颗粒学__9颗粒的堆积.ppt

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1、4颗粒的堆积4颗粒的堆积颗粒体由大量颗粒堆积而成。颗粒的堆积性质是指粒体内部、颗粒在空间的排列状态或粒体的结构特性。它和诸如团粒、滤饼、粒层、流态化床、料堆等颗粒集合体的物理性质有直接关系。它不仅影响许多工艺过程的效率，如矿浆的输送、湿产物的喷雾干燥、矿仓内物料的流出状态等，而且对最终产品质量，如制品强度、密度、透气性、热值等也起着重要作用。4.1典型的堆积参数由颗粒堆积而成的颗粒层称为颗粒床层，颗粒床层具有以下特性。床层空隙率ε床层堆积的疏密程度用空隙率表示，指单位体积床层所具有的空隙体积

2、(m3/m3)。即：ε=(床层体积-颗粒体积)/床层体积ε的大小与颗粒的大小、形状、粒度分布、填充方式等有关，其值由实验测定。[说明]非球形颗粒的球形度愈小，床层的空隙率愈大；大小愈不均匀的颗粒，空隙率愈小；颗粒愈光滑，空隙率愈小；愈靠近壁面，空隙率愈大。4.1典型的堆积参数表征颗粒堆积状态的基本参数有空隙度(空隙率)、堆积率、配位数、比表面积、空隙分布等，其中空隙率应用最为普遍。(1)空隙率ε：为颗粒体中空隙所占的容积率(容积分数)，定义式为式中：ρS—颗粒的真密度；ρB—颗粒体的表观密度。讨

3、论：粒度分布对颗粒堆积的影响制备高浓度水煤浆要求大小颗粒要相互充填，以达到较高的堆积密实度，这样就可少用水。只有大颗粒充填了细颗粒再充填了更细颗粒4.1典型的堆积参数(2)堆积率λ：表征颗粒体中固体颗粒所占的容积率，即(3)配位数NC：每个颗粒和周围其它颗粒接触点的数目。NC与颗粒体的流变性有关。(4)比表面积：几种比表面积概念之间的关系为式中SW—单位质量颗粒所具有的表面积；φS—比表面形状系数；SV—固体颗粒单位净体积的表面积；ds.aw—以比表面积为基准的颗粒平均直径。SaV—颗粒体单位表观

4、体积的表面积；4.2球体的堆积1、等径球体的有规则排列常见等径球体有规则的充填有5种排列方式，见下表：排列方式配位数NC堆积率(1－ε)（%）空隙率ε(%)立方体647.64六方型（斜方体）839.55复六方型1030.19角锥型1225.95四面体型1225.954.2球体的堆积2、等径球体的随意堆积Smith等人通过实验，获得5种空隙率不同的等径球堆积配位数分布规律与平均空隙率及平均配位数的关系。假定堆积模型为立方堆积和四面体堆积的混合，可得到平均配位数和空隙率的关系式为：平均空隙率平均配位数

5、式中x是由四面体堆积的比例数。4.2球体的堆积由前面式子可求得空隙率和平均配位数的关系式为：Ridgway等人以最小二乘法求得配位数和空隙率的关系式为：实验证明，球体堆积率随容器直径和球径之比的增大而增加，直到10以前都符合此规律，超过比值10时，ε接近常数0.62。4.2球体的堆积3、异径球体的堆积在大球组成中加入一定数量直径较小的球，使其充填于大球的间隙中，则堆积物的空隙率可以进一步降低。例如，以六方型方式堆积，则混合物的空隙率下降为14.4%。多组份球体的堆积特征见下表：球体组份球体体积(%

6、)空隙率(%)空隙率下降(%)16238—285.614.423.6394.65.49.0498.02.03.4599.20.81.24.3颗粒的堆积实际颗粒的粒度分布有连续分布和不连续分布。连续分布的颗粒体是由某一粒度范围内所有尺寸的颗粒所组成；而不连续分布则是由代表该范围的有限尺寸的颗粒所组成。4.3.1不连续尺寸颗粒的堆积研究该理论的代表有Furnas,Westman,Hugill,Suzuki等人，其中Westman-Hugill的理论及计算多尺寸颗粒最大堆积率的方法在国内常见。1单位实际

7、体积颗粒的表观体积Va和空隙分数ε’、颗粒的体积分数λ’有以下关系：4.3.2连续尺寸颗粒的堆积经典连续堆积理论的倡导都是Andreason，他把实际的颗粒分布描述为具有相同形式的分布。表述这种尺寸关系的方程，就是著名的Gaudin-Schuhmann（高登—舒兹曼）粒度分布方程式中Y——小于颗粒D的含量，%；DL——颗粒体中的最大粒度；m——模型参数或简称为模数。4.4颗粒紧密堆积理论目前提出的有关紧密堆积理论主要有以下几种1、Horsfield和Fuller的紧密堆积理论2、Alfred方程3

8、、隔级堆积理论4、紧密堆积的经验4.4.1Horsfield和Fuller的紧密堆积理论早期的研究者Horsfield以公路材料的六方最密堆积为基础，进行了理论研究。从理论上讲，当颗粒间空隙填入无穷小及无穷多的小球时，空隙完全能被填满。但实际上并非如此，因物料半径变得很小时，粒间的相互作用不可忽视，所以实际上不可能达到理论计算的最大堆积率。Fuller通过试验得到连续粒度体系最紧密堆积的经验曲线。其特点是大颗粒在累积曲线上应呈直线，细颗粒分布则近似椭圆的一部分。根据他的试验结果，方