CN107091793A - 一种细颗粒粉体流动性测定装置及方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种细颗粒粉体流动性测定装置，其包括通过气体软管依次连通的气源、气压调节机构和细颗粒粉体流化机构；所述气压调节机构包括依次安装于所述气源下游的减压阀、压力表和三通阀，所述三通阀的两通连接所述气体软管，另一通连接大气；所述细颗粒粉体流化机构包括一个U型管，所述U型管的两个管口由软木塞密封，所述软木塞设有供所述气体软管穿过的孔洞。本发明使用所述细颗粒粉体流动性测定装置测定细颗粒粉体流动性，可以直接、方便地测定流化状态，测定达到流化状态所需压力和流化高度，可对不同细颗粒粉体的流动性进行全面、综合的比较。

Description

一种细颗粒粉体流动性测定装置及方法

技术领域

本发明涉及细颗粒粉体测量领域，特别是涉及一种细颗粒粉体流动性测定装置及方法。

背景技术

随着人们对粉体应用要求的提高，微米粉体甚至是纳米粉体在建筑、涂料、消防、冶金、材料、医药等领域的应用日益广泛。粒径小的粉体，能较大地提高粉体的使用性能，因此，细颗粒粉体的研发和制备已经成为当前研究的热点。但细颗粒粉体因其比表面积大，表面能高，更容易发生吸潮和团聚问题，导致其流动性逐步下降，严重影响其使用效果。因此，发明一种可靠、方便的，可测定细颗粒粉体流动性的装置和方法是非常有必要的。

当前粉体流动性的测定方法主要针对于大粒径的粉体，如休止角法、小孔流出速度法、角度法等。休止角法通常将粉体注入漏斗内，使粉体自然下落到漏斗下方半径一定的圆盘上，使粉体逐渐堆积成圆锥形，当粉体不能再堆高时，测定其高度，通过高度与半径的比值测定休止角的正切值，从而获得休止角值。小孔流出速度法通常将粉体注入一定口径的沙漏或玻璃管内，测定粉体全部漏完的时间。角度法通常将粉体平铺于板面上，逐步抬高板面，测定粉体开始滚落时的角度。

在运用上述三种方法测定细颗粒粉体的流动性时，存在以下几个问题：(1)用休止角法测定细颗粒粉体流动性时，细颗粒可能因较长时间暴露于空气中而产生吸潮团聚现象，粘附于漏斗口以及漏斗壁，无法完成测试。

(2)用小孔流出速度法测定细颗粒粉体流动性时，细颗粒可能因较长时间暴露于空气中而产生吸潮团聚现象，粉体粘壁，无法完成测试。

(3)用角度法测定细颗粒粉体流动性时，细颗粒可能因较长时间暴露于空气中而产生吸潮团聚现象，粘附于板面，无法滚落，故而无法完成测试。

准确、简便地测定和比较细颗粒粉体的流动性，对初期粉体的筛选以及后期粉体的应用均有重要的指导价值，因此需要发明一种新型细颗粒粉体流动性测定装置及方法。

发明内容

本发明的目的在于克服休止角法、小孔流出速度法和角度法的不足，提供一种细颗粒粉体流动性测定装置及其方法，使细颗粒粉体流动性的测定准确、可靠、客观。

本发明的细颗粒粉体流动性测定装置包括通过气体软管依次连通的气源、气压调节机构和细颗粒粉体流化机构；所述气压调节机构包括依次安装于所述气源下游的减压阀、压力表和三通阀，所述三通阀的两通连接所述气体软管，另一通连接大气；所述细颗粒粉体流化机构包括一个U型管，所述U型管的两个管口由软木塞密封，所述软木塞设有供所述气体软管穿过的孔洞。

