粉体综合流动性实验

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1、实验 1 粉体综合流动性实验 一、 目的意义 粉体是由不连续的微粒构成，是固体的特殊形态。它具有一些特殊的物理 性质，如巨大的比表面积和很小的松密度，以及凝聚性和流动性等。在分体的 许多单元操作过程中涉及粉体的流动性能，例如粉体的生产工艺、传输、贮 存、装填以及工业中的粉末冶金、医药中不同组分的混合等。粉体的流动性能 随产地、生产工艺、粒度、水分含量、颗粒形状、压实力大小和压实时间长短 等因素的不同而有明显的变化，所以测定粉体的流动性和对粉体工程具有重要 的意义。而Carr指数法是工业上评价粉体流动性最常用的方法，由于这种方法 快速、准确、适用范围广、易操作等一系列优点而被广泛应用于粉体特

2、性的综 合评判和粉体系统的设计开发中。 本实验的目的： （1） 了解粉体流动性测定的意义； （2） 掌握粉体流动性的测定方法； （3） 了解粒度和水分对粉体流动性的影响。 基本原理 Carr指数法是卡尔教授通过大量实验，在综合研究了影响粉体流动性和喷 流性的几个单项粉体物性值得基础上，将其每个特征指数化并累加以指数方式 来表征流动性的方法。Carr指数分为流动性指数和喷流性指数。流动性指数是 由测量结果参照Carr流动性指数表得到与其相对应得单项Carr指数值（安息 角、压缩率、平板角和粘附度/均齐度），将其数值累加，计算出流动性指数合 计，用取得的总分值来综合评价粉体的流动性

3、质；喷流性指数是单项检测项目 （流动性指数、崩溃角、差角、分散度）指数化后的累积和。卡尔流动性指数 表见表 1-1。 安息角：粉体堆积层的自由表面在平衡状态下，与水平面形成的最大角度 叫做安息角。它是通过特定方式使粉体自然下落到特定平台上形成的。安息角 对粉体的流动性影响最大，安息角越小，粉体流动性越好。安息角也称休止 角、自然坡度角等。安息角的理想状态与实际状态示意图如图示。 崩溃角：给测量安息角的堆积粉体上以一定的冲击，使其表面崩溃后圆锥 体的底角成为崩溃角。 平板角：将埋在分体中的平板向上垂直提起，粉体在平板上的自由表面 （斜面）和平板之间的夹角与收到振动之后的夹角的平均值称为平板

4、角。在实 际测量过程中，平板角是以平板提起后的角度和平板收到冲击后除掉不稳定粉 体角度的平均值来表示的。平板角越小粉体的流动性越强。一般情况下，平板 角大于安息角。 分散度 :粉体在空气中分散的难易程度称为分散度。测量方法是将10g试 样从一定高度落下后，测量接料盘外试样占试样总量的百分数。分散度与试样 的分散性、漂浮性和飞溅性有关。如果分散度超过 50%，说明该样品具有很强 的飞溅倾向。 差角:安息角与崩溃角之差称为差角。差角越大，粉体的流动性与喷流性 越强。 压缩度:同一个试样的振实密度与松装密度之差与振实密度之比为压缩 度。压缩度也称为压缩率。压缩度越小，粉体的流动性越好。 空隙

5、率:孔隙率是指粉体中的空隙占整个粉体体积百分比。空隙率因粉体 的粒子形状、排列结构、粒径等因素的不同而变化。颗粒为球形时，粉体孔隙 率为 40%左右；颗粒为超细或不规则形状时，粉体空隙率为 40%左右；颗粒 为超细或不规则形状时，粉体空隙率为 70%~80%或更高。 表 1-1 卡尔流动性指数表 流动性指数 流动性能 90~100 流动性极好，无需辅助设备，不会形成拱堆 80~89 流动性良好，无需辅助设备，基本不会形成拱堆 70~79 流动性中等，无需辅助设备，如果需要，要振动 60~69 流动性一般，物料附着挂料的边界线 40~59 流动性不好，必须搅动或振动

6、20~39 流动性非常不好，需要更积极搅动 0~19 流动性极不好需要特殊振动料斗 三、 实验器材 （1）BT-1000型粉体综合特性测试仪（图1-2） （ 2 ） 电子天平 （ 3 ） 干燥箱 四 BT-1000型粉体特性测试仪结构示意图7 定时暑开关 照明灯 图1-2 1. 休止角但r）、崩溃角（e r）和差角（0丿的测定 A. 休止角（0 r）的测定 1） 按要求准备一定质量的试样并烘干。 2） 放置休止角器具:将减震器放到仪器中央的定位孔中、再放上接料盘和休 止角式样台。如果发现休止角式样台不平，请调整减震器上的三个螺丝的高 度，使休止角式样

7、台的水平面处于水平状态。 3） 加料:关上将仪器前门，准备好试样，将定时器调到 3分钟左右，开振动 筛盖，打开仪器的电源开关和振动筛开关，用小勺在加料口徐徐加料，物料通 过筛网、出料口洒落到试样台上，形成锥体。 4） 当试样落满试样台并成对称的圆锥体后，停止加料，关闭振动筛电源， 将测角器置于试样托盘左侧并靠近料堆，与圆锥形料堆的斜面平齐，测定休止 角。测量休止角时应从三个不同位置测定休止角，然后取平均值，该平均值为 这个样品的休止角（彷）。 休止角 0r=（ 0 r1+0 r2+0 r3 ） /3 B. 崩溃角（0f）的测定 测完安息角后用两个手指轻轻提起试验台中轴上的崩溃角振子，

