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0+绪论

1. 粉体力学
化工机械系
过程装备与控制工程专业基础课
Powder Mechanics

2. 粉体力学 大连理工大学流体与粉体工程研究设计所 刘凤霞
主讲教师
姓 名：刘凤霞
办公室：化机楼 212室
上课地点： 南116
上课时间： 见课表

3. 粉体力学 大连理工大学流体与粉体工程研究设计所 刘凤霞
参考资料
谢洪勇 粉体力学与工程 化学工业出版社
陶珍东 粉体工程与设备 化学工业出版社
陆厚根 粉体技术导论 同济大学出版社
卢寿慈 粉体加工技术 中国轻工业出版社

4. 粉体力学 大连理工大学流体与粉体工程研究设计所 刘凤霞
考试相关

5. 粉体力学 大连理工大学流体与粉体工程研究设计所 刘凤霞
绪 论
3020
2680

6. 粉体力学 大连理工大学流体与粉体工程研究设计所 刘凤霞
源于新石
器时代
陶器 与粉体密切联系
史前，植物种子 ———— 粉末
明代宋应星的 《天工开物 》，详细的描述和总结了一
些原始的粉体工艺加工过程。但当时未命名为“粉体”。
化妆品
绪 论

7. 粉体力学 大连理工大学流体与粉体工程研究设计所 刘凤霞
20世 纪 40年 代 ， 颗 粒 学 第 一 部 专 著
《Mircromeritics》
20世纪50年械粉体工程一词首先出现在战后的日本
20世纪50年代，Rumpf在德国Karlsruhe大学化工机
械系开展了粉体工程教学活动
20世纪60年代Williams博士在英国 Bradford大学化学
工程系建立粉体技术研究生院（ Graduate School of
Post-graduate Studies in Powder Technology），从事
教学及科研活动，并创刊《 Powder Technology》杂志
绪 论

8. 粉体力学 大连理工大学流体与粉体工程研究设计所 刘凤霞
20世纪70年代，20多家跨国 公司集资成立 “
国际细粉学
”
会 （
International Fine Particle Research Institute）。
每年出资设立 30个项目解决与粉体有关的生产问题及产品开
发研究，现已发展为约 40家成员公司。
20世纪90年代，美国化学工程师学会每 4 “
年举办一次 颗
”
粒技术论坛 。
1990年，“ ”
显微隧道扫描技术国际会议 预示纳米技术的诞
生，之后每 2 “ ”
年举办一次 纳米技术国际会议 。
20世纪80年代，在中科院过程研究所（原化冶院）郭慕
“ ”
孙院士的建议下成立了 中国颗粒学会 。
绪 论

9. 粉体力学 大连理工大学流体与粉体工程研究设计所 刘凤霞
约翰·艾特肯博士写道 ：“漂浮在大气中的尘埃引起了人们越来越
多的关注。随着对这些看不见的粉尘认识的加深，我们的兴趣
也
浓
厚了。当我们认识 到这些尘埃对我们的生命 至关重要时，我们
几乎可以说
，人们对它的担忧是不无道理的。无论是小到经过许
多
倍显微镜放大后也看不见的那些无机尘埃，还是漂浮在大气 层
内
不可见的更大一点的有机 粒子；尽管这些粒子看不见，但 他们
可是传播
人类疾病和死亡的瘟神
——这些
瘟神远比诗 人或画家曾
表现出来的
要真实的多
……” 环境污染
控制领域
跨
学科、跨行业的综合性极强
材
料、冶金、化工、矿业、机械、建筑、食 品、医药、
能
源、电子及环境工程等。
绪 论

10. 粉体力学 大连理工大学流体与粉体工程研究设计所 刘凤霞
各行
业独立处理各自遇到的粉粒体技术问题
各行
业在粉体研究中的 共性问题聚集起来
—— 粉体工程学
操作单元 : 粉体的
储存、输送、混合、分离、 制粉、
造
粒、流态化等操作单元
（
工程、力学、物理、化学
材
料等
）

粉体操作单元的设计 经验或半经验半 理论的结果
绪 论

11. 粉体力学 大连理工大学流体与粉体工程研究设计所 刘凤霞
粉体工程研究
内容
★
绪 论
粉体的基本
定义
★
粉体颗
粒的种类
★
与粉体有关的产业 ★

12. 粉体力学 大连理工大学流体与粉体工程研究设计所 刘凤霞
粉体工程的研究
内容
粉体力学
是粉体工程的理论基础
粉体工程的研究
内容
粉体工程
材
料、冶金、化学工程、矿业、机械、建筑、食 品、医药、
能
源、电子、环境工程
……
按
产品类别划分
工业
部门
将
粉体看成物 质的一种
特
殊存在形式
——粉体工程学诞生

13. 粉体力学 大连理工大学流体与粉体工程研究设计所 刘凤霞
粉体工程的研究
内容
☺气
固两相流
☺造粒
☺粉
碎
☺混合
☺颗
粒分级
☺粉
碎机械力化学
☺微
细粉的燃烧和粉尘爆炸
☺粉体
喂料及计量设备
☺矿
物粉体表 面改性
☺……

