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粉体混合的过程特点

在搅拌设备的设计中，粉体的混合是一类典型的过程，也是粉体科学和粉体工程的重要组成部分，常见于无机非金属材料、冶金、原子能、石油化工、制药、高分子化学、电子工业等过程工业中。在石油化工和制药工程中，则又以固体催化剂的制备、悬浮剂的聚合、的造粒等较为常见。

与流体混合类似，粉体混合通常定义为粉体在外力的作用下，其位置和运动速度发生改变并较终使各组分颗粒达到所需要的分布特点的操作和过程，这些分布可以是颗粒的组成浓度或质量分数，也可以是颗粒的温度，甚至包括颗粒的直径、颜色等参数。

(1)粉体的概念

粉体指的是数量较多、尺寸微小且具有许多不连续面的、比表面积巨大的固体颗粒的集合体。基于这样的特点，粉体同时表现出流体和固体的特性。固体颗粒具有自身的粒度、密度以及相当的刚性，即非连续的固体的一面；而当粉体形成聚集的集合体时，便表现出类似液体的可流动的一面，即颗粒之间存在一定的空隙。粉体颗粒在其相互作用力下甚至还能表现出如液体一般的流变特性，如范德瓦尔斯力、桥联力、内摩擦力等。范德瓦尔斯力作用范

围大约为1nm，作用尺度主要在分子或亚分子级。液体桥联力是由于完全润湿物系在液体毛细管力作用下而产生的力；固体桥联力是由于化学反应、烧结、结晶等变化过程中形波新的固态物质而产生的力。

(2)粉体的混合机理

一般来说，粉体的混合机理可以概括为下列四种]。

1对流混合：在外力作用下，固体颗粒群做大幅度位置移动，在循环流动的过程中实现混合。这种混合过程也称为移动混合，这种混合是在相邻的固体颗粒群之间相互交换位置，在宏观上实现整体混合，比较容易观察，混合的速度比较快。

2扩散混合：相邻的两个颗粒之间互相改变位置引起局部混合，在连续旋转的混合设备之中，粉体颗粒在物料交界面边缘不断地被分散、展开，并且相邻颗粒之间相互渗透、掺和，使物料达到完全均匀化的混合程度。此类混合主要是微观上的混合，不易观察且混合速度较慢。

3剪切混合：颗粒间发生相对运动，在物料表面形成若干滑移面并且相互混合、掺和及融合。

4渗流混合：粉体在受到自身重力或外界压力等体积力作用下因密度差等原因导致的位置的改变或穿插运动。此类混合主要是微观上的混合，并且速度较慢。

以上四种混合机理从作用形式和发生条件上看不尽相同，但是在大多数混合过程中都是同时发生并且相互影响的。如图4.5.1所示为机械搅拌粉体过程中的混合机理，其中*I阶段为对流混合阶段，在机械的强力作用下混合进度相对很快；*Ⅱ阶段为对流与剪切共同作用下的阶段，与对流混合阶段相比，随着粉体混合程度的提高，此阶段混合速度有所减慢；*Ⅱ阶段为扩散混合阶段，该阶段处于混合与分离相互平衡的状况，混合均匀度在某一均值附近上下波动，不再随着时间而大幅度变化。