影响微细颗粒团聚的粘性力分析.pdf

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1、篓工毪亨荸中围，睁仕持士"Col,voL．⋯I跚ppl．竺!塑—————————旦些!型竺墼堡竺型型竺堕竺竺竺!张文斌，祁海鹰，由长福，徐旭常(清华大学煤的精清燃烧技术国家重点实验室．北京100084)摘要：徽细颗粒的团聚是当颗粒粒径4、于一定值、颗粒克分接近时所发生的普遍现象。颗粒闻不同性质的粘性力是促成颗粒团聚的根本原因。本文通过分析蕞粒问可能存在的范德华力、静电力、液体桥力、固体桥力等几种粘性力的原理、大小厦影响因素，提出它们在不同实际工况下的应用条件。关t词：微细颗粒；团聚；粘性力实验和理论研究结果表明：对于直径较小的颗粒，特别是微细、超细或纳米级颗粒，当颗粒充分接近到一定

2、距离时，颗粒间表现出的强大粘附力大大超过本身的重力，使得颗粒易于抱结形成团聚。通常我们把这一类微细颗粒统称为粘附性颗粒。表面物理化学认为：当我们破碎颗粒时。必须克服分子间的吸引力对颗粒体系做功。颗粒从而获得正的表面自由能。按照热力学第二定律，恒温恒压下的自发过程总是向降低自由能的方向进行。对于固体微细颗粒，不能象液体那样自由改变表面形状，降低自由能只能通过与周围的颗粒相互粘附减少比表面积从而达到较为稳定的状态。因此有细颗粒存在的颗粒体系中就有相互粘附的团聚现象发生。微细颗粒的团聚是发生在细粉流态化、超细粉体制备和分离、药品造粒、食品工业、粉末冶金、硅酸盐工业等等诸多实际工业应用中的

3、普遍现象。团聚以及由此形成的细粉难以流化现象对于聚烯烃的气相聚合以及煤的气化、燃烧等工业进程颇为不利，但却被用于药品造粒等工业。颗粒间不同性质、不同大小的粘性力是促使颗粒团聚的根本原因。只有充分认识颗粒间可能存在的各种微观粘性力的大小、性质及应用条件，才能获得颗粒间团聚的机理，从而能够预测和控制团聚形成的大小，使团聚的形成朝着我们希望的方向发展。1粘性力分析微细颗粒间的粘性力主要包括范德华力、静电基盒珥目：国家重点基础研究专璜经费资助力、液体桥力、固体桥力和其他粘性力。除此之外。还有化学键作用和直接键合的氢键作用力、以及如固体之间的扩散和相互熔融导致的界面作用力。但除非在特殊的条件

4、下(如超高的纯度、相当高的温度)，一般情况下我们都不需要考虑后两种力。颗粒间不同性质的粘性力在不同的实际工况(如粒径大小、湿度等)下有各自的应用条件，需针对实际情况具体分析。1．1范德华力1．1．1原理范德华引力是指两个物体接触表面所有分子间相互电磁吸引力的总和，范德华ItJ于1873年首次提出。之后，H／Ella“2J和Ij珏dd3】用不同的模型发展了范德华引力并提出了H哪妇常数和Hfshitz-VanderW越k常数。可以这样来理解范德华引力：分子瞬时图象所具有的不同电子排列，使分子呈现偶极子的特征。同时邻近分子受其作用成为诱导偶极子，偶极子和诱导偶极子之间相互引力的总和，使得

5、固体阃产生的引力即为范德华力。范德华力是原子或分子间的相互作用、固体颗粒间的间隔距离、固一固几何接触条件等因素的函数。通常只有在固体颗粒充分接触到很小的距离时才发挥作用。范德华力的大小随着颗粒直径的减小而减小，但由于随直径减小，重力衰减的更快，因此对于微细颗粒，范德华力远远超过重力，成为促使团聚形成的最主要的因素。1．1．2范德华力的计算微细颗粒所受的范德华力主要发生在颗粒与实验仪器、设备壁面间以及颗粒相互之间，其计算公式分别如下：(1)球与平面之间的范德华力Fvw：煞：垦(1)一1222—16nZ02”7式中A为Halmkr常数；腼为范惯常数；如为球直径；Z0为范德华力发生距离，

6、计算时一般取为4x10一lom。当计及硬度H(f)的影响时，文献[4】中144(]ainaPowderScienc—e—an—d—T幽——d—og—y———————————————20—01—S—up—pl～．Kmpp综合粗糙度Rm对范德华力的影响提出和固体之间相互接触摩擦导致的静电力也是促成颗F∑二赏nj碚磊而，㈤瓣篙篇繁篙嚣荔葛嚣黼篆(2)不同尺寸球之间的范德华力被颗粒内部吸收，而保持在颗粒表面，巍产量较矗磊吣412Zo‘蛐dpl+d皿卜荔(糕’凳黟戮蚴雠黼黼勒麒雠性(3)1．2．1原理及计算方法1·l3地如常数A的计算固体之间的相互接触可导致接触电位差带电和(1)同种物质材料

7、之间的}bnHk日常数AlI摩擦起电两种方式。An2#q12岛t(4)一般来讲，当两种固体颗粒彼此接触时，就可以式中晶1=i3。5^。o，qI为单位体积原子数，互相充电，使对方带上电荷吲。两种固体颗粒之间‰。k。常数可及材料物性表中查得。的接触电位差为⋯。，1、(2)不同种物，材料谗竺，撒A12～鼽昧≯。篙嘉盔固体的电子二：^12=√^ll‘^笠【5，能。誊宝A1l、A22分别代表材料l和材料2的}bnmk*对于实际接触带电的情况，如颗粒与床壁面之常数。间，静电引力的