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性的综
2、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质;喷流性指数是单项检测项目 (流动性指数
3、、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角。在实 际测量过程中,平板角是以平板提起后的角度和平
4、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
5、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90100流动性极好,无需辅助设备,不会形成拱堆8089流动性良好,无需辅助设备,基本不会形成拱堆7079流动性中等,无需辅助设备,如果需要,要振动6069流动性一般,物料附着挂料的边界线4059流动性不好,必须搅动或振动2039流动性非常不好,需要更积极搅动019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)
6、( 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1-21. 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
7、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 ) /3B. 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,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)/ 2c. 差
8、角(ed)的测定即安息角与崩溃角之差:ed=er-ef2. 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,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) / 23. 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
9、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, 再下式求分散度 Ds。sDs= (10-m)x100%/10其中:m为落在接料盘中粉体的质量,g4. 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
10、. 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
11、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gT1a也!6 iB 迢KH11IIIS压缩率 Cp=(PjPa)/Pp* 100%SS 出da动态松装密度Pw=(Pp-Pa)Cp/100+ Pa/(g/cm3)M(S)/ 9T00/( d9i)+0乙=1回闻卩
12、郢产判% oEH-H& 囲CXIliexO/mo+rxi o+T1oII o-41 *se 也!S5.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.
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