《粉体工程与设备》课程教学大纲

一、基本信息

课程编号：01A32203

课程名称：粉体工程与设备

英文名称： Powder Engineering and Equipments 课程类型: □通识必修课 □通识核心课 □通识选修课 □学科基础课

■专业基础课 □专业必修课 □专业选修课 □实践环节

总学时：72 讲课学时：72 实验学时：0

学 分：4

适用对象：材料科学与工程专业本科生

先修课程：材料力学、机械设计基础、热工基础、流体力学、无机非金属材料科学基础、无机非金属

材料工艺学等理论课程和技术课程

课程负责人：姜奉华

二、课程的性质与作用

《粉体工程与设备》是材料科学与工程专业的一门专业基础课，其任务是粉体基本性质和粉体制备和

处理单元操作的基本理论及相关机械设备的构造、工作原理、设备选型计算方法。使学生对粉体材料生产

中的机械设备类型、构造、工作原理、工作参数及性能、用途有全面、系统和深入的理解，熟悉和掌握粉

体制备和处理的基本理论、各单元操作的特点及关键，熟悉相关机械设备的构造、工作原理及性能，能正

确进行设备选型，并为开发粉体工程新设备奠定基础。

三、教学目标

使学生熟悉粉体材料生产设备的结构、性能和使用的知识以及设计原理和方法，并了解粉体材料生产

设备的发展现状与趋势。使学生掌握典型粉体材料生产设备的类型、基本构造、工作原理、主要工作参数

以及对材料性能的影响，并应用于实践，指导生产和科学实验。认识粉体材料生产设备对于环境保护、行

业发展以及企业效益的重要性，并关注其发展动态和环保理念，能够在以后的生产实践和科学实验过程中

正确地进行设备选型、使用、维护和更新。

课程目标与相关毕业要求指标点的对应关系

课程目标

1、熟悉和掌

握粉体制备和处

理的基本理论、各

单元操作的特点

2、熟悉相关机

械设备的构造、工

作原理及性能

3、结合材料工

艺，正确进行设备工

艺选型计算，为毕业

设计和未来的实际

毕业要求指标点

及关键 工作打下坚实的基

础

1、工程知识：能够将数学、

自然科学知识以及相关的工程

基础理论和专业知识用于解决

材料生产中出现的一般技术、

工艺、质量等工程问题

1.3 能够运用

原理方程和工程知

识，针对材料生产

过程中的单元装备

进行复杂工程问题

分析

√

3、设计/开发解决方案：

能够针对材料应用的特定需求

和复杂工程问题设计解决方

案，开展相关设计（原材料、

工艺流程等）和计算，并能够

在设计环节中体现创新意识，

考虑社会、健康、安全、法律、

文化以及环境等因素

3.2 能够针对

任务需要，进行单

元装备设计和工艺

计算

√

7、环境和可持续发展：能

够理解和评价满足材料应用特

定需求的材料设计和制备工艺

等复杂工程问题对环境、社会

可持续发展的影响

7.2 能对材料

生产和应用项目或

实体，评价资源和

能源利用效率，判

断材料生产及应用

过程对人类和环境

造成损害的隐患

√

各章节授课内容、教学方法及学时分配建议（含课内实验）

第一章 概论 建议学时：2

[教学目的与要求] 了解粉体工程的发展概况、研究内容；认识粉体的含义及颗粒的种类；了解粉体在

各行业生产中的应用。

[教学重点与难点] 粉体的定义、颗粒的种类。

[授 课 方 法] 以课堂教学为主，课外学生自学为辅。

[授 课 内 容]

第一节 粉体工程研究的内容

第二节 粉体的基本定义

第三节 粉体颗粒的种类

一、原级颗粒

二、聚集体颗粒

三、凝聚体颗粒

四、絮凝体颗粒

第四节 与粉体有关的产业

一、以粉体为主体的相关产业

二、 在生产工艺的重要部分与粉体相关的产业

第二章 粉体粒度分析及测量 建议学时：6

[教学目的与要求] 熟悉粉体的各种粒度表示方法；掌握粉体粒度分布的有关计算方法及其在生产实践

中的意义；了解各种粒度测定方法的特点和应用场合。

[教学重点与难点] 重点：球当量径、平均粒径、粒度分布函数；

难点：定向径的统计意义

[授 课 方 法] 以课堂教学为主，课外学生自学为辅

[授 课 内 容]

