粉体技术及设备(第2版)

　 《粉体技术及设备》第1版自2007年出版以来，得到了广大读者的欢迎和肯定，并被众多院校选为教材或教学参考书使用。 随着粉体工业的迅速发展，粉体工程涌现了众多的新技术、新工艺和新设备。能耗利用率低的传统球磨机正逐渐被以料床粉磨技术的立磨和辊压磨代替；超细粉碎技术和设备有了较大的提升；高分级效率、高分级精度的分级设备和技术得到广泛应用。随着国家对环境保护的要求的不断提高，处理量大、收尘效率高的大布袋收尘器得到广泛应用。为了适应粉体技术的发展和应用型高级技术人才培养的要求，本书在第1版的基础上主要做了如下改动。（１）对原有章节内容进行了整合、补充和改写，如：增加了液固分离与干燥、颗粒几何特性表征等内容，整合了混合与造粒、输送与储存等内容。（２）加强粉体单元操作中设备与工艺的结合，以促进学习者理解设备与工艺之间的相互关系和设备在粉体生产加工过程中的作用。（３）在每章后列举工程案例，以促进学习者理论联系实际，学习和研究如何运用粉体工程理论知识去分析和解决工程实际中的具体问题。（４）运用现代信息技术，在教材中嵌入教师课程音像数字化教学资源，使教材呈现多样形式。 本次修订由盐城工学院张长森教授负责统稿，各章节编写负责人安排如下：张长森教授负责编写第6、7、8、9章，温州大学刘海涛教授负责编写第11章，盐城工学院焦宝祥教授和诸华军副教授负责编写第10章，合肥学院田长安教授负责编写第1章，安徽科技学院丁志杰副教授负责编写第2章，盐城工学院韩朋德副教授负责编写第3章，盐城工学院何寿成博士负责编写第12章，盐城工学院刘超博士负责编写第4、5章。 感谢江苏吉能达环境能源科技有限公司吕海峰高工、徐州亚星机械科技有限公司戴汝悦工程师和江苏汇能环境工程有限公司何宏兵工程师提供了部分工程案例。 由于编者经历、水平及书稿篇幅有限，修订后的教材也不能全面涵盖当今粉体工程的新技术、新工艺和新成果，书中不当之处在所难免，敬请读者批评指正。编　　者2019 年 6 月

本书以粉体工程的基本知识为基础，分别介绍了颗粒的物性、粉体的物性、颗粒流体力学、粉体机械力化学效应和粉尘爆炸的特性及粉体的制备、分离、分级、储存、混合、造粒、输送与供料等相关的单元操作，并介绍了单元操作相应设备的工作原理、构造、性能及应用特点等。全书力求紧扣应用型人才培养的目标和工程实际，贯彻“少推导、重应用”的原则，在体现内容的完整性和系统性的基础上，重视理论与工程实际的结合，突出粉体在工程中实践性、应用性较强的内容，做到通俗易懂，利于工程应用；做到经典内容辅以新技术，反映当前的新工艺和新技术，适应技术发展的需要。本书既可作为本科材料类专业教材，也可作为相关工程技术人员和研究人员的参考书。

本书以粉体工程的基本知识为基础，分别介绍了颗粒的物性、粉体的物性、颗粒流体力学、粉体机械力化学效应和粉尘爆炸的特性及粉体的制备、分离、分级、储存、混合、造粒、输送与供料等相关的单元操作，并介绍了单元操作相应设备的工作原理、构造、性能及应用特点等。全书力求紧扣应用型人才培养的目标和工程实际，贯彻“少推导、重应用”的原则，在体现内容的完整性和系统性的基础上，重视理论与工程实际的结合，突出粉体在工程中实践性、应用性较强的内容，做到通俗易懂，利于工程应用；做到经典内容辅以新技术，反映当前的新工艺和新技术，适应技术发展的需要。本书既可作为本科材料类专业教材，也可作为相关工程技术人员和研究人员的参考书。

