粉末和颗粒状物料的特性

威埃姆 2011-08-05 | 阅读：7233

固体物料的输送和处理特性可由以下因素而定：
-物理-化学属性
-流动性
-时间性

间隙度
所有的固体物料在物粒之间都存在间隙，间隙内充满了空气。物料中无物粒(即间隙)的体积与总体积的百分比，称之为间隙度。固体的间隙度e＝1。每种物料的间隙度各不相同，主要取决于物料颗粒的形状。物料球体的平均直径e = 0.48.

密度
密度由字母r表示；密度是指物料的质量与其所占的体积之比。散装密度和振动密度是物料的两种属性，可表示压实力。

颗粒大小分布
测试物料颗粒大小的方法根据所使用的测试设备而定，最常用的是标准型筛子。通常将颗粒测定分析中得到的数据绘制成分布曲线，其中横坐标X是颗粒的直径，纵座位Y是某种直径颗粒的质量占总质量的百分比。在分布曲线中可以找到质量百分比为50％的点，此点的直径数值就是该固料的平均直径。

颗粒的形状：分类颗粒形状时，普遍采用球度y，对于球体y =1

流动性
固料颗粒的流动性表征了此物料的流动趋势。考虑物料颗粒之间的关系，用内摩擦角来评定；考虑物料表面，用表面摩擦角来评定。内摩擦角表征了物料在压紧力（产生垂直方向的剪应力）作用下，其自身的流动趋势。通常情况下，用Jenike测试法进行内摩擦角评定，此评定需要依据几个因素：

-物料的主要压力
-物料的含水量
-温度：许多塑料材料在加热后，流动性会下降；
-颗粒大小和形状表面摩擦角表征了物料在压紧力（产生垂直方向的剪应力）作用下，顺着壁面流动的趋势。此摩擦角使用Jenike测试法进行评定，除了上述所列的因素外，此评定还需要依据以下因素:
-壁面，主要是壁面的粗糙度

物料的流动性还受到时间因素的影响：当某种物料在筒仓内静止地贮藏了很长一段时间后，再将它们从筒仓中卸出，此时物料的流动性会比正常情况下差很多。颗粒的内聚力和凝结力
内聚力被定义为散装固体物料抵抗压紧力（产生垂直方向的剪应力）的能力。此抵抗力是由结构的组合而产生的。以下是影响物料属性的重要因素：
-含水量：通常情况下，内聚力随着含水量的上升而上升。
-颗粒的大小和形状：大小，形状和内聚力之间没有直接的关系。尽管如此，颗粒尺寸越小，内聚力越大的现象却存在于许多物料中。
-存在油脂的物料, 含油量的多少会减少或增加颗粒的内聚力。
物料的凝结倾向主要是由颗粒之间的静电力，范德瓦尔斯力引起的，并且很大程度受到含水量的影响，因为含水量的多少会对颗粒之间的结块产生影响。

磨损和腐蚀
粒状物料的磨损取决于颗粒的形状，尺寸，硬度（由Mohs等级测量）以及颗粒的重量。腐蚀是指金属受环境影响，逐渐被侵蚀的过程，即从单元素物质成为一种氧化物。多数金属的腐蚀倾向受到与此金属接触物质的pH值的影响。同时，温度对金属的腐蚀也有影响：温度升高会加速金属的腐蚀。

静电
所有的物质在与其他属性的物质接触时，或多或少会产生静电；这种现象，称之为Tribo电学，它是由于一定数量的自由电子在接触中从一个物体转移至另一个物体所引起的。由静电规律可知，发生静电现象的物料由此得到了能量。当此物料的电压超过一个特定值时，物料就会向它最接近的导体（其电势低于物料的电势）放电。放电向外扩散，这是以热量，静电能量的形式向外释放的。此时，温度非常高，并可能产生可燃性气体混合物，从而引发危险性爆炸和火灾。吸湿性
是指固体物料以化学或物理的方式吸收其表面的空气或气流中水气的现象。

腐烂和污染
腐烂现象是由物料本身的生物特性引起的。它可以分为发霉、微生物和细菌几个层次，从而导致物质的腐烂。最主要的因素是物料的存放时间。
污染现象是指物料会对处理此物料的机械零件，或设备表面（无适当的保护或不很完整）产生污染。

降解性
降解性是指原先的颗粒物料由于输送机的机械运动（如滑动）而产生的分裂和破坏现象。这种现象引起了细小颗粒物的增加，从而影响了物料的质量。

挥发性和变移性
这两个特性表征了某种颗粒或粉末物料在受到气流影响后保持原状的能力。它们可以通过实验的方式测得，即测定物料通过气流管道时的渗透性。

粉末性
粉末性是布朗运动的表现，是肉眼可见的，它主要关系到物料的细小粒子。固体颗粒与气体分子相互碰撞，从而产生了无规则的热搅动。

易燃性和易爆性
如果点燃某种稠密的粉状物料，则可能引起火灾。
若点燃粉末的尘雾，则可能发生爆炸。爆炸不同于火灾，它是由于压力的突然增大和大量热量的瞬间产生导致的。
可燃性的底限的定义是：对粉末(g/m³)施加足够引燃的能量下，粉末能够在空气中爆炸的最小浓度。
在受限的环境或氮气环境中处理物料是减少火灾和爆炸的有效方法。

温度
有些物料处理是需要在高温下进行的；在这种环境下操作，会对物料的结构和处理设备的选用提出要求。

毒性
另一个需要仔细考虑的因素是蒸气或气体（由物料产生）的毒性。在认识到此特性后，就要仔细考虑选用何种处理设备，以保证工作环境足够安全。物料与墙面的相互作用
颗粒或粉末状固料与其含有的物质可分为几种现象：颗粒在墙面上形成阶层；形成硬壳，对机械性清洁产生不同程度的阻碍；一些物料产生可塑化倾向。这些现象符合流变学（理科中的分支）中的原理。

参考资料

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Perry R.H., Green D., "Perry's Chemical Engineers' Handbook, sixth edition"; McGraw-Hill International Editions.
Rizzo R., "La sicurezza degli impianti industriali"; Edizioni Scientifiche Italiane, Napoli.
Ronca A., "La sicurezza nell'industria; organizzazione, gestione, formazione e audit"; E.P.C. Editoria Professionale, Roma.
Smith W.F., "Scienza e tecnologia dei materiali"; McGraw-Hill Libri Italia, Milano.

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