中国粉体造粒技术与设备现状

粉粒体过程处理，是指生产中工艺物料是粉粒状及其混合物，且以物理变化为主的诸多单元操作，包括造粒、粉碎、分级、除尘、过滤、沉淀、离心分离、干燥、结晶、混合、输送、给料、包装等过程，其装置称为过程处理装置。 　　粉体造粒技术是粉粒体过程处理的最主要分支。随着环保儒求和生产过程自动化程度提高，粉状产品粒状化已成为世界粉体后处理技术的必然趋势。 　　我国粉体技术及装备研究始于20世纪80年代中期，原化工部化工机械研究院粉体工程研究所最早进行专门系统研究。经过多年努力，目前我国粉体造粒技术已具有一定水平．设备规模基本可满足粉粒体颗粒化要求。现有粉体处理技术可分为4类。 　　搅拌法　搅拌法造粒是将某种液体或粘结剂渗入固态细粉末中并适当地搅拌，使液体和固态细粉末相互密切接触，产生粘结力而形成团粒。最常用的搅拌方法是通过圆盘、锥形或筒形转鼓回转时的翻动、滚动以及帘式垂落运动来完成。根据成型方式又可分为滚动团粒、混合团位及粉末成团。典型的设备有造粒鼓、斜盘造粒机、锥鼓造粒机、盘式造粒机、滚筒造粒机、捏合机、鼓式混料机、粉末掺合机（锤式、立轴式、带式）、落幕团粒机等。 　　搅拌法的优点是成型设备结构简单，单机产量大，所形成的颗粒易快速溶解、湿透性强，缺点是颗粒均匀性不好，所形成的颗粒强度较低。目前这类设备单机处理能力最大可达500吨/小时，颗粒直径最大可到600毫米，多适用于选矿业、化肥、精细化工、食品等领域。 　　压力成型法　该法是将要造粒的粉体物料限定在特定空间中，通过施加外力压紧的密实状态。根据所施加外力的物理系统不同，压力成型法又可分为模压法和挤压法。 　　典型的模压法设备有重型压块机、台式压榨机、混凝土块压制机、压砖机、重型制片机等。其优点是可制造较大的团块，所制成的物料也有相当的机械强度，缺点是设备的适用范围较小，对有的物料不易脱模。这类设备多用于建筑、制药等领域。 　　挤压法是目前我国粉体工业中压力成型法造粒的主要方法。挤压法造粒设备根据工作原理和结构可分为真空压杆造粒机、单（双）螺杆挤压造粒机、模型冲压机、柱塞挤压机、辊筒挤压机、对辊齿轮造粒机等。这类设备可广泛适用于石油化工、有机化工、精细化工、医药、食品、饲料、肥料等领域。该法具有适应能力强、产量大、粒度均匀、颗粒强度好、成粒率高等优点。 　　在单螺杆造粒机基础上研制成功的DLJ系列解碎造粒机可很好地解决胶状体物料的破碎问题，可广泛适用于高分子量聚丙烯酰胺、聚丙烯酸钠等物料的解碎造粒，拓宽了挤压法造粒的应用范围。 　　对于要求特殊形状颗粒（如环状、三叶草形、多孔状等）的物料造粒，一般采用柱塞挤出机来实现。目前我国对柱塞挤出机的研究已趋完善，柱塞直径在50～250毫米范围，颗粒直径在2～20毫米范围内可选，可实现颗粒形状超过20种。 　　喷雾和分散弥雾法　该法是在特定设备中，使处于高度分散状态的液相或半液相物料直接成为固体颗粒。这种造粒设备有喷雾干燥塔、喷雾干燥器、造粒塔、喷动床和流化床干燥器以及气流输送干燥器等。这种喷雾和分散弥雾造粒法的共同特性为：液态进料必须是可用泵输送的和可弥散的；造粒过程通常应为连续、自动化的以及大规模的操作；造粒系统必须设计成能回收或循环使用料末，以解决物料的磨损消耗和粉末夹带现象；产品粒度一般限制在5毫米以下。这类设备的优点在于物料的造粒过程和干燥过程同时进行。该设备可广泛应用于制药、食品、化工、矿业以及陶瓷工业等。其缺点是颗粒强度较低，粒度较小。目前这类设备可制备的颗粒直径可小到50～500微米，甚至更小，产量最大的可超过30吨/小时（如尿素造粒塔等）。 　　