工作原理：测量时，先将待测细颗粒粉体铺满所述U型管的底部，然后组装好，打开所述气源和所述减压阀，调节所述三通阀，气流经所述减压阀调节压力，气流稳定之前先通过所述三通阀排入大气，等气流稳定后再调节所述三通阀将所述气源和所述U型管接通，使气流通入所述U型管中，以此保证气流稳定后再通入所述U型管中，可减小因气流不稳产生的误差，还可避免在操作不当的情况下，因气流激增导致粉体大量冲出所述U型管。通过上述调压稳流操作逐步增大所述气瓶输出的气流的过程中，进入所述U型管的气流也逐渐增大，当压力增大到某一值时，所述U型管内原本紧实的细颗粒粉体出现松动，细颗粒粉体间空隙增大，体积膨胀。如果再进一步增大压力，细颗粒粉体将不能维持固定状态。此时，细颗粒粉体全部悬浮于气流中，显示出相当不规则的运动。随着压力的提高，细颗粒粉体的运动愈加剧烈，体积也更加膨胀，但是细颗粒粉体仍逗留在所述U型管内而不被气流带出。在一定压力值下，当细颗粒粉体处于稳定的悬浮态时，可认为细颗粒粉体达到稳定的流化状态，该状态下细颗粒粉体会达到对应的最高高度和最低高度，最高度度和最低高度之间的差值即为流化高度。而在一定压力范围内细颗粒粉体达到稳定的流化状态时，细颗粒粉体的流化高度会随着压力的增减也会出现升降。通常情况下，流动性不同的细颗粒粉体达到稳定的流化状态所需的压力范围会不同，某一压力对应的流化高度也会有差异，因此达到稳定的流化状态所需的压力范围和流化高度可作为细颗粒粉体流动性的表征参数，通过比较不同细颗粉体对应的压力范围和流化高度，以及压力和流化高度的对应关系即可比较不同细颗粒粉体的流动性。为了便于比较不同细颗粒粉体的流动性，可在所述U型管上标记一个基准高度，通过比较不同细颗粒粉体的某一部位(如主体部分、顶部或底部)达到所述基准高度时对应通入气流的压力(所述压力表的示数)，即可比较不同细颗粒粉的流动性，一般地，达到所述基准高度的压力越小，说明细颗粒粉体流动性越好；当达到所述基准高度的压力一致时，则可通过比较此时稳定的流化状态下的细颗粒粉体的最高高度及最低高度之间的差值进行流动性的判断，差值越大，说明细颗粒粉体的流动性越好。

优选的，所述气源为氮气气瓶。氮气气瓶含水较少，可有效避免实验过程中因粉体吸潮团聚产生的误差，且氮气气瓶价格经济。

优选的，所述压力表为高灵敏度压力表，可准确对比不同细颗粒粉体在达到最低流化高度时所需的压力，从而对比不同细颗粒粉体的流动性。

优选的，所述U型管为细长型，长径比为8～15优选11。所述U型管为细长型时，可使得进入所述U型管的气体更加集中，防止气体的碰壁损失，同时也可以实现在较大范围内观察粉体的流化状态。

优选的，所述U型管材质光滑，尽可能减少细颗粒粉体和U型管壁的摩擦和粘附作用，使细颗粒粉体能较好的呈现流化状态。

优选的，所述U型管上标有刻度，便于读取高度。

优选的，所述软木塞上的孔洞直径与所述气体软管直径一致，以此既能保证所述U型管的密封性，防止因空气进入所述U型管对气流和湿度产生影响，导致测定结果的误差，同时也便于组装。

优选的，所述U型管下游通过气体软管连接有缓冲瓶，所述缓冲瓶能避免粉体在冲出所述U型管后进入大气并造成污染的可能性。

本发明的另一目的在于提供使用所述的细颗粒粉体流动性测定装置测定细颗粒粉体流动性的方法，包括步骤：

(A)将待测的细颗粒粉体铺满所述U型管底部，塞上所述软木塞并组装好所述细颗粒粉体流动性测定装置；

(B)调节所述三通阀使所述气源接通大气，打开所述气源和所述减压阀，通过所述减压阀调节气流使所述压力表的示数达到预定值，至气流稳定后，调节所述三通阀使所述气源接通所述U型管，气流通入所述U型管，观察所述U型管内的细颗粒粉体；若所述U型管内的细颗粒粉体呈现稳定的流化状态，记录所述压力表的示数以及细颗粒粉体达到的最高高度和最低高度；