１　颗粒物性 １

１．１　颗粒粒径和粒度分布 １

１．１．１　单个颗粒的粒径 １

１．１．２　颗粒群的平均粒径 ３

１．１．３　粒度分布 ６

１．２　颗粒形状 １３

１．２．１　颗粒形状术语 １３

１．２．２　形状系数和形状指数 １３

１．３　颗粒的表面现象和表面能 １５

１．３．１　固体表面现象 １５

１．３．２　固体的表面能和表面应力 １５

１．４　颗粒间的作用力 １７

１．４．１　颗粒间的范德瓦尔斯力 １７

１．４．２　颗粒间的静电力 １８

１．４．３　颗粒间的毛细力 １８

１．５　颗粒的团聚与分散 １９

１．５．１　颗粒的团聚状态 ２０

１．５．２　颗粒在空气中的团聚与分散 ２０

１．５．３　颗粒在液体中的团聚与分散 ２１

１．６　颗粒几何特征表征 ２４

１．６．１　筛析法 ２５

１．６．２　沉降法 ２５

１．６．３　光衍射法 ２７

１．６．４　比表面积法 ３０

１．６．５　图像分析法 ３１

１．７　工程案例 ３５

案例：水泥助磨剂的应用 ３５

思考题 ３６

２　粉体物性 ３７

２．１　粉体堆积参数 ３７

２．１．１　容积密度 ３７

２．１．２　空隙率 ３７

２．１．３　填充率 ３７

２．１．４　配位数 ３８

２．２　球形颗粒的堆积 ３８

２．２．１　等径球形颗粒群的规则堆积 ３８

２．２．２　等径球形颗粒群的实际堆积 ３９

２．２．３　不同粒径球形颗粒群的密实堆积 ４０

２．２．４　实际颗粒的堆积 ４２

２．２．５　影响颗粒堆积的因素 ４４

２．３　粉体的摩擦性 ４６

２．３．１　休止角 ４６

２．３．２　库仑定律 ４６

２．３．３　内摩擦角与有效内摩擦角 ４７

２．３．４　壁摩擦角和滑动摩擦角 ４９

２．４　粉体流动性 ５０

２．４．１　开放屈服强度 ５０

２．４．２　Jenike流动函数 ５１

２．５　工程案例 ５１

案例１  ５１

案例２  ５２

思考题 ５２

３　颗粒流体力学 ５４

３．１　颗粒在流体中做相对运动时的阻力 ５５

３．２　颗粒在静止流体中的沉降 ５７

３．２．１　自由沉降 ５７

３．２．２　干扰沉降 ６０

３．２．３　等降颗粒 ６０

３．３　颗粒在流动流体中的运动 ６１

３．３．１　颗粒在垂直流动流体中的运动 ６１

３．３．２　颗粒在水平流动流体中的运动 ６３

３．３．３　颗粒在旋转流体中的运动 ６３

３．４　流体透过颗粒层流动 ６５

３．４．１　层流状态 ６５

３．４．２　湍流状态 ６７

３．５　颗粒流态化 ６８

３．５．１　流态化过程 ６９

３．５．２　流态化类型 ７０

３．５．３　流态化中的不正常现象 ７１

３．６　工程案例 ７２

案例１  ７２

案例２  ７３

案例３  ７４

案例４  ７５

案例５  ７６

案例６  ７６

思考题 ７７

４　粉体的机械力化学效应 ７８

４．１　概述 ７８

４．１．１　机械力化学的概念 ７８

４．１．２　物质受机械力作用 ７８

４．２　机械力化学原理 ７９

４．２．１　晶粒细化，缺陷密度增加 ７９

４．２．２　局部高温、高压引起化学反应 ７９

４．２．３　等离子体理论 ８０

４．２．４　机械力化学动力学 ８０

４．３　机械力化学效应与结晶构造的变化 ８０

４．３．１　晶格畸变及颗粒非晶化 ８０

４．３．２　晶型转变 ８１

４．３．３　脱结晶水 ８２

４．３．４　层状结晶结构物质的变化 ８３

４．３．５　机械力化学反应 ８３

４．４　机械力化学效应与其他物理化学性质的变化 ８５

４．４．１　颗粒粒径和比表面积的变化 ８５

４．４．２　密度变化 ８６

４．４．３　溶解度和溶解速率 ８６

４．４．４　电性 ８６

４．４．５　吸附能力 ８７

４．４．６　离子交换和置换能力 ８８

４．４．７　表面自由能 ８８

４．５　机械力化学效应在材料科学中的应用 ８８

４．５．１　制备纳米合金 ８８

４．５．２　制备纳米复合材料 ８９

４．５．３　制备纳米陶瓷 ８９

４．５．４　机械力化学在矿物加工中的应用 ９０

