在局部范围扩散，达到了均匀分布（相邻粒子相互改变位置所引起的局部混合）（3）剪切混合 在物料团块（堆）内部，由于颗粒间的互相滑移和冲撞作用形成了滑移面，就象薄层状流体相互混合和掺和，引起了局部混合,以上三种混合作用中，前两种是属于大规模随机移动，第三种是小规模随机移动，但各种物料在混合机进行混合时，以上三种机理均起作用，只不过以某一种机理起主导作用。,3、混合状态 固体粒子的混合过程要比流体复杂得多，对固体粒子混合的研究水平，远不及流体的搅拌。因此，要详尽而准确地描绘出混和状态非常困难，在此以混合状态模型加以说明：,应该认为，工业上的混合过程是一种“随机事件”，工业混合也称为“概率混合”，它所能达到的最佳程度称为“随机完全混合”。,黑白粒子数量各为50,4、均化效果评价,检验标准：粉体混合物微观上不均 质的程度(以长度、面积或体积表示)单位混合长度：以长度表示 由于粉体混合物为物理混合，宏观 是均质，而微观却并不均质。,4、混合效果的评价,混合均匀性概念在混合过程中，根据混合的目的，要求混合物中一种或几种组分的浓度或其它物理性质的有一定的均匀性，为了评价混合质量的好坏，提出了分离尺度和分离强度的概念在整个混合过程中，整个物料体积不断地被分割成大量局部小区域，这些局区域的组分浓度高于或低于物料平均浓度Cm；在混合过程中，同时进行着高浓度组分区域和低浓度组分区域之间的物质传递分配在某一特定局部区域内，浓度C可视为定值；但对各个不同的局部区域，C又是一个变量，因此可用分离尺度和分离强度来说明混合的完善程度,4、混合效果的评价,混合均匀性概念分离尺度是指上述各个局部小区域体积的平均值，从一个方面反映了混合物的均匀性，分离尺度愈大，表示混合的均匀性愈差分离强度是指上述各局部区域内的浓度与整个混合物平均浓度之间的偏差，反应了混合均匀性的另一方面，混合的分离强度愈大，则表示混合的均匀性愈差。,上述局部区域的大小是一个随机变量，要完全描述分离尺度，须知道这些局部区域体积的概率分布函数，局部区域浓度偏差亦如此，因此用纯数学方法处理是有困难的，一般采用抽样检查的统计方法故需规定一定的试样大小，并要试样的浓度值C的平均偏差值应小于某个规定的最大值，此最大偏差值称为容许偏差，而规定的取样大小，则称为检验尺度，若混合物符合下列条件之一，则可认为混合是合格的：分离尺度小于检验尺度，且分离强度小于容许偏差分离尺度虽大于容许偏差，但分离尺度充分小于检验尺度，足以补偿前者分离强度虽大于容许偏差，但分离尺度充分小于检验尺度，足以补偿前者,这样，一定尺度的试样的浓度偏差平均值，可以作为混合物质量的鉴别标准衡量混合料的混合质量，通常是取若干试样地行分析测定，这些在任意点的随机取样中的某组分的浓度值是一个随机变量，具有一定偶然性，但从总体上遵循一定的统计规律,4、均化效果的评价,描述混合均匀度的特征数学量：合格率 标准偏差 离散度 均匀度 混合指数 混合速度,（1）样品合格率 合格率的实际含义是：若干个样品在规定质量标准上下限之内的百分率，即一定范围内的合格率。举例：,若某一成份的合格含量为9094之间，则上述两组样品的合格率均为60，样品平均值分别为X192.58、X292.03。如用合格率表征，两者结果相同，但实际上，第1组的波动幅度大，其均化效果明显比第2组差。局限性：样品合格率仅反映一定范围内样品的波动情况，但并不能完全反应全部样品的波动幅度，更没有提供全部样品中各种波动幅度的分布情况，因此，需采用其他更为有效的评价方法。,2、标准偏差的含义及应用 标准偏差又称标准离差或标准差，是数理统计学中一个数学概念。