粉体的流动性

三、粉体的流动性•在粉体生产、制造、加工过程中，常需要进行粉体物料的储存、输送等操作。•粉体结拱是生产中的常见问题。直接影响到粉体的流动特性，乃至于影响到产品质量。•因此，实际要求尽可能地避免拱的产生。粉体的流动性在粉体工程设计中应用范围很广，粉体的流动性对其生产、输送、储存、装填以及工业中的粉末冶金、医药中不同组分的混合、农林业中杀虫剂的喷撒等工艺过程都具有重要的意义。在水泥厂中，许多操作过程都会涉及到粉体的重力流动。研究粉体的流动性能，对于粉体设备的设计，都具有十分重要的意义。研究粉体流动性的意义测量方法静态法动态法剪切类流动类•粉体的流动性（flowability）与粒子的形状、大小、表面状态、密度、空隙率等有关。对颗粒制备的重量差异以及正常的操作影响很大。•粉体的流动包括重力流动、压缩流动、流态化流动等多种形式。1、概述什么是粉体的重力流动？粉体颗粒间的相互滑移，必须克服其内摩擦力。松散物料由于自身重力克服料层内力所具有的流动性质，称为重力流动性。物料从料仓中卸出就是依靠这种流动性。粉体的重力流动粉体重力流动的基本形态实验表明，料仓内粉体物料在重力作用下的流动基本状态有整体流和漏斗流两种。两种流动形态的特点在卸料过程中，仓内物料全部处于均匀下降的运动状态，这种仓流状态称为全流式流动或整体流。若只有料仓的中心部分产生料流，而其他区域的物料停滞不动，流动的区域呈漏斗状，流动沟道呈圆形截面，其底部截面大致相当于卸料口面积，这种仓流状态这种仓流状态称为穿流式流动或漏斗流。整体流仓内没有死角，流动均匀且平稳，能把粒度分离的物料重新混合。整体流需要增加料仓高度，增加仓壁的磨损。漏斗流对仓壁磨损较小，但不会使物料粒度分离。它是局部性的流动，存在大量的死角，减少了料仓的有效容积。漏斗流是一种有碍生产的仓流状态，而整体流才是料仓正确设计的合理结果。料仓的材料有水泥（钢筋混凝土）、钢板和木材。一般大型饲料厂原料仓常采用水泥结构，配料仓和成品仓常用厚2～3mm的钢板制成。料仓的形状有圆形和方形两种，方形的在交接处容易形成死角，而圆形的无此弊病。但对于仓群，方仓可相互利用仓壁。物料在料仓内排料情况与料仓的形状和物料本身的机械物理特性有关，一般可分为排空、“结柱”和“结拱”三种情况。s=t=0t=0粉体的流动性2、粉体的开放屈服强度由图2-27的几何关系可得2-38122sinccifOAf=使拱破坏的最大正应力。是粉体的物性，称为开放屈服强度或者应力。iccffOAsin221=拱自由表面的应力状态s=t=0从上两式可得粉体的开放屈服强度fc为2-392-40tanicOA=2cos1sinicifc=•t0=0，fc=0•t0不等于0，fc=常数fc随t0的增加而增加由式得：MolerusI类粉体的开放屈服强度为0，即MolerusI类粉体不结拱；MolerusII类粉体的开放屈服强度为常数，与预压缩应力无关；MolerusIII类粉体的开放屈服强度随预压缩应力的增加而增加，即拱的强度随预压缩应力的增加而增加。粉体的流动性3、W.Jenlike粉体流动函数水泥粉体物料是不均匀的，是无限多种粒度、形状和空隙的组合体，因而我们可以用连续介质的方法进行分析研究。W.Jenike等人提出了粉体的连续介质塑料模型，并发展了流动—不流动的判据，创建了一套科学地表示散状物料流动性能的指标，并且根据散状物料流动理论导出一套能根据所测得这些流动性的指标设计料仓等容器的实用方法。