４．５．５　机械力化学表面改性 ９２

４．５．６　机械力化学在高分子材料中的应用 ９２

４．６　机械力化学效应的检测和判断方法 ９３

４．７　工程案例 ９４

案例１　高分子材料的合成 ９４

案例２　氧气气氛下合成氧化物 ９４

案例３　煤矸石的机械力活化 ９５

思考题 ９７

５　粉尘爆炸 ９８

５．１　燃烧和爆炸 ９８

５．１．１　燃烧和爆炸 ９８

５．１．２　燃点和相对可燃性 ９８

５．１．３　粉尘爆炸的特点 ９９

５．１．４　可燃粉尘的分类 １００

５．２　粉尘爆炸要素分析 １００

５．２．１　粉尘爆炸的必要条件 １００

５．２．２　粉尘爆炸的特性 １０１

５．３　粉尘爆炸的预防和防护 １０２

５．３．１　粉尘爆炸的预防 １０２

５．３．２　粉尘爆炸的防护 １０４

５．４　工程案例 １０５

案例：金属粉尘爆炸分析 １０５

思考题 １０６

６　粉体的机械制备 １０７

６．１　基本概念 １０７

６．１．１　粉碎与粉碎比 １０７

６．１．２　粉碎级数和粉碎流程 １０８

６．１．３　强度 １０９

６．１．４　硬度 １１０

６．１．５　易碎性 １１１

６．２　粉碎功耗理论 １１２

６．２．１　经典粉碎功耗理论 １１２

６．２．２　新近粉碎功耗理论 １１３

６．２．３　粉碎极限 １１４

６．３　粉碎方法和粉碎设备分类 １１５

６．３．１　粉碎方法 １１５

６．３．２　粉碎设备分类 １１６

６．３．３　粉碎技术的发展 １１８

６．４　破碎设备 １１９

６．４．１　颚式破碎机 １１９

６．４．２　锤式破碎机 １２６

６．４．３　反击式破碎机 １２９

６．４．４　其他类型破碎机械 １３６

６．５　粉磨设备 １４０

６．５．１　球磨机 １４０

６．５．２　辊磨机 １６６

６．５．３　辊压机 １７４

６．５．４　其他磨机 １７７

６．６　超细粉碎机械 １８０

６．６．１　高速机械冲击式粉碎机 １８０

６．６．２　气流磨 １８２

６．６．３　搅拌磨 １８４

６．６．４　胶体磨 １８６

６．７　工程案例 １８７

案例１　水泥磨系统工艺技术管理 １８７

案例２　ATOX-50立磨提产措施 １９２

思考题 １９４

７　化学法制备粉体 １９５

７．１　概述 １９５

７．２　液相法 １９６

７．２．１　沉淀法 １９６

７．２．２　水解法 １９９

７．２．３　溶液氧化法 ２０２

７．２．４　水热氧化法 ２０２

７．３　气相法 ２０３

７．３．１　蒸发凝聚法 ２０３

７．３．２　气相化学反应法 ２０３

７．４　固相法 ２０６

７．４．１　固相热分解法 ２０７

７．４．２　化合或还原化合法 ２０７

７．４．３　固相反应法 ２０８

７．４．４　自蔓延高温合成法 ２０８

７．５　喷雾法 ２０９

７．５．１　喷雾干燥法 ２０９

７．５．２　喷雾焙烧法 ２０９

７．６　冻结干燥法 ２１０

７．７　工程案例 ２１２

案例：Ni0.5Co0.5NdxFe2-xO4/PANI复合微粒的制备 ２１２

思考题 ２１４

８　分级 ２１５

８．１　分级效率 ２１５

８．１．１　分级效率的定义 ２１５

８．１．２　分级粒径 ２１６

８．１．３　分级精度 ２１７

８．２　分级设备的切割粒径 ２１７

８．３　分级流程及计算 ２１８

８．３．１　分级流程 ２１８

８．３．２　循环负荷 ２１９

８．３．３　粉碎分级流程的计算 ２２０

８．４　筛分原理 ２２２

８．４．１　筛分机理 ２２２

８．４．２　影响筛分过程的因素 ２２３

８．５　筛分机械 ２２５

８．５．１　单轴惯性振动筛 ２２６

８．５．２　双轴惯性振动筛 ２２７

８．５．３　电振筛 ２２８

８．５．４　概率筛简介 ２２８

８．６　流体系统分级设备 ２２９

８．６．１　粗粉分离器 ２２９

８．６．２　离心式选粉机 ２３１

８．６．３　旋风式选粉机 ２３４

８．６．４　高效选粉机 ２３６

８．７　工程案例 ２４５

案例：水泥磨改建双闭路辊压机半终粉磨系统 ２４５

思考题 ２４６

９　气固分离与除尘 ２４７