为正确理解和使用它，先介绍相关的基本概念。（1）数据整理的基本概念 生产中，常遇到一堆数据，这些数据有两个特性：一是波动；二是有一定的规律。为了要从这些波动的数据中，寻找出其规律性，需理解以下名词术语的定义：（a）总体和个体 数理统计所研究的对象的整体称为总体。总体内的一个单元称为个体。总体代表整个对象，含有很多个体，甚至无穷多，不可能一一考察。（b）样本 总体的一部分叫做样本或样品。统计方法就是解决如何从样本来分析总体的问题。,（2）样品均值、标准偏差和波动范围（a）样品均值 抽出一个样本（一组样品），得到一批数据，每组数据的算术平均值称为“样品均值”，用X表示：,标准偏差是用以表示数据波动幅度的一种方法，也称为均方差根，其计算方法为：对有限次数的测定,（b）标准偏差,上例中：S14.68 S21.96,S的大小，反映了数据波动幅度的大小，其值越小，均化效果越好。,混合状态模型,如图，将相同量的两组分的物料颗粒看做黑白两种立方体颗粒，图(a)为两种颗粒未混合时的状态，称为完全离散状态经过充分混合后，如图(b)所示，理论上应该达到相异颗粒在四周都相间排列的状态，这时两种颗粒的接触面积最大，这种状态称为理想完全混合状态。但这种绝对均匀的理想完全混合状态在工业生产中是不可能达到的实际混合的最佳状态如图(c)所示那样，是无序的不规则排列，这时无论混合过程再进行多长时间，从混合料中任点随机取样，同种成分的浓度值应当是接近一致的，这种过程称为随机混合，它所能达到的最佳状态称为随机完全混合状态,标准偏差S,S小，表明数据大多集中在均值附近，波动小 S大，数据偏离 均值较大，较分散,对于总体（对无限次测试）而言，其标准偏差为：,为总体的数据均值 n 趋向于无限多个,当样本的观察数值很多时，样本就比较接近或代表了总体，S值与值近似相等。,标准偏差的局限性,标准偏差值只反映某组分浓度的绝对波动情况，并不能充分说明混合的程度 未包括取样大小的影响 用于组成量相差悬殊的不同混合物时有 误差,（c）波动范围（相对偏差）利用标准偏差和算术平均值还不足以全面客观地反映混合质量，需要这两种特征数联合使用来表征，为此，引入离散度作为衡量一组测定值相对离散程度的特征量离散度R(不均匀度、变异系数)：一组测量数据偏离平均值的大小 其定义式为：,上例中：R15.01%R22.15%,波动范围反映了均化过程中样品的离散程度。而离散与集中互为相反，故其集中程度可用均化度表示：,混合度（均匀度）（统计学原理）两组分混合：设A和B两种组分组成混合物完全混合：从N个地方抽取n个试样。若n值小，即使是完全混合，各试样的A或B的统计个数率还是不同的。对于完全混合物，统计上的理论标准偏差（从二项式分布的颗粒群中，任意抽出n个试样），可由下式确定：,式中，PA为B的混合个数率。一般地，n值越小，PA、PB差别越大；n值越大，PA越接近PB，当n，PAPB,实际混合：对实际混合，抽取N个试样，令实测试样得A的个数率为xi，xi的平均值为x，则实际标准偏差为由此，可用下式定义混合度（或均匀度）,当完全混合时，M=1,多组分混合：i组分的配比（个数分数）为Ei，取一份试样测得i组分的个数分数为Oi，定义x2为,式中，xex2为x2的期望值，未混合时的x2用x02表示,3、均化程度 均化程度（又称均匀度）是衡量均化质量的尺度。其表征指标除上述标准偏差和相对偏差外，近年来又提出了一些衡量指标，现分述如下:（1）均化效果 均化效果是指均化过程前后标准偏差之比。