第一节 单个颗粒大小的表示方法

一、用单个颗粒的三维尺寸来表示

二、用统计平均径表示

三、用当量直径来表示

第二节 颗粒形状因数

一、颗粒的扁平度和伸长度

二、表面积形状因数和体积形状因数

三、球形度

第三节 粒度分布

一、粒度的频率分布

二、累积分布

三、频率分布和累积分布的关系

四、平均粒径

五、表征粒度分布的特征参数

六、粒度分布函数表达式

第四节 颗粒粒度的测量

一、沉降法

二、激光法

三、颗粒形状的测量

第三章 粉体填充与堆积特性 建议学时：4

[教学目的与要求] 掌握粉体填充程度的评价指标的意义；利用 密堆积原理确定连续粒度和不连续粒

度体系的颗粒级配方法。熟悉规则颗粒和不规则颗粒的堆积特性。

[教学重点与难点] 重点：连续粒度和不连续粒度体系的颗粒级配方法。

难点：Horsfield Hudson 填充方法

[授 课 方 法] 以课堂教学为主，课外学生自学为辅

[授 课 内 容]

粉体的填充指标

第一节 粉体颗粒的填充与堆积

一、等径球形颗粒的规则填充

二、不同尺寸球形颗粒的填充

三、实际颗粒的堆积

四、不同尺寸颗粒的 紧密堆积

第四章 粉体的湿润 建议学时：2

[教学目的与要求] 掌握粉体层中液体加桥引起的附加作用力计算和液体在粉体层毛细管中上升高度

计算。粉体层中液体的四种存在形式及三角孔和四角孔的形成方式及抽吸压力的差别。

[教学重点与难点] 重点：液体架桥产生的附加作用力；

难点：液桥作用力的分析

[授 课 方 法] 以课堂教学为主，课外学生自学为辅

[授 课 内 容]

第一节 粉体层的液体

第二节 粉体表面的湿润性

第三节 液体架桥

第四节 液体在粉体层毛细管中的上升高度

第五节 粉体润湿的应用

第五章 粉体的流变学 建议学时：6

[教学目的与要求] 掌握用直剪试验方法求粉体的内摩擦角及库仑粉体破坏包络线方程的意义；熟悉

Mohr 圆法求粉体层 大和 小主应力的分析方法和直剪试验方法的原理；料仓内粉体压力计算；料仓设计；

防止粉体偏析和结拱的措施。

[教学重点与难点] 重点：三轴压缩法和直剪试验法求粉体的内摩擦角；整体流料仓设计原理；防拱措

施

难点：Mohr 圆的推导分析

[授 课 方 法] 以课堂教学为主，课外学生自学为辅

[授 课 内 容]

第一节 粉体的摩擦角

一、粉体的内摩擦角

二、安息角

三、壁摩擦角和滑动摩擦角

第二节 附着力

一、分子间的作用力

二、颗粒间的静电作用力

三、颗粒间毛细管引力

第三节 粉体压力计算

一、Janssen 公式

二、料斗的压力分布

第四节 粉体的重力流动

一、粉体从孔口中流出

二、粉体在料仓中的流动模式

第五节 颗粒流动分析

一、流动分析中使用的特性

二、流动与不流动的判据

第六节 整体流料仓的设计

第七节 颗粒贮存和流动时的偏析

一、粉体偏析的机理

二、止偏析的方法

第八节 粉体拱及其防止措施

一、结拱产生的原因

二、结拱类型

三、防拱及破拱措施

第六章 粉碎过程与设备 建议学时：16

[教学目的与要求] 三个粉碎功耗定律的意义及适用性；Griffith 强度理论要点；不同物料混合粉碎的

特点；各种破碎机的构造、工作原理、性能特点。

[教学重点与难点] 重点：各种破碎机的构造、工作原理及性能；

难点：粉碎速度论

[授 课 方 法] 以课堂教学为主，课外学生自学为辅

[授 课 内 容]

第一节 粉碎的基本概念

一、粉碎

二、粉碎比

三、粉碎级数

四、粉碎产品的粒度特性

五、粉碎流程

第二节 被粉碎物料的基本特性

一、强度

二、硬度

三、易碎性

四、脆性

五、韧性

第三节 材料的粉碎机理

一、Griffith 强度理论

二、断裂.