8、高度为距 离顶部大约10mm ,然后张开手指使振子自由落下，使试样台上堆积的试样收 到振动，圆锥体的边缘崩塌落下。如此振动三次，然后再用测角器测定三个不 同位置的安息角，其平均值即为崩溃角但f) 崩溃角 ef= (ef1+ef2+ef3)/ 2 c. 差角(ed)的测定 即安息角与崩溃角之差： ed=er-ef 2. 平板角(es)的测定 1) 将升降台上放好托盘，平板伸入托盘中，将带测样品徐徐撒落在托盘 中，直到埋没平板为止。加料时也可以先将样品加到1mm的筛子上，然后将 样品筛到试样盘中。 2) 加完料以后，轻轻扭动升降台旋钮使升降台的高度缓缓降低，平板与试 样盘完全分离

9、，这时用测角器测定三处留在平板上粉体所成的角度，取平均值 0S］。 3) 用锤下落一次，冲击平板，再用测角器测定三处留在平板上粉体所成的 角度，取平均值0s2O 平板角 es=( es1+es2) / 2 3. 分散度 Ds的测定 1) 将分散度卸料控制器拉倒右端并卡住，关闭料斗。 2) 用天平取样10g，通过漏斗把试样均匀地加到仪器顶部的分散度入料料 斗中。 3) 将小接料盘((pi00mm )置于分散度测定筒正下方的分散度测定室内的 定位圈中，关上抽屉。然后瞬间开启卸料阀，使试样通过分散度筒自由落下。 4) 这样试验两次，取出接料盘，称量残留于接料盘的粉末，娶妻平均值， 再下

10、式求分散度 Ds。 s Ds= (10-m)x100%/10 其中：m为落在接料盘中粉体的质量，g 4. 松装密度 pa 测定 称取约100g (精确至0.1% )的样品置250-mL的量筒，小心地夷平样品 粉末不要压实，读取样品的体积v0，用下列公式计算松密度： Pa= M/ V0 (g/mL) 重复测量3次，取其平均值 5. 振实密度pp测定的方法 1) 将量筒举起10mm ,然后让量筒自由落下，每分钟落下100-300次，取 250 次。 2) 振动次数：先振动500次(2分钟)，测量振实后的体积，％。再振动750 次(3分钟)，测量振实后的体积，V2。如果2次测量的体

11、积的差异小于2%，则 用下列公式计算振实密度： pp=M/V2 ( g/mL) 3)重复测量 3 次，取其平均值 6. 压缩度Cp计算 Cp = (Pp-Pa)/Pp* 100% 7. 均齐度的测定与计算 1) 对于比较粗的粉体： 均齐度=60%粉料通过的粒度/10%粉料通过的粒度 2) 对于颗粒比较细的粉体，可用激光粒度仪分别测出D60和D10 均齐度=D6o/D10 五、 实验数据与处理 将实验的有关数据依次计入表 1-2~表 1-6 中 1. 粉料的安息角、崩溃角和差角 表 1-2 粉料的安息角、崩溃角和差角 项目 数据 第一次 第二次 第三次 平均

12、值 指数值 安息角/(°) 崩溃角/(°) 差 角/(°) 2.平板角 表1-3 平板角记录与计算表 项目 平板角e s/(°) 重锤滑落刖 平均值e S]= 重锤滑落后 平均值e s2= 平板角 (e S]+e s2 )/2= 平板角指数值 血 fl a 也! 俅 g T—1 a" 也！ 6 iB 迢 ■KH 11 III S 压缩率 Cp=(PjPa)/Pp*

13、100% SS 出 d a 动态松装密度｛Pw=[(Pp-Pa)Cp/100]+ Pa｝/(g/cm3) M (S)/ [9T0'0/( d9i)]+0乙=1｝回闻卩郢产判 % o EH -H &■ 囲 CXI lie xO / m o + rxi o + T 1 o II o -41 * se 也！ S 5.

14、分散度 表 1-5 分散度记录与计算表 粉末质量/g 接料盘质量/g （接料盘+粉末）质量/g 分散度=（10-接料盘上粉末质量）x10% 分散度指数值 6.流动指数计算 流动指数=安息角指数+压缩率指数+平板角指数+均齐度指数（或粘附度指 数） 注：粘附性强的粉体，采用粘附度指数计算；一般的粉体采用均齐度指数计 算。 7.喷流性指数计算 喷流指数=流动性指数+崩溃角指数+差角指数+分散度指数 >思考题 1. 影响粉体流动性的因素有哪些？ 2. 为什么说粉体颗粒的大小和形状影响粉体的流动性？ 3. 压缩度在粉体流动性研究中是非常重要的，当压缩率大于 20%时，在料 仓里有结拱的倾向（易产生空洞），尤其压缩率达 40%~50%时，一旦 这种粉末被贮存在料仓里，此粉料是难卸出还是易卸出？ 4. 当粉末具有较高的粘附度（单位为%）时，其流动性较小，在设计给料 装置、料仓和其他装置时应考虑什么？ > 参考文献 [1] 三轮茂雄，日高重助.粉体工程实验手册. 杨伦译. 北京：中国建筑工业 出版社，1987. [2] 伍洪标. 无机非金属实验. 北京：化学工业出版社，2002.