即：,e：均化效果，以倍数表示；SB1、SB2分别为均化前后物料的标准偏差,均化效果指标主要用于水泥、化工等工业的原材料、燃料的预均化过程中。一般预均化堆场的均化效果在58，最高可达10，以此来保证原料成分的均齐性。,（2）均化指数 前述标准偏差和相对偏差的衡量指标均未涉及样品的浓度和大小（如样品中的粒子数），而实际上，样品浓度和大小对均化程度的测定与评价影响很大。为便于不同场合下的均化程度比较，又提出了均化指数的指标。均化指数定义为：,S0：均化前某组成的标准偏差；SR：达到均化随机完全态时的标准偏差。,M值为无因次量，均化前，S=S0，M=0；达到随机完全态时，S=SR，M=1；则实际的均化过程0M1。M缺点是对均化质量不敏感，即使是一很差的均化物，其标准偏差S接近于SR，而不是接近于S0，因此，均化指数M的实际数值处于0.751的范围内。,当稍微作些混合时，M1，无法表示混合的微量程度。为了能反映混合的微量程度，且对混合物的进一步改善较为敏感，将上式修改为：,均化过程,0,M,1,均化指数：说明了均化质量从均化前的完全离散状态到最佳的随机完全混合状态的过程中实际已走了多远。,（3）均化速度 欲使混合过程能够有效进行，要求标准方差S2随均化时间t的增加而不断减小。混合速度：某瞬间t的方差S2与达到随机完全混合状态的方差SR2的接近程度。该动力学过程，可建立其均化速度方程为：,为均化速度，即标准方差的 减少速度；：为均化速度系数,积 分：,或,可假设：,则：,7.1.2 影响均化的因素在混合操作中，粉体颗粒随机分布，受混合机作用，物料流动，引起性质不同的颗粒产生离析，因此，在任何混合操作中，粉体的混合与偏析同时进行，一旦达到某一平衡状态，混合程度也就确定了，如果继续操作，混合效果的改变也不明显影响混合效果的因素甚为复杂，归纳起来主要有下列几个方面：,物料的物理性质对混合的影响物料颗粒所具有的形状、粒度及粒度分布、密度、表面性质、休止角、流动性、含水量、粘结性等都会影响混合过程，物料颗粒的粒度、密度、形状、粗糙度、休止角等物理性质的差异将会引起分料，其中以混合料的粒度和密度差影响较大堆积分料：有粒度差（或密度差）的混合料，在倒泻堆积时就会产生分料，细（或密度小）颗粒集中在料堆中心部分，而粒度大（或密度大）的颗粒则在其外围振动分料：具有粒度差和密度差的薄料层在受到振动时，也会产生分料。即陷在小密度颗粒料层中的大密度粗颗粒，仍能上升到料层的表面，产生分料搅拌分料：采用液体搅拌的方式来强烈搅拌具有密度差的混合料，也会出现分料，多数不能得到良好的混合效果，而对液体混合是成功的方法，对固体粉料不一定有效，甚至会导致严重的反混合针对不同情况，需选取不同的防止分料措施，从混合作用看，对流混合最少分料，而扩散混合最有利于分料，因此对具有较大分料倾向的物料，应选用以对流混合为主的混合机,避免物料物性的不利影响,对流混合最少分料 扩散混合有利于分料 对具有较大分料倾向的物料，应选用以对 流混合为主的混合机 不同情况需选取不同的防止分料措施,避免物料物性的不利影响,运输中尽量减小振动和落差 工厂设计中应尽量缩短输送距离 配合料的贮存避免分料,避免物料物性的不利影响,对粒度差和密度差等因素引起的分料：控制各组分粒度在工艺要求范围内 密度相近的物料粒度相近 对密度差较大的物料，则使其颗粒的 质量相近，避免各组分物料的分料,避免物料物性的不利影响,对粒度差较大的配合料的混合过程：混合质量先达最高值，经历过混合 状态，又下降而趋于平衡 可利用过混合现象，优选混合时间 以保证混合质量,避免物料物性的不利影响,加入少量水分(4)：防止分料 