14. 粉体力学 大连理工大学流体与粉体工程研究设计所 刘凤霞

◆
提高
工业产品的 质量和控制水平

◆
节能降耗
，促进粉体加工技术的发 展

◆
新
材料的研究与开发
粉体研究的目的

15. 粉体力学 大连理工大学流体与粉体工程研究设计所 刘凤霞
尺寸
和尺寸分布，直接影响到 产品性能
表
面改性
水泥强度→→水泥熟
料与水的水化反应
颗
粒药剂
颜
料颗粒≈可见光波长
0.4-0.5×(0.4-0.7 ) ，
对
入射光的散射能力最大
颜
料颗粒
<0.5×(0.4-0.7 ) ，发生
光的衍射
墨
粉应有
75%以
上粒度为
6-20

◆
提高
工业产品的 质量和控制水平
μm
μm
μm
粉体研究的目的

16. 粉体力学 大连理工大学流体与粉体工程研究设计所 刘凤霞
物理
方法加工粉体
化学
方法加工粉体

◆
节能降耗
，促进粉体加工技术的发 展
在
确保产品质量的前提下，通过改进制造技术降低
成本。
提高市场占 有率和竞争力。
球磨
机 能量利用率
2-4%
粉体研究的目的

17. 粉体力学 大连理工大学流体与粉体工程研究设计所 刘凤霞

◆
新
材料的研究与开发
超
导、超强、超塑、超纯、超硬
粉体研究的目的

18. 粉体力学 大连理工大学流体与粉体工程研究设计所 刘凤霞
粉体的基本
定义
物
质三态：气
(g)、液(l)、固
(s)
因实
际生产需要，常以
颗
粒（
particles）形
状存
在。
具
有一定结构形状和空间尺度、特定材料性
质
的固体单元。
mm nmμm

19. 粉体力学 大连理工大学流体与粉体工程研究设计所 刘凤霞
粉体的基本
定义
米
粒
大
麦
米粉
面
粉
磨×
块

粉各个单独的
固
体颗粒的 集合
体，我们
把这种
集合
体称为粉
体，
是对实
“ ”
物 粉 这种物体
抽象
化的判断。
粒 粉
××

20. 粉体力学 大连理工大学流体与粉体工程研究设计所 刘凤霞
粉体的基本
定义
粉体的
固有特性：
①粉体——固
体：
a.粉体
具有异常发达的比表面积。
b.粉体
是松散体，各颗粒间相对位置容易变 动。粉体 几乎没
有
刚度，容易变形和倾泻，容易发生颗粒间的相对运动。

21. 粉体力学 大连理工大学流体与粉体工程研究设计所 刘凤霞
粉体的基本
定义
粉体的
固有特性：
①粉体——固
体：
②粉体——流体：
a.流体
具有流动性；粉体颗粒间容易发生相对 运动是由于粉
具
有松散性，并不像流体那样具有流动性。
b.流体
是宏观上的连续体，而粉体是各个独立的松散的颗粒
的集
合体，颗粒之间有空隙，空隙中填充着空气和水，所
以
粉体不是连续体，具有显著的不连 续性。
一
杯水、一杯粉
料
仓中粉的结 拱、堵塞 ，装卸时发生的 急冲、泛溢等 现象
都是因
为粉的不连 续性而造成的。

22. 粉体力学 大连理工大学流体与粉体工程研究设计所 刘凤霞
•粉体学(micromeritics)：研究
具有各种形状
的
粒子集合体性质的科学。
•医
学：
<100 m的
粒子叫
“粉”（流动
性差）；
>100 m的
粒子叫
“粒”。
液
体相似的流动性；
气体相
似的压缩性；
固
体相似的抗变形性；
““第四
种物态”
第四
种物态”
多
数固体制剂根据不同需要把粒子加工以改善粉体
性质
粉体粉体
粉体的基本
定义

23. 粉体力学 大连理工大学流体与粉体工程研究设计所 刘凤霞
粉体的基本
定义
料
仓无论储藏的是水泥或是碎 石块，侧压和
底压
随高度的变化关系都服从于同一 规律。
设计料
仓时，碎石块也可以作 为粉体来 处理
———— 粉体颗
粒尺寸的上限无明确标明
———— 块
体、粒体、粉粒体工程

24. 粉体力学 大连理工大学流体与粉体工程研究设计所 刘凤霞
颗
粒
群
→
粉体（powder）
组
成粉体的 最小单元
The minimum elment
粉体广
泛应用于国民经济各行业，尤其工业生
产过程中的原料
、中间体或者最终产品等。
A bulk of particles
粉体的基本
定义

25. 粉体力学 大连理工大学流体与粉体工程研究设计所 刘凤霞
单分散
粉体
多
分散粉体
粉体颗
粒的大小
——粉体物料的
粒度
粉体颗
粒在颗粒群中所占比例
——粒度分布
粉体的基本
定义