三、粉碎方式及粉碎模型.

四、混合粉碎和选择性粉碎

五、粉碎过程热力学

六、粉碎过程动力学

第四节 破碎机械.

一、颚式破碎机

二、圆锥破碎机

三、辊式破碎机

四、锤式破碎机.

五、反击式破碎机

六、细破碎机

第五节 粉磨机械

一、球磨机

二、笼式粉碎机

三、轮碾机

四、歇磨

五、MPS 立式磨

六、雷蒙磨.

七、振动磨

八、高压辊式磨机

第六节 超细粉碎机械

一、搅拌磨

二、胶体磨

三、高速机械冲击式磨机

四、气流粉碎机

第七章 粉碎机械力化学 建议学时：2

[教学目的与要求] 掌握机械力化学效应对物料结构和性质的影响、常用高能球磨设备的工作原理；熟

悉粉碎机械力化学原理；了解粉碎机械力化学在材料制备中的应用

[教学重点与难点] 重点：粉碎机械力化学效应在物料粉碎（磨）过程中的作用

难点：粉碎平衡的原因分析

[授 课 方 法] 以课堂教学为主，课外学生自学为辅

[授 课 内 容]

第一节 粉碎机械力化学概述

第二节 机械力化学作用机理

一、粉碎平衡

二、晶体结构的变化

第三节 机械力化学的应用

一、粉体材料的机械力化学表面改性

二、机械合金化制备纳米金属、非晶金属及合金

三、机械力化学法制备新型材料

四、机械力化学在水泥、混凝土生产中的应用

第四节 高能球磨工艺

一、高能球磨设备

二、影响高能球磨效率及机械力化学作用的因素

第八章 颗粒流体力学及设备 建议学时：6

[教学目的与要求] 熟悉二相流性质的基本概念、颗粒在重力场中的受力分析方法；掌握颗粒重力沉降

末速度的两种求解方法、沉降末速度的修正方法

[教学重点与难点] 重点：颗粒重力沉降终端速度的推导；

难点：透过流动阻力的分析

[授 课 方 法] 以课堂教学为主，课外学生自学为辅

[授 课 内 容]

第一节 两相流的基本性质

一、两相流的浓度

二、两相流的密度

三、两相流的粘度

四、两相流比热和导热系数

第二节 颗粒在流体中的运动

一、颗粒的受力

二、颗粒在流体中的运动方程

第三节 重力沉降

一、沉降末速度（终端沉降速度）

二、沉降末速度的修正

第四节 离心沉降

第五节 流体通过颗粒层的透过流动

一、透过流动的流量与阻力的关系

二、透过流动的应用

第六节 颗粒的悬浮运动

第九章 气力输送及设备 建议学时：4

[教学目的与要求] 掌握流体在粉体层中的运动速度与阻力的关系、气力输送的阻力计算；熟悉气力输

送的特点及各种气力输送设备的工作原理及性能特点。

[教学重点与难点] 气力输送设备的工作原理及性能特点。

[授 课 方 法] 以课堂教学为主，课外学生自学为辅

[授 课 内 容]

第一节 气力输送方式及输送系统

一、稀相气力输送

二、浓相气力输送

三、气力输送系统与装置类型

四、气力输送的特点

第二节 气力输送设备

一、空气输送斜槽

二、螺旋式气力输送泵

三、仓式气力输送泵

四、气力提升泵

第十章 分级、分离及设备 建议学时：10

[教学目的与要求] 熟悉评价和表征分级或分离效率的参数；掌握各种分级和分离设备的结构、工作原

理及性能特点；能根据实际工况进行设备的正确选型。

[教学重点与难点] 重点：分离效率的评价、分组和分离设备的工作原理。

难点：恒速过滤方程的推导、 。

[授 课 方 法] 以课堂教学为主，课外学生自学为辅

[授 课 内 容]