在水中加入某些表面活性剂：水具有更 为良好的湿润性与渗透性 提高配料温度(3335)：使更多水呈 自由态,混合机结构形式对混合的影响混合机机身的形状和尺寸，所用的搅拌部件的几何形状、尺寸和间隙，结构材料及其表面加工质量，进料和卸料的设置形式等都会影响到混合过程设备的几何形状及尺寸影响物料颗料颗粒的流动方向和速度；向混合机加料的落料点位置和机件表面加工情况影响着颗粒在混合机内的运动水平圆筒混合机的混合区局部的，而且依靠重力的径向混合是主要的，轴向混合是次要的，因此采用长径比L/D1的鼓式混合机较有利于混合操作条件对混合的影响操作条件包括：混合料内各组分的多少及其所占据混合机体积的比例；各组分进入混合机的方法、顺序和速率；搅拌部件或混合机容器的旋转速度等均化的方式和途径包括机械均化与气力均化、均化装置子的结构、连续式均化或间歇式均化、堆料与取料的方式等。,离析 均化过程可认为是物料混合与离析的动态平衡过程，离析是反均化，使均化效果恶化，在实际操作中应充分注意。（1）离析机制 粒子性质上的差异，在一定情况下引起粒子的非随机运动，造成具有某种特性的颗粒优先向混合设备的某些区域运动并填充，另一些粒子因运动迟缓而滞留在其他区域，使物料在混合设备中产生分级现象既离析。常见的离析过程有：（a）堆料过程中离析：粉料进入料仓，形成粒度（密度）离析；（b）振动引起离析：物料层经多次振动后，粗颗粒由地层上升至表面层；（c）剪切引起离析：因转动或搅拌等原因，使粉料在运动过程中内部产生速度梯度，层层间有相对速度，小粒子有机会在层与层间运动而引起离析。,（2）防止离析的措施（a）合理选择混合设备类型（根据对混合物混合质量要求高低）,混合设备,混合机理,扩散、剪切混合为主,以对流混合为主,离析型混合设备,非离析型混合设备,旋转圆筒混合机,气力混合设备,（b）合理布置生产工艺流程（缩短物料输送距离，防止在输送、储存及振动过程中产生离析）（c）改进配料方案（使混合料的物性相近）（d）改进加料方法（e）改进混合设备的操作,装料方式对混合的影响,a:局部的扩散混合；b：整体流动而混合,装料比对混合的影响,装料比：桨料体积与容器容积之比Q/V,装料比对混合的影响,水平圆筒混合机：装料比Q/V与混合速度系数的曲线有一个极大值，Q/V=30 V式混合机和正立方体式混合机：Q/V可达50固定容器式混合机：Q/V可达60,7.1.3 粉体均化设备均化设备的分类方式：操作方式 设备运行形式 工作原理 混合方式 混合物料,1、按操作方式分（间歇式与连续式）间歇式：是将几种配制好的一批物料投入均化设备后，经一段时间混合达到工艺要求时，再从设备中排出成为半成品。连续式：几种配制好的物料，一边进入设备进行混合，一边排出，排出料已成为合格的半成品。连续式均化设备优点：1)系统紧凑，可减少混合料在输送及中间储存过程中的离析现象；2）设备紧凑，易获得较高的均化效果；3）使工艺过程易实现自动化操作。连续式均化设备缺点：1）参与混合的组分不宜过多；2）微量组分不易计量准确；3）对工艺变化的适应性差；4）投资大、维修困难。,2、按工作原理分 重力式旋转容器型 特点：1）为间歇式操作；2）装料比（V料/V容）较固定容器式小；3）对流动性好且物性相近的物料，可得到较好的均化效果；4）可用于磨蚀性强的物料。缺点：1)加、卸料要求容器停在固定位置，需装定位机构；2）易产生粒度或密度离析。强制式固定容器型 在搅拌浆叶的强制作用下使物料混合，其混合速度较快，均化效果较好。缺点：1）容器内部难清理；2）搅拌部件磨损大。