流动函数FF22FF44FF10FF10流动性差，流不动不易流动容易流动自由流动cfFF/0s=判据：水泥粉体的开发屈服强度预压缩应力MolerusI类粉体的Jenike流动函数FF→∞；MolerusⅢ类粉体的流动函数FF与预压缩应力有关。MolerusⅡ类粉体的流动函数FF是与预压缩应力无关的常数；粉体的流动性20(sin)archBWrzg=0(2sin)(cos)confcFrzf=2-422-43取图中的微元进行力学分析：拱重可以近似为：与自由表面垂直的面上的作用力：◆拱应力分析θ00,(2sin)(cos)sinsinsin2confccFrzfrfz==002sin22sincBfDrg==2-442-45max2cBfDg=2-462-47gfDBc)00467.02(max=1.增大粒子大小•对于粘附性的粉状粒子进行造粒，以减少粒子间的接触点数，降低粒子间的附着力、凝聚力。2.粒子形态及表面粗糙度•球形粒子的光滑表面，能减少接触点数，减少摩擦力。3.含湿量•适当干燥有利于减弱粒子间的作用力。4.加入助流剂的影响•加入0.5%～2%滑石粉、微粉硅胶等助流剂可大大改善粉体的流动性。但过多使用反而增加阻力。4、粉体流动性的影响因素与改善方法粉体流动性的测定目的与意义•熟悉测定粉体流动性的测定方法及影响流动性的因素寻找改善流动性的方法休止角法、内摩擦角法小孔流出速度法、旋转圆筒法粉末流速计法等测量切向力与法向力的关系（得剪切方程）剪切仪测量一定条件下粉体流动的速率或流出的时间流出时间法狭缝流速测定法测量参数测量装置剪切类流动类静态法动态法Jenike仪测量方法壁摩擦角法、滑动角法综合流动指数法测试原理•粉体是由无数个固体粒子组成的集合体。在制药行业中常用的粉体的粒子大小范围为1μm~10mm。粉体的第一性质：组成粉体的单一粒子的性质，如粒子的形状、大小、粒度分布、粒密度等；粉体的第二性质：粉体集合体的性质，如粉体的流动性、填充性、堆密度、压缩成形性等。粉体的流动性种类现象或操作流动性的评价方法重力流动瓶或加料斗中的流出旋转容器型混合器，充填流出速度，壁面摩擦角休止角，流出界限孔径振动流动振动加料，振动筛充填，流出休止角，流出速度，压缩度，表观密度压缩流动压缩成形（压片）压缩度，壁面摩擦角内部摩擦角流态化流动流化层干燥，流化层造粒颗粒或片剂的空气输送休止角，最小流化速度测定内容和操作2．测定内容（1）分别称取微晶纤维素粉末和微晶纤维素球形颗粒20g，测定休止角，比较不同形状与大小对休止角的影响；（2）称取微晶纤维素粉末15g共3份，分别向其中加入1%的滑石粉、微粉硅胶、硬脂酸镁，均匀混合后测定休止角，比较不同润滑剂的助流作用；（3）称取微晶纤维素粉末20g，依次向其中加入0.2%,1%,2%,5%,10%的滑石粉，均匀混合后测定其休止角，比较助流剂的量对流动性的影响。以休止角为纵坐标，以加入量为横坐标，绘出曲线。（一）休止角的测定1．物料微晶纤维素粉末，微晶纤维素球形颗粒，滑石粉，微粉硅胶，硬脂酸镁。休止角休止角的测定方法有：注入法、排出法、容器倾斜法等等。休止角是粉体堆积层的自由斜面在静止的平衡状态下，与水平面所形成的最大角。休止角的测定htgα=h/rr常用的方法是固定圆锥法（亦称残留圆锥法）。固定圆锥法将粉体注入到某一有限直径的圆盘中心上，直到粉体堆积层斜边的物料沿圆盘边缘自动流出为止，停止注入，测定休止角α。休止角的测定支架漏斗圆平板刻度尺测定装置测量方法将粉体样品倒入漏斗内，使样品通过漏斗落在下方直径为20mm的圆平板上，使粉体逐渐堆积，直至不能继续堆积为止。