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化工粉体工程单元操作与反响类型

化工粉体工程单元操作与反响类型

粉体工程在国民经济各部门中应用较广，其中作为粉体工程主要分支的化工粉体

工程的应用，在中国已有3000多年的历史。但作为一门技术，它真正受到重视是在本

世纪40年代。

在化工消费过程中，不仅涉及气体、液体物料的处理，还大量涉及固体物料〔即

粉体〕的处理。这些有关固体颗粒的反响、别离、净化、输送等过程及其所用的反响

器、别离器及其它设备的研究与设计，相关固体颗粒的化学消费工艺，都是化工粉体

工程的研究与设计内容。

经过几十年的努力，目前粉体化学工程的研究与设计到达了新的高度，单元设备

的消费效率有较大进步。数学模型方法已用于工业放大，粉体的连续化消费也获得明

显进步。但与气体、液体的单元处理过程相比，仍有很大差距，有待进一步研究与理

论。

1.化工粉体工程单元操作与反响类型

1.1化工粉体单元操作

化工消费过程中，涉及粉体的单元操作可分为以下三类：

〔1〕挪动操作包括混合、输送、给料、包装、存储等单元操作；

〔2〕粒径变化过程包括粉碎、造粒、结晶等过程；

〔3〕别离操作包括筛分、分级、除尘、过滤、沉淀、离心别离、枯燥等过程。这

些单元操作都包含传质或传热、或动量传递、或化学反响过程，典型的单元操作过

滤、沉淀、离心别离、气力输送、枯燥、结晶都涉及质量、动量、能量的传递。通常

的单元操作沉淀、结晶还伴随着化学反响。

1.2化工粉体反响类型及反响器

化工粉体反响过程一般有以下两种类型：

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〔1〕作为固体催化剂参与反响过程，这类比拟普遍，一般的气-固、气-液-固非

均相反响系统大都是这一类。

〔2〕作为固体反响物或产物参与反响过程，即固相非催化反响过程，这一类在水

泥、玻璃、冶金等部门应用较广。化工行业如制碱工业中的石灰石煅烧；硫酸消费中

的硫铁矿焙烧；炭黑消费中原料油、气的高温裂解等也都是这一类。化工粉体反响过

程采用的反响器型式常见的有固定床、流化床、喷流床、淤浆床、窑式本文由论文联

盟搜集整理的反响器及煅烧炉等，还有近年来开展的化学气相沉积结晶反响器。

2.化工粉体工程存在的问题及进展

2.1化工粉体工程存在的问题及原因

化工消费过程中，有关固体颗粒单元操作的研究与设计还处于低级阶段。与气

体、液体相比，固体颗粒较难连续化处理，或是连续化后能量消耗很大、效率低下，

因此需解决一些突出的矛盾。如在粉煤燃烧造气、水煤浆气化的连续消费中，粉碎的

粒度、筛分过程中的微小差异可能造成后续设备的损坏、堵塞而中断消费过程。目

前，全世界用于粉碎固体颗粒的能耗超过总能耗的4%，但最好的粉碎机械效率也只有

百分之几，而且随着粉碎粒度的越来越小，效率将越来越低[1]。诸如此类的问题都有

待于进一步解决。存在这些问题，不只是研究投入少的原因，还由于固体颗粒处理本

身的复杂性所决定。

2.2化工粉体工程进展

随着现代科学技术的开展，人们越来越不满足于根据经历逐级放大的设计方法。

由于这种方法阻碍技术体系化与技术进步，故研究者开场进展从颗粒的物理、化学性

质入手的化工粉体工程技术研究。同时，由于不同颗粒级别粉体的一些奇妙的物理、

化学性质，尤其是微细颗粒、超细颗粒的光、电、磁、热等特性的变化，以及这些性

质的广泛应用前景，从而学者们对此兴趣日增[2]。

在工程上，粉体主要的物理、化学性质有：表观重度、粒度分布、摩擦角、磨耗

性、附着性、含水率、熔点、单粒子强度、带电性、易燃易爆性、腐蚀性、香气、温

度、吸湿性、压缩性等。因此，开展了颗粒形态学、粉体力学、粒度测量技术等。在

粉体单元操作上，对挪动过程应用了粉体力学；对粒径变化过程应用了速度论；对别