,机械均化设备 1、重力式均化设备 物料在绕水平轴（个别也有倾斜的）转动的容器内进行均化。按容器的外形而分为：圆筒式、鼓式、双锤式、V式等。该类均化设备的混合作用力主要是重力，易使粒度差或密度差较大的物料趋向偏析。为减少物料的结团倾向，某些重力式混合机（如V式）内设又高速旋转的浆叶。,2、强制式均化设备 强制式均化设备主要有浆叶式、QH式、艾立赫式、鼓式以及预均化堆场（库）等。,3、按混合方式分 有机械混合与气力混合两类 气力混合与机械混合相比有如下优点：（1）气流能使粉料中各粒子得以分散，提高混合质量；（2）气力混合装置可实现大型化，容积可达10000m3，而机械混合设备因受传动功率的限制，其容积在（2060）m3；（3）功率消耗较低；（4）结构简单、维修方便，运行费用低。,气力均化设备间歇式均化库是依靠压缩空气吹射粉料，使粉料流态化，在强化充气的条件下产生涡流和剧烈的翻腾而起到均化作用的设备。其结构如图。粉状物料由加料口加入至一定床层高度，后关闭加料口。通过流量调节阀调节流化气体的流量。如：A区大流量，B/C/D区小流量，形成物料的循环运动；一定时间工作后，B区大流量，C/D/A区小流量，依次更换，达到物料均化的目的。上逸空气经库顶收尘器处理后排出。,塑性体捏和设备 工业生产中处理的塑性体(可塑泥料)是由固相(粉体)、液相(多数为水)和少量气相组成的弹性一塑性系统。塑性体的制备通常由泥浆经压滤机过滤脱水得到。因过滤工艺本身的原因，所得泥饼中各组分的分布往往是不均匀的。例如：中心附近的泥料比靠近过滤介质(滤布)处的泥料含水量高；瘠性料粒度较粗，较多地沉积在泥饼下部等；此外在泥饼中还含有定数量的气泡。泥料中的这些缺陷，对后续的塑性成型和产品质量是十分有害的。为消除这些缺陷，需要对可塑泥料进行均化处理，使其各组分的分布趋于均匀，结构更为致密，泥料的可塑性和成型坯体的干燥强度都有提高。因此，捏和(俗称练泥)过程是塑性体制备的一个重要阶段。工业上一般是采用真空练泥机来对泥料进行捏合处理的。,真空练泥机的结构与类型,1、真空练泥机机组 由练泥部分、进出料部分、抽真空系统及传动装置组成。2、真空练泥机类型 主要分：单轴卧式真空练泥机及双层双轴卧式真空练泥机。其结构如图。,上层主要起加料、破碎、混合作用，为搅泥部分，上轴称为搅泥轴；下层主要起输送、揉练、挤压成形作用，为挤泥部分，下轴称为挤泥轴。变螺距螺旋称为挤压螺旋，应产生足够大而均匀的推挤力，是影响练泥机性能的最关键的工作部件，其最大直径(mm)通常就作为真空练泥机的规格尺寸。,机嘴处装上模具，可挤出成一定形状和尺寸的坯体，故真空练泥机又可兼作挤压成型机使用。,真空练泥机的工作机理1、工作过程,喂料,初练,真空脱气,精练挤压,出 料,2、泥料在机内的运动（1）输送流动：泥料沿轴鼓、螺旋叶面和筒体内壁所形成的螺旋槽作螺旋式前进运动，为泥料运动的主流，没有这个主流，练泥机也就不会出泥，泥料无法受挤压。形成该运动的是螺旋叶面对泥料的轴向分力，其结果是泥料得到输送与挤压。（2）横流：泥料在螺旋的周向分力和摩擦力作用下沿螺旋槽作翻转运动，这种运动使泥料受到剪切、混合相搅拌，也使泥料发热。它对总的处理能力影响不大，但对能耗、泥料质量有影响。（3）高压逆流：方向和正向泥流相反，它是由于泥料在作正向流动时有流阻存在，形成泥压，沿流道呈一定压力梯度，因而泥料有从高压处回流到低压处的趋势，并且沿流道截面的速度分布极不均匀。它会严重影响处理能力、能耗，使泥料受剪切作用并产生分层(反均化)。（4）漏流：漏流也是由于压力梯度的存在引起的，使泥料沿螺旋叶与简体内壁的径向间隙向低压处作轴向逆流。