９．１　概述 ２４７

９．１．１　除尘的目的和意义 ２４７

９．１．２　粉尘的排放标准 ２４７

９．１．３　收尘器类型 ２４９

９．１．４　分离效率 ２５０

９．２　重力分离器 ２５１

９．３　离心式分离器 ２５３

９．３．１　工作原理 ２５３

９．３．２　分类 ２５３

９．３．３　几种常用的旋风收尘器 ２５４

９．３．４　选型计算 ２５６

９．３．５　影响旋风收尘器性能的主要因素 ２５７

９．４　袋式分离器 ２５８

９．４．１　袋式收尘器的过滤机理及分类 ２５８

９．４．２　常用的几种袋式收尘器的构造和工作原理 ２５８

９．４．３　滤料和滤袋 ２６３

９．４．４　选型计算 ２６５

９．５　电收尘器 ２６６

９．５．１　工作原理及性能 ２６６

９．５．２　类型及结构 ２６７

９．５．３　电极 ２６９

９．５．４　电收尘器的主要参数 ２７０

９．５．５　电收尘器的使用 ２７２

９．５．６　其他形式的电收尘器 ２７４

９．６　收尘系统设计与计算 ２７６

９．６．１　收尘系统的选择 ２７６

９．６．２　收尘设备的选择 ２７８

９．６．３　吸尘罩及风管设计 ２７９

９．６．４　收尘系统的流体阻力计算及风机选型 ２８０

９．７　工程案例 ２８２

案例：大布袋收尘器在水泥企业中的应用 ２８２

思考题 ２８４

１０　固液分离与干燥 ２８５

１０．１　固液分离 ２８５

１０．１．１　基础知识 ２８５

１０．１．２　重力沉降与浓缩机 ２９２

１０．１．３　水力旋流器 ２９７

１０．１．４　过滤机 ２９９

１０．２　干燥 ３１６

１０．２．１　基础知识 ３１６

１０．２．２　箱式和带式干燥设备 ３１９

１０．２．３　流化床干燥设备 ３２３

１０．２．４　气流干燥设备 ３２７

１０．２．５　喷雾干燥设备 ３２８

１０．２．６　其他干燥设备 ３３４

１０．２．７　干燥与节能 ３４０

１０．３　工程案例 ３４１

案例１　湿法烟气脱硫石膏脱水困难的原因分析与控制措施 ３４１

案例２　干燥设备在制药厂环境保护中的应用 ３４２

思考题 ３４２

１１　混合与造粒 ３４３

１１．１　混合 ３４３

１１．１．１　混合机理与随机分析 ３４４

１１．１．２　混合的影响因素 ３４５

１１．１．３　混合质量评价 ３４６

１１．１．４　机械混合设备 ３４８

１１．１．５　气力混合设备 ３５３

１１．１．６　连续混合机 ３５６

１１．１．７　预混合堆场（库）  ３５８

１１．２　造粒 ３６４

１１．２．１　造粒及其意义 ３６４

１１．２．２　造粒机理 ３６５

１１．２．３　造粒方法及其特点 ３６６

１１．２．４　造粒应用 ３６９

１１．２．５　造粒技术展望 ３７８

１１．３　工程案例 ３７９

案例１　玻璃配合料混合 ３７９

案例２　水泥生料混合 ３８０

案例３　流化床氯化钙造粒 ３８１

案例４　玻璃配合料防止偏析的措施 ３８２

思考题 ３８２

１２　输送与储存 ３８４

１２．１　机械输送设备 ３８５

１２．１．１　胶带输送机 ３８５

１２．１．２　螺旋输送机 ３９６

１２．１．３　斗式提升机 ４０２

１２．１．４　链板输送机 ４０９

１２．１．５　给料机 ４１６

１２．２　气力输送设备 ４２６

１２．２．１　气力输送特点 ４２６

１２．２．２　气力输送的类型 ４２６

１２．２．３　气力输送装备与系统 ４２８

１２．２．４　空气输送槽 ４３１

１２．３　储存 ４３２

１２．３．１　储存的基础知识 ４３２

１２．３．２　料仓及料斗的设计 ４３９

１２．３．３　料仓的故障及防止措施 ４４５

１２．４　工程案例 ４４７

案例１　带式输送机受料系统改造 ４４７

案例２　粉料储料仓卸料装置优化 ４４９

思考题 ４５１

参考文献 ４５２

１　颗粒物性 １

１．１　颗粒粒径和粒度分布 １

１．１．１　单个颗粒的粒径 １

１．１．２　颗粒群的平均粒径 ３

１．１．３　粒度分布 ６

１．２　颗粒形状 １３

１．２．１　颗粒形状术语 １３

１．２．２　形