第一节 分级和分离理论

一、分离效率

二、分级粒径

三、分级精度

四、分离效果综合评价

第二节 分级设备

一、筛分设备

二、粗分级机

三、离心式选粉机

四、旋风式选粉机

五、MDS 组合式选粉机

六、O—Sepa 选粉机

七、Sepax 选粉机

第三节 超细分级原理及设备

一、超细分级原理

二、干式分级和湿式分级

三、超细分级设备

四、超细分级的有关问题

第四节 分离设备

一、气固分离设备

二、液固分离设备

第十一章 混合与造粒 建议学时：2

[教学目的与要求] 掌握混合程度的评价方法；熟悉混合和造粒的机理、方法及设备。

[教学重点与难点] 重点：混合和造粒的机理、方法及设备。

[授 课 方 法] 以课堂教学为主，课外学生自学为辅

[授 课 内 容]

第一节 混合

一、概述

二、混合机理和混合效果评价

三、混合过程与混合速度

四、混合的影响因素

五、混合设备

第二节 造粒

一、颗粒群的凝聚

二、压缩造粒

三、挤出造粒

四、滚动造粒

五、喷浆造粒

六、流化造粒

第十二章 粉体输送设备 建议学时：6

[教学目的与要求] 熟悉各种粉体输送设备的应用；掌握各种粉体输送设备的构造、工作原理及性能特

点。

了解粉体输送设备的 新发展。

[教学重点与难点] 重点：粉体输送设备的工作原理及性能；

难点：斗式提升机卸料方式的说明。

[授 课 方 法] 以课堂教学为主，课外学生自学为辅

[授 课 内 容]

第一节 胶带输送机

一、胶带输送机的构造

二、胶带输送机的应用

三、胶带输送机的选型计算

四、管形胶带输送机

五、气垫式胶带输送机

第二节 螺旋输送机

一、螺旋输送机的构造

二、螺旋输送机的应用

三、螺旋输送机选型计算

第三节 斗式提升机

一、斗式提升机的构造

二、斗式提升机的应用

三、斗式提升机的装载和卸载方式

四、斗式提升机的选型计算

第四节 链板输送机

一、板式输送机

二、刮板输送机

三、埋刮板输送机

四、FU 链式输送机

第十三章 粉体喂料及计量设备 建议学时：2

[教学目的与要求] 掌握各种喂料和计量设备的工作原理及性能；熟悉各种喂料和计量设备的应用。

[教学重点与难点] 重点：各种喂料和计量设备的工作原理及性能；

难点：恒速式和调速式皮带秤的工作原理

[授 课 方 法] 以课堂教学为主，课外学生自学为辅

[授 课 内 容]

第一节 有挠性牵引构件的喂料设备

一、带式喂料机

二、板式喂料机

第二节 转动式喂料机

一、螺旋喂料机

二、滚筒式喂料机

三、叶轮式喂料机

四、圆盘式喂料机

第二节 振动喂料机

一、惯性式振动喂料机

二、电磁振动式喂料机

第二节 计量设备

一、恒速式定量秤

二、调速式定量秤

三、螺旋式计量秤

四、简易型螺旋计量秤

五、冲量式流量秤

六、溜槽式流量秤

七、核子秤

第十四章 粉尘的危害与防护 建议学时：2

[教学目的与要求] 掌握粉尘致病和粉尘爆炸的原理及防护措施；熟悉各种工业粉尘在不同场合下的排

放标准。。

[教学重点与难点] 重点：粉尘致病和粉尘爆炸的防护措施；

难点：粉尘爆炸的机理。

[授 课 方 法] 以课堂教学为主，课外学生自学为辅

[授 课 内 容]