26. 粉体力学 大连理工大学流体与粉体工程研究设计所 刘凤霞
化工
医药
食
品
建材、颜
料
电
池材料
农
药
高硬度
物料
非
金属矿
金
属材料
Powder
Particles
与粉体有关的产业

27. 粉体力学 大连理工大学流体与粉体工程研究设计所 刘凤霞

●
非
金属矿：高岭土、滑石粉、重晶石、石英、石墨、
碳酸钙
（重质、轻质）、云母、蛭石、叶腊石、尖
晶
石、凹凸棒石、硅灰石、水镁石、膨润土、石灰
石
等。

●
高硬度
物料：碳化硅、刚玉、氧化锆、碳化硼、电
气石
、氧化硅、氧化铝、石榴石、锆英砂、金刚石
等
。
Some Application Fields for Powder/Particles
与粉体有关的产业

28. 粉体力学 大连理工大学流体与粉体工程研究设计所 刘凤霞

●
农
药：除草剂、杀菌剂、杀虫剂等可湿性粉剂。

●
化工：
氢氧化铝、硅胶、白炭黑、木粉、环氧树
脂
、碳粉、聚四氟乙烯、发泡剂、氢氧化镁、纤
维素
等。

●
医药
：绿茶、丹参、珍珠粉、鳖粉、三七、西青
果、
尼莫地平、非诺贝特、布洛粉等。
与粉体有关的产业

29. 粉体力学 大连理工大学流体与粉体工程研究设计所 刘凤霞

●
颜
料：氧化铁、氧化铬 、酞菁、镉红、镉蓝等。

●
建材
：超细水泥、粉煤灰、珍珠岩、石膏、超细沥
青
等。

●
食
品：大麦粉、食品钙、珊瑚礁、大麦苗、胶糖粉
等
。
与粉体有关的产业

30. 粉体力学 大连理工大学流体与粉体工程研究设计所 刘凤霞

●
其
它材料：稀土材料、磁性材料、陶瓷材料、耐火
材
料、电子材料、反光、发光材料等。

●
电
池材料：钴酸锂、氧化钴、锰酸锂、二氧化锰、
镍钴酸锂
、碳酸锂、焦碳、石墨等。

●
金
属材料：锌粉、铝粉、镁粉、锡粉、铜粉、钽粉、
锡铅
合金粉、钼铁粉等。
与粉体有关的产业

31. 粉体力学 大连理工大学流体与粉体工程研究设计所 刘凤霞
脱硫
石膏煅烧新装备系统
粉体物料生产技术和装备
概览

32. 粉体力学 大连理工大学流体与粉体工程研究设计所 刘凤霞
 
粉体
材料生产系统流程图
粉体物料生产技术和装备
概览

33. 粉体力学 大连理工大学流体与粉体工程研究设计所 刘凤霞
直
火燃烧热风炉（能量源）
粉体物料生产技术和装备
概览

34. 粉体力学 大连理工大学流体与粉体工程研究设计所 刘凤霞
大
型
生
产
炉
现
场
粉体物料生产技术和装备
概览

35. 粉体力学 大连理工大学流体与粉体工程研究设计所 刘凤霞
粉体颗
粒的种类
是最
先形成粉体物料的颗 粒称为
原
级颗粒
。
第一次以固态
存
在的颗粒，又称为
一次颗
粒
或
者
基本颗
粒
。

◆
原
级颗粒
cubic
sphere
amorphous
虚线—微
晶连接的晶格层
needle

36. 粉体力学 大连理工大学流体与粉体工程研究设计所 刘凤霞

◆
聚
集体颗粒
是由许
多原级颗粒依靠某种化学力与 其表面相连而堆积起
来的。相对与原
级颗粒来说是第二次形成的，故又称为
二
次颗
粒
。主
要在加工制造过程中形成的。因表面相互重叠，
表
面积比原级颗粒表面积和要小。
粉体颗
粒的种类

37. 粉体力学 大连理工大学流体与粉体工程研究设计所 刘凤霞

◆
凝聚
体颗粒
在
聚集体颗粒之后形成，又称为
三
次颗粒
。
由原级颗粒、聚集
体颗
粒或两者的混合物，通过比较弱的附着力结合在一起的疏
松
的颗粒群。各组成颗粒之间以
棱或角结
合。表面积与组成颗
粒
的表面积之和大体相等，比聚集体颗粒要大很多。
粉体颗
粒的种类

38. 粉体力学 大连理工大学流体与粉体工程研究设计所 刘凤霞

◆
絮凝
体颗粒
Definition:
粉体在
许多实际应用中都需要与液相介质构成一定的分散体
系。在这种
液固分散 体系中， 由于颗粒之间的各种物理力，
迫使
颗粒松散地结合在一起，所 形成的粒子群，称为
絮凝
体
颗
粒
。
很
容易被微弱的剪切力所
解絮，
也容易在表面活性剂（分散
剂
）的作用下自行分散 开来。长期存储的粉体， 可以看成是
与大气
水分构成的体系， 故也有絮凝体产生， 形成结构松散
的
絮团
—料
块
。
粉体颗
粒的种类