漏流严重时会极大的影响处理能力。,泥料的横流,泥料的漏流,7.2 粉体的造粒,生产中的粒化又叫造粒，即：将小粒径的粉体（浆料）加工成较大粒级颗粒的过程经造粒以后，得到的颗粒的形状尺寸较均匀，粒径约在几个厘米以下，最小可达几十个微米,意义：保持混合物的均匀度，在贮存、输送、包装时不发生变化有利于改善物理化学反应的条件便于计量及满足商业上的要求可以改善产品的性能，以提高技术经济效果可以提高物料的流动性便于输送、贮存,造粒的方法按是否添加液体而分为湿法造粒、干法造粒两大类，现又将熔融造粒作为第三类，其中以湿法造粒为主按工艺过程可分为凝聚造粒，含少量液体的粉体，因液体表面张力作用而凝聚，用搅拌、转动、振动或气流使干粉体流动，若再添加适量的液体粘结剂，则可像滚雪球似的使制成的颗粒长大，粒大的大小可达数毫米至几十毫米，常用盘式成球机来凝聚造粒挤压造粒，是利用挤压机对加湿的粉体加压，并从设计的网板孔中挤出的造粒方法，可得0.2mm至几十mm的颗粒,7.2.1 粉体的造粒方法,压缩造粒，分在一定模型中压缩成片剂和在两个对辊间压缩成团块两种，可制得粒径均剂、表面光滑、密度大的颗粒两种破碎造粒，由辊轮压缩制成的碎片，再用回转叶片粉碎制得细粒状的凝聚造粒粒子，有干法和湿法两种，尤其是湿法可制得0.10.3mm的细颗粒熔融造粒，让熔融状的物质细化后冷却凝固，除了喷射或由板上滴下进行细化外，还有将熔融液粘附于冷却转筒凝固而成碎片状，以及将熔融液注入铸型等方法喷雾造粒，分溶液喷雾造粒和喷雾冷却法,7.2.2 粉体的压缩流动,压缩：一般把粉体容积减小，使粉体填充状态变密，不破坏粉体颗粒的过程，称为压缩。1、压力分布加压方法：静压缩、冲击压缩冲头和冲模静压缩：是单项加压的单面静压缩和上下方向都加压的双面静压缩施加压力造粒的方法：单面静压缩、双面静压缩、对辊挤压、挤压,7.2.2 粉体的压缩流动,布氏球头形：粉体层表面放置圆柱体施加压力时粉体层的压强分布冲头和冲模加压：考虑壁面的影响pa为上冲头压强，pb为下冲头压强，Ka为粉体侧压力系数，i为粉体内摩擦系数等压线和充填率线,7.2.2 粉体的压缩流动,2、压缩率阿吉公式V0为压力等于零时的容积，V为压缩至空隙率=0时的粉体体积（真体积），V为压强p下的容积库珀公式a1、a2、k1、k2为常数粉体压缩过程：粒子重排粒子破碎塑性流动,7.2.3 粉体的黏聚,定义：许多颗粒相互黏结形成二次颗粒并结成团块的现象。黏聚现象对除尘、沉降浓缩、过滤等操作来说，可以增大粒度，有一定益处，但对分级、混合、粉碎等操作而言，都是不良现象。造粒是有效地利用这一现象的操作。1、粉体的黏聚机理粉体颗粒之间靠如下五种作用力黏聚成大颗粒颗粒之间化学键力（烧结、熔融、化学反应）黏结剂的附着力机械咬合力液桥力、毛细管力范德华力、静电吸引力、磁性力,7.2.3 粉体的黏聚,造粒的成型机理,粒子间的结合力 一般，粒子间的结合力有以下五种：固体粒子间引力：主要为范德华力、静电引力和磁力，这些作用随粒径的增大或颗粒间距离的增加而明显下降，（对d50m的粒子较明显），范德华力主要在干法造粒中有明显效果 可自由流动液体：如水，主要产生界面张力和毛细管力；以可流动液体为粘接剂进行造粒时，粒子间的结合力由液体的表面张力和毛细管力产生，故受到液体加入量的影响,不可流动液体：产生的粘接力，主要指高粘度的液体，如粘接剂 粒子间的固体桥：包括以下几个方面，a：结晶析出：架桥剂溶液中的溶剂蒸发后，析出的结晶起架桥作用；b：胶粘剂固化：液体的胶粘剂干燥固化而形成的固体架桥；c：熔融：由加热熔融液形成的架桥，经冷却后固结成固体桥；d：烧结和化学反应产生固体桥；造粒中常见的固体桥发生在胶粘剂固化或结晶析出，而熔融-冷凝固化架桥发生在压片、挤压造粒、喷雾凝固等操作中 粒子间机械镶嵌：发生在块状颗粒的搅拌压缩操作中，结合强度较大，在普通造粒过程中所占比例不大,7.2.3 粉体的黏聚,强度是粒化物料的重要特性。