粉末床
粉末床とは、容器内または平面上に存在する、静止または流動状態の粉末粒子の堆積物である。これは、粒子が重力の作用を受けて堆積物として配置されることで形成される。粉体層は、周囲と開放された状態で、あるいは気密に密閉された状態で（例えば不活性化された状態で）運転することができる。常圧、過圧、または真空下で運転することが可能である。
この際、粒子は所定の気孔率を持つ多孔質媒体を形成する。この空隙を介してガスが流れることができる。これにより熱が伝達される。さらに、物質交換も起こり得る。
ε = V空隙/ V全体
- V空隙は粒子間の体積
- V総は粉末ベッドの総体積
- εは多孔率（空隙率、無次元）
粉末ベッド内では、数多くのプロセス操作を行うことができます。これには、例えば、混合、乾燥、加熱、冷却、反応、凝集、または焼成などが含まれます。重要なのは、粒子が流動性のあるバルク材料として扱えるという点である。
プロセスプラントにおける粉末ベッドは、非常に多様な形態をとっている。例としては、流動層装置、回転炉、空気撹拌式サイロ、機械式粉末混合機、真空混合乾燥機、コーティング装置などが挙げられる。積層造形法（粉末床溶融）では、例えば粉末床が極めて均一でなければならない。
流動層内では、ガス流によって粉末床が下から流動化される。粒子は準液体状態で浮遊し、非常に激しい熱および物質移動を受ける。回転炉では、回転によって粉末床が混合され、炉の長さにわたって熱処理が行われる。
巨視的には、粉末ベッドは物質収支およびエネルギー収支によって記述できます。例えば、局所的な温度分布は、対流および伝導による熱伝達を含むエネルギー収支によってモデル化できます。多孔質ベッド内の流体の流れは、エルグン方程式のような圧力損失方程式を用いて近似的に把握できます。
Δp = L · [150·(1−ε)2/ ε3·μ·u/(dp)2+1,75 (1−ε)/ε3·ρf·u2/dp]
- Δp は粉末層における圧力損失である
- L は、流れ方向におけるベッドの長さ、すなわち充填高さ
- ε はベッドの多孔率（上記参照）
- μ は流体の動粘度
- u は表層（見かけ）流速
- dp は平均粒子径
- ρf は流動流体の密度
このプロセスの重要な目標の一つは、粉末ベッド内で可能な限り均一な状態分布を実現することである。温度、湿度、組成、および粒子構造は、最終的にすべて狭い許容範囲内に収まるべきである。そうして初めて、均一な最終製品が得られたと言える。粉末処理は、粉末ベッドがそのような最終製品となった時点で初めて完了したとみなされる。