第一节 概述

一、粉尘的来源

二、粉尘的分类

三、粉尘的性质及其危害

第二节 粉尘对呼吸系统的影响

一、颗粒在呼吸系统的穿透、沉积

二、摄入颗粒的临界值

三、粉尘致病的机理

四、粉尘防护

第三节 粉尘爆炸

一、粉尘爆炸的基本概念

二、粉尘爆炸的特点

三、粉尘爆炸的机理及发生爆炸的条件

四、粉尘爆炸的防护

五、实践环节 本课程为专业基础课，实验以单独设课的材料工程综合性实验为主。材料工程综合性实验目的是培养

学生熟悉粉体材料生产设备结构、性能和使用知识及实际动手操作生产和科学实验设备的能力。共安排 7

个实验，总学时 24 学时。

六、课外习题及课程讨论 为达到本课程的教学基本要求，课外练习题总题量不少于 50 题。每章结束后应布置作业，作业要求规

范整洁，教师要认真批阅，共性的错误下堂课订正。学生必须按时交作业，作为学生平时成绩的依据之一，

三次不交作业者不允许参加考试。

课程讨论穿插在讲课之中进行。

七、教学方法与手段 本课程为专业基础课。教学以课堂讲解为主要，讨论为辅，着重于粉体材料生产设备知识和使用的介

绍，指导生产实践和材料工程综合实验。课堂教学要灵活，可采用多媒体课件，努力调动学生的积极性，

允许学生课堂提问，提倡课堂讨论。课程内容应每年进行修订与更新，以反映 新的粉体材料生产设备发

展情况和生产实验的设备需求。指导学生在生产实习过程中参观典型的生产设备，了解结构、性能和使用

知识，并撰写报告。

主讲教师应由副教授以上职务的教师承担，第一次主讲本课程的教师，开课前应通过研究所组织的试

讲。

任课教师必须熟悉本学时的教学大纲及基本要求，并严格按照授课计划进行课堂教学，不准随意改动。

主讲教师上课前必须有教案，并做到认真备课、精心讲授、努力钻研。应聘请企业专家参与教学活动，

安排适当学时请企业专家授课。

八、创新创业教育的内容和措施 如：结合无机非金属材料工艺学、纳米材料、先进陶瓷复合材料、功能陶瓷材料等，在研究中相关问

题的提出、解决和完善过程，对学生进行创新方法（或理念、意识等）的培养。结合近年来本校在材料科

学与工程领域所取得的成果，加强对学生创业意识和创新创业能力的培养。

九、各教学环节学时分配

章 节 讲课 习题课 讨论课 实验 合计 对应的课程目标

概论 2       2 目标 1、3 

粉体粒度分析及测量 6     6 目标 1、2、3 

粉体填充与堆积特性 4       4 目标 1、2 

粉体的湿润 2       2 目标 1、2 

粉体的流变学 6       6 目标 1、2 

粉碎过程与设备 16     16 目标 1、2、3、4 

粉碎机械力化学 2       2 目标 2

颗粒流体力学及设备 6     6 目标 1、2、4

气力输送及设备 4       4 目标 2、3

分级、分离及设备 10       10 目标 1、2、3、4

混合与造粒 2       2 目标 2、3、4

粉体输送设备 6       6 目标 1、2、3、4

粉体喂料及计量设备 2       2 目标 1、2、3、4

粉尘的危害与防护 2       2 目标 5

习题、讨论 1 1   2

合计 70 1 1 72

十、考核方式 考核方式为平时考核与期末考试相结合方式进行。平时考核包括学生上课、提问与讨论、作业等，占

总成绩的 30%。期末考试一般采用闭卷形式，卷面成绩 100 分，占总成绩的 70%。详见《粉体工程与设备》

考试大纲。

考试试题由课程组试题库中选取 A、B 卷一份为考试卷，另一份为补考卷，流水阅卷，统一和分，成绩

不合格者统一审核处理。

考试前，按学校的统一安排时间进行辅导、答疑，不准划范围，指重点。

十一、推荐教材和教学参考书 教材：陶珍东, 郑少华. 粉体工程与设备[M], 第 3 版. 化学工业出版社, 2015.

参考书目： 1.盖国胜，陶珍东. 粉体工程[M], 清华大学出版社, 2009.

2.蒋 阳，陶珍东. 粉体工程[M], 武汉：武汉理工大学出版社, 2010.

3.张长森. 粉体技术及设备[M], 华东理工大学出版社, 2007.

4.盖国胜，马正先，陶珍东. 超细粉碎分级技术[M], 中国轻工业出版社，2000.

5.郑水林. 超细粉碎原理、工艺设备及应用[M], 中国建材工业出版社，1993.

6.卢寿慈. 粉体加工技术[M], 中国轻工业出版社，1999.

7.李凤生. 超细粉体加工技术[M], 国防工业出版社，2000.