通常用简单的试验来决定，如压碎、跌落等。1、黏聚颗粒的抗拉强度抗拉强度n为单位断裂面积上被切断球形颗粒的接触点数，F为每个接触点的附着力，dp为颗粒粒径，为颗粒空隙率,7.2.3 粉体的黏聚,1、空隙中充满传递强度的物质的球粒强度（对于液桥状态，接触角=0、钳角=10-40的状态）2、空隙中充满液体的球粒的的强度液体完全充满颗粒间隙，与空隙抽吸势pc之比为黏附颗粒内的空隙抽吸势比液桥力还大。加湿造粒时，毛细管状态时的抗拉强度约为摆动状态时的3倍，链索状态时为两者的中间值，空隙饱和度w接近于1时，强度最大。,7.2.3 粉体的黏聚,球粒的真正强度采用模拟试验，并设所有的凝聚作用可用下述三种模型描述：球粒中的全部空隙有能传递力和产生强度的物质充满；球粒中的空隙全部由液体填满；结合力能够在形成颗粒的原始粉料的结合点上传递。,颗粒的强度,对第一种模型强度取决于成链物质的强度或成链物质与颗粒体之间的粘结强度（可看成界面强度或过渡层强度）或一级颗粒本身的强度上述三个强度最低值决定颗粒的强度，可通过相应的理论进行计算对第二种模型主要由颗粒内部液体的液体架桥或入口抽吸压力造成呈液体未充满孔隙，存在部分空气时（液体架桥），近似计算如上当液体完全充满颗粒间隙时（入口抽吸压力），入口抽吸压力较液体架桥力要大的多故液体含量影响造粒强度和性质,颗粒的成长机理对湿法造粒而言，决定因素是水、粘结剂。依靠加入水或粘结剂、利用滚动或喷雾的方法，经过成球、长大、密实三个阶段实现。一般可分为三个阶段：第一阶段：形成球粒物料在理化设备中受重力、离心力、摩擦力作用，滚动和搓动。进行喷水。当物料润湿到最大分子结合水后，颗粒靠近而形成球粒，于是开始明显的粒化过程，此时各颗粒已为吸附水层、薄膜水层覆盖毛细管水仅存在于各颗粒的接触点上颗粒间的其余空隙仍为空气所填充颗粒间结合力仍较弱（颗粒间结合不紧密，薄膜小，不能发挥应有的作用；毛细管小的含量太小，毛细管尺寸太大）,可以通过以下方法实现：利用机械外力作用于物料的个别部位，使该部分颗粒之间的接触点更加紧密，同时形成更细的毛细管或将物料进行不均匀的点滴润湿实际中，同时使用这两种方法,第二阶段：球粒长大球粒长大的条件：在球粒表面，其水分含量要求接近于适宜的毛细管水量，但在实际中，只需接近最大分子结合力含量即可上一阶段形成的球粒在粒化设备中继续滚动，会引起：球粒被进一步压密，引起毛细管形状及尺寸的改变，使过剩的毛细管水分被挤压到球粒的表面上来过湿的球粒表面，在运动过程会很容易地粘上一层润湿程度较低的颗粒而长大这一过程重复进行，直至球粒中颗粒间的摩擦力比滚动成形时的机械压密作用力大为止若要求球粒继续长大，则必须人工使球径再次润湿，即人工喷水,第三阶段：长大的球粒进一步密实长大到符合尺寸的球粒，在粒化的第三阶段发生紧密，使球粒紧密是增加它们机械强度所必须的这一阶段应停止补充润湿，让球粒中挤出的多余水分为未充分润湿的粒层所吸附这一阶段，可以极大地增加球粒的机械强度 以上三个阶段，一般在同一设备中完成，只是为了分析粒过程而划分的第一阶段主要是润湿；第二阶段主要是润湿+机械作用；第三阶段，主要是机械作用,造粒设备,Thanks for Your Attention!,