从刻度尺上读出粉堆的高度，再按公式求出休止角。休止角公式rh=tan休止角与流动性的关系粉体的休止角30º30º~45º45º~60º60º~90º流动性良好较好较差差用休止角评价粉体的流动性能，只能大致定性地表示流动性的好坏，或者用于比较同种粉体因水分和粒度等引起的流动性差别。（二）流出速度的测定2．测定内容分别称15g微晶纤维素粉末、微晶纤维素球形颗粒和淀粉，测定流出速度，比较不同形状与大小或不同物料的流出速度。1．物料微晶纤维素粉末，微晶纤维素的球形颗粒，淀粉。流出速度的测定移去挡板的同时开始计时（三）压缩度的测定3．测定方法将欲测定物料分别精密称定，轻轻加入量筒中，测量体积，记录最松密度；安装于轻敲测定仪中进行多次轻敲，直至体积不变为止，测量体积，记录最紧密度。根据公式计算压缩度C。1.物料微晶纤维素粉末、微晶纤维素球形颗粒、淀粉。2．测定内容取微晶纤维素粉末、微晶纤维素球形颗粒和淀粉各15g，测定压缩度，比较不同形状与大小或不同物料的振动流动性。测定压缩度仪器———轻敲测定仪压缩度的测定电动机物料固定螺丝V0V1%Cff1000=ρfρ0（二）流出速度的测定2．测定内容分别称15g微晶纤维素粉末、微晶纤维素球形颗粒和淀粉，测定流出速度，比较不同形状与大小或不同物料的流出速度。1．物料微晶纤维素粉末，微晶纤维素的球形颗粒，淀粉。综合指数的测定测定装置1散度测定装置2测定台3锁紧螺母4筛网5振动台6刮铲刀杆7刮铲角测定台8螺旋升降杆9指示灯10保险丝11振动敲击转换开关12启动按钮13定时器14变阻器综合指数的测定测定装置6刮铲刀杆7刮铲角测定台8螺旋升降杆装粉槽量角器等刮产角的测定1、将圆刮刀放入装粉槽底部；2、将粉体样品加入槽内，直至加满；3、调整螺旋升降杆，使刮刀升起；4、用量角器量出测角指针所指的角度。1、样品放入上圆筒中，样品通过筛网落入下圆筒中；2、下圆筒加满，取下；3、刮刀刮去多余粉体，称量样品质量。综合指数的测定测定装置2测定台3锁紧螺母4筛网5振动台上圆筒（装有10目的筛网）下圆筒（体积为15cm3）刮刀等压缩率的测定15松容积粉体质量样品松密度MA==综合指数的测定压缩率的测定15充容积充填粉体质量充填密度M==4、称量后的样品放入上圆筒中，并加满粉体样品；5、放入电磁振动器上振动5分钟，取下；6、刮刀刮去多余粉体，称量样品质量。%100=AQ压缩率1、压缩率越小，粉体的流动性越好；2、Q40%，粉体的流动性急剧恶化。1、称量2g样品放在40目筛网上，下面连接60目、100目和底盘；2、加盖放在电磁振动器上振动2分钟；3、称量每层筛网上残留样品质量。综合指数的测定测定装置2测定台3锁紧螺母4筛网5振动台套筛（40目、60目、100目）天平电磁振动器等凝聚度的测定综合指数的测定4、40目筛网上每残留0.1g样品乘以系数5%；5、60目筛网上每残留0.1g样品乘以系数3%；6、100目筛网上每残留0.1g样品乘以系数1%。321CCCC=凝聚度1、2g粉体全部残留在40目筛网上，C=100%；2、2g粉体全部通过在100目筛网上，C=0。凝聚度的测定%51.0401=MC%11.01003=MC%31.0602=MC评价方法根据已测样品的休止角、刮铲角、压缩率和凝聚度的测定值，在粉体流动性评价表中查出相应的分数，然后相加得总分，就可知道所测粉体的流动性状属于哪一类。综合流动指数评价法1、信息量大，对粉体的处理有直接的参考作用；2、只能表示和比较粉体物料的相对流动性。