(C)逐步重复步骤B的方法，控制通入所述U型管中气流的压力逐步变化，观察所述U型管内的细颗粒粉体；记录所述U型管内的细颗粒粉体呈现稳定的流化状态时的所述压力表的示数以及细颗粒粉体达到的最高高度和最低高度；所述压力表的示数以及细颗粒粉体达到的最高高度和最低高度的差值即可表征细颗粒粉体的流动性。

通过上述步骤，可测定细颗粒粉体在所述U型管中达到流化状态的一系列的压力和对应的流化高度，流动性不同的细颗粒粉体的测试结果会有差异，以此即可对细颗粒粉体的流动性进行评价和比较。

较佳的，为了便于观察以及更加准确方便地比较不同细颗粒粉体的流动性，所述方法可进一步改进，具体为：

在步骤A之前预先在所述U型管的直管上距底端0.5～1.5cm处，优选1cm处，标记为基准高度；

在步骤B和步骤C中，按照步骤B的方法控制通入所述U型管中气流的压力逐步增加，当细颗粒粉体开始呈现流化状态时，观察细颗粒粉体的主体部分是否能达到所述基准高度，若不能，则继续增加压力直至细颗粒粉体的主体部分达到所述基准高度，记录此时压力表的示数和细颗粒粉体达到的最高高度及最低高度；若细颗粒粉体的主体部分始终无法达到所述基准高度，则根据U型管上的刻度，记录细颗粒粉体的主体部分能达到的最高高度，此时的最高高度也可以作为细颗粒粉体流动性的表征参数。

通常情况下，通过比较细颗粒粉体主体部分达到所述基准高度的压力即可比较不同细颗粒粉体的流动性。但实际试验中，也有些细颗粒粉体达到所述基准高度时，所需的压力值是一样的或者相差甚微，此时则可根据细颗粒粉体在流化状态的最高高度及最低高度之间的差值精确地比较细颗粒粉体的流动性。

较佳的，将细颗粒粉体装入所述U型管之前，细颗粒粉体和所述U型管置于烘箱内进行完全干燥。

本发明的积极进步效果：

1、本发明的细颗粒粉体流动性测定装置中，所述气源输出的气流通入所述U形管时，具有一定压力时可使得其中的细颗粒粉体呈现流化状态，通过本发明的测定细颗粒粉体流动性的方法，可以直接、方便地测定流化状态，测定达到流化状态所需压力和流化高度，可对不同细颗粒粉体的流动性进行全面、综合的比较。而所述基准高度的设置，使得不同细颗粒粉体流动性的比较具有一个直观简便的标准，比较起来更加方便准确。

2、本发明的细颗粒粉体流动性测定装置结构简单，可达到较高的密封性，从而避免细颗粒粉体吸潮团聚现象，同时材质光滑的所述U型管可减少细颗粒粉体和所述U型管管壁的摩擦和粘附作用，使细颗粒粉体能较好的呈现流化状态。而通过控制所述气流调压机构调节和稳定通入所述U型管中的气流，压力连续可调，以此可准确测定细颗粒粉体达到流化状态所需的压力，使得细颗粒粉体流动性测试结果具有重现性、准确性和客观性。所述气流调压机构的调压稳流功能还可避免压力激增而导致细颗粒粉体大量冲出所述U型管。

附图说明

图1为本发明的细颗粒粉体流动性测定装置的示意图。

附图标记

1-气瓶，2-减压阀，3-压力表，4-三通阀，5-U型管，6-缓冲瓶，7-软木塞，8-气体软管。

具体实施方式

以下结合具体实施例，对本发明作进一步说明。应理解，以下实施例仅用于说明本发明而非用于限定本发明的范围。

实施例1

图1所示为本发明的细颗粒粉体流动性测定装置，其包括气瓶1，减压阀2，压力表3，三通阀4，U型管5，缓冲瓶6，软木塞7，气体软管8。

气瓶1为氮气气瓶，放置于水平平面，出口通过气体软管8依次连接减压阀2、压力表3、三通阀4、U型管5和缓冲瓶6。其中减压阀2、压力表3和三通阀4组成供调节气压并保证气流稳定的气压调节机构，三通阀4的两通连接气体软管，另一通连接大气。U型管5长径比为11且管壁上标有刻度，两个管口通过软木塞7密封，软木塞7设有供气体软管穿过的孔洞，孔洞直径与气体软管8直径一致。

使用该细颗粒粉体流动性测定装置测定细颗粒粉体的流动性时，可按照以下步骤进行：

(a)在U型管5的直管上距底端1cm处标记为基准高度；

(b)将待测的细颗粒粉体铺满U型管5的底部，塞上软木塞7组装好该细颗粒粉体流动性测定装置；

(c)调节三通阀4使气瓶1接通大气，打开气瓶1和减压阀2，通过减压阀2调节气流使压力表3示数达到预定值，至气流稳定(压力表3示数稳定)后，调节三通阀4使气瓶1接通U型管5，气流通入U型管5，观察U型管5内的细颗粒粉体的流化状态；

(d)逐步重复步骤c的方法，使得通入U型管5中气流的压力逐步增加，直至U型管5内的细颗粒粉体呈现流化状态；

(e)当细颗粒粉体开始呈现流化状态时，观察此时细颗粒粉体的主体部分是否能达到设定的基准高度，若不能，则逐步按照步骤C的方法加大压力，直至细颗粒粉体主体部分达到设定的基准高度，记录细颗粒粉体的主体部分达到设定的基准高度时压力表3的读数和细颗粒粉体达到的最高高度及最低高度；若细颗粒粉体主体部分始终无法达到基准高度，则根据U型管上的刻度，记录细颗粒粉体的主体部分能达到的最高高度。

其中，步骤b将细颗粒粉体装入U型管之前，细颗粒粉体和U型管置于烘箱内进行完全干燥。

上述细颗粒粉体流动性测定装置及其使用方法的工作原理如下：

U型管5的底部铺满有待测细颗粒粉体且整个装置组装好后，步骤c为调压稳流操作，打开气瓶1和减压阀2，调节三通阀4，气流经减压阀2调节压力，气流稳定之前先通过三通阀4排入大气，等气流稳定后再调节三通阀4将气瓶1和U型管5接通，使气流通入U型管5中，以此保证流经U型管5的气流稳定，减小因气流不稳产生的误差，且可避免在操作不当的情况下，因气流激增导致粉体大量冲出U型管5的可能性。

通过上述调压稳流的操作，逐步增大气瓶1输出的气体压力的过程中，进入U型管5的气流也逐步增大，当压力增大到某一值时，U型管5内原本紧实的细颗粒粉体出现松动，细颗粒粉体间空隙增大，体积膨胀。如果再进一步增大压力，细颗粒粉体将不能维持固定状态。此时，细颗粒粉体全部悬浮于气流中，显示出相当不规则的运动。随着压力的提高，细颗粒粉体的运动愈加剧烈，体积也更加膨胀，但是细颗粒粉体仍逗留在U型管5内而不被气流带出。在一定压力值下，当细颗粒粉体处于稳定的悬浮态时，可认为细颗粒粉体达到稳定的流化状态，此时记录细颗粒粉体达到稳定流化状态时的压力和达到的最高高度及最低高度。通常情况下，流动性不同的细颗粒粉体在达到稳定的流化状态且主体部分达到基准高度时，所需的压力是不同的，通过比较不同细颗粒粉体的主体部分达到基准高度时对应通入气流的压力(压力表3的示数)，即可比较不同细颗粒粉的流动性，一般地，达到基准高度的压力越小，说明细颗粒粉体流动性越好；当达到基准高度的压力一致时，则可通过比较此时稳定的流化状态下的细颗粒粉体的最高高度及最低高度之间的差值进行流动性的判断，差值越大，说明细颗粒粉体的流动性越好。

使用本发明的细颗粒粉体流动性测定装置，通过上述方法步骤可以直接、方便地测定流化状态，测定达到流化状态所需压力和流化高度，可对不同细颗粒粉体的流动性进行全面、综合的比较。而基准高度的设置，使得不同细颗粒粉体流动性的比较具有一个直观简便的标准，比较起来更加方便准确。

另外，本发明的细颗粒粉体流动性测定装置结构简单，可达到较高的密封性，从而可避免细颗粒粉体吸潮团聚现象，而且通过控制气流调压机构调节和稳定通入U型管5中的气流，压力连续可调，以此可准确测定细颗粒粉体达到流化状态所需的压力，使得细颗粒粉体流动性测试结果具有重现性、准确性和客观性。气流调压机构的调压稳流功能还可避免压力激增而导致细颗粒粉体大量冲出U型管。

以上已对本发明创造的较佳实施例进行了具体说明，但本发明创造并不限于所述的实施例，熟悉本领域的技术人员在不违背本发明创造精神的前提下还可以作出种种的等同的变型或替换，这些等同变型或替换均包含在本申请权利要求所限定的范围内。

Claims (10)

1.一种细颗粒粉体流动性测定装置，其特征在于，其包括通过气体软管依次连通的气源、气压调节机构和细颗粒粉体流化机构；所述气压调节机构包括依次安装于所述气源下游的减压阀、压力表和三通阀，所述三通阀的两通连接所述气体软管，另一通连接大气；所述细颗粒粉体流化机构包括一个U型管，所述U型管的两个管口由软木塞密封，所述软木塞设有供所述气体软管穿过的孔洞。

2.如权利要求1所述的细颗粒粉体流动性测定装置，其特征在于，所述气源为氮气气瓶。

3.如权利要求1所述的细颗粒粉体流动性测定装置，其特征在于，所述压力表为高灵敏度压力表。

4.如权利要求1所述的细颗粒粉体流动性测定装置，其特征在于，所述U型管为细长型，长径比为8～15。

5.如权利要求1所述的细颗粒粉体流动性测定装置，其特征在于，所述U型管上标有刻度。

6.如权利要求1所述的细颗粒粉体流动性测定装置，其特征在于，所述软木塞上的孔洞直径与所述气体软管直径一致。

7.如权利要求1所述的细颗粒粉体流动性测定装置，其特征在于，所述U型管下游通过气体软管连接有缓冲瓶。

8.使用权利要求1～7任一项所述的细颗粒粉体流动性测定装置测定细颗粒粉体流动性的方法，其特征在于，包括步骤：

(A)将待测的细颗粒粉体铺满所述U型管底部，塞上所述软木塞并组装好所述细颗粒粉体流动性测定装置；

(B)调节所述三通阀使所述气源接通大气，打开所述气源和所述减压阀，通过所述减压阀调节气流使所述压力表的示数达到预定值，至气流稳定后，调节所述三通阀使所述气源接通所述U型管，气流通入所述U型管，观察所述U型管内的细颗粒粉体；若所述U型管内的细颗粒粉体呈现稳定的流化状态，记录所述压力表的示数以及细颗粒粉体达到的最高高度和最低高度；

(C)逐步重复步骤B的方法，控制通入所述U型管中气流的压力逐步变化，观察所述U型管内的细颗粒粉体；记录所述U型管内的细颗粒粉体呈现稳定的流化状态时的所述压力表的示数以及细颗粒粉体达到的最高高度和最低高度；所述压力表的示数以及细颗粒粉体达到的最高高度和最低高度的差值即可表征细颗粒粉体的流动性。

9.如权利要求8所述的方法，其特征在于，

在步骤A之前预先在所述U型管的直管上距底端0.5～1.5cm处标记为基准高度；

在步骤B和步骤C中，按照步骤B的方法控制通入所述U型管中气流的压力逐步增加，当细颗粒粉体开始呈现流化状态时，观察细颗粒粉体的主体部分是否能达到所述基准高度，若不能，则继续增加压力直至细颗粒粉体的主体部分达到所述基准高度，记录此时压力表的示数和细颗粒粉体达到的最高高度及最低高度；若细颗粒粉体的主体部分始终无法达到所述基准高度，则根据U型管上的刻度，记录细颗粒粉体的主体部分能达到的最高高度。

10.如权利要求8所述的方法，其特征在于，步骤A中，将细颗粒粉体装入所述U型管之前，细颗粒粉体和所述U型管置于烘箱内进行完全干燥。