热熔融成型法　热熔融成型法是利用产品的低熔点特性（一般低于300℃），将熔融物料通过特殊的冷凝方式，使其冷凝结晶成所要求的片状、条状、块状、半球状等形状。根据成型设备工作原理，主要可分为转鼓结片机和回转冷带落模成型装置。 　　转鼓结片是一个冷却结晶过程，料盘中熔融料液与冷却的转鼓接触，在转鼓表面形成料膜，通过料膜与鼓壁间的热交换，使料膜冷却、结晶，结晶的料膜被刮刀刮下，成为片状产品。转鼓结片机具有设备紧凑，转鼓精度高，冷却效果好，适用范围广。既可结片又可干燥等优点，可广泛应用于石油树脂、聚乙烯低聚物等高分子类产品以及苯酐、顺酐、高级脂肪醇等有机化工产品的生产。转鼓结片机在我国粉体工业中的应用已较普遍，技术也较成熟。 　　回转冷带落模成型装置采用薄钢带传热和雾化喷淋冷却，传热效果好，冷却效率高，物料固化成型快，物料适用范围广，可生产半球状、条状、块状、薄片状等多种形状的产品。采用布料器与钢带双调速驱动装置，可根据生产能力及物性参数调节，易实现自动控制；整个生产过程无污染，产品纯度高，无杂质带入，易实现连续化作业；由于钢带在卸料端的换向弯曲，使固化料层与钢带的贴合面分离，因此卸料时粉化少，卸料容易，颗粒形状易于保持。 　　目前，国内从事回转冷带落模成型装置设计、研究、制造的单位有四五家，多数是由原化工部化工机械研究院粉体工程研究所自主开发的内旋布料系统衍生发展而成。这一技术与设备在我国已工业化推广应用100余台套，取得了多项发明专利，技术已接近国际先进水平。 · 行业聚焦： 真空干燥过程是一种复杂、时变、非线性的工业过程，干燥控制就是要调整和控制影响整个干燥过程的工艺参数。 　　随着微型计算机技术和自动控制技术的不断进步与发展，许多领域都引入了计算机自动检测与控制技术，而且对计算机自动测控系统的要求也越来越高，各种灵活的组态软件应运而生。MCGS（Monitor and Control Generated System，通用监控系统）是一套用于快速构建和生成计算机监控系统的组态软件，它能够基于Microsoft（各种32 位Windows平台）上运行，通过对现场数据的采集处理，以动画显示、真空干燥报警处理、流程控制、实时曲线、历史曲线和报表输出等多种方式向用 　　干燥技术涉及很多学科，又是一门实践性很强的技术，干燥工程可以说是艺术与经验的结合。正确理解和评价干燥技术与设备具有现实意义。结合干燥工程的实际，总结一些看法和认识，包括干燥曲线的理解和应用，性能评价的火用效率分析及干燥技术的环境问题和某些局限性。 　　关于干燥曲线 　　经典的干燥曲线是在很少量物料、大风量、静态下干燥得到的物料湿含量与时间的关系曲线，指导实际工程设计有很大的局限性。在干燥理论（包括基础、模型、仿真）突破之前，最实用可靠的工程设计、系统选型还必须依靠干燥曲线。但干燥曲线是物料在特定设备及工艺条件下获得的，各主要参数设定按实验设计方法选定，根据测试结果优真空带式干燥机的使用范围很广，各个工业领域都广泛使用，选购时应该注意的问题有以下几点： 　　一、 真空带式干燥机的选型 　　前言中已经提到 ，真空带式干燥机的使用范围很广，目前在制药、食品、生物、化工等领域已经有了它的用武之地。但在每个领域中其选型的标准却不尽相同，这是因为各个领域的干燥物料的要求及参数有较大的区别 。例如：在制药行业（特别是中药），浸膏一般粘度都较大，而且干燥的温度要求较严格，熔点的控制要精确（尤其是多糖类的物料），真对于干燥行业的采购者来说，如何评价干燥设备是一个综合性的问题，应该如何入手？一般认为，可主要从其技术性和经济性两方面进行评价。 　　评价干燥设备的经济性主要依据设备使用所产生的经济效益和综合成本。 　　第一，一套干燥设备的使用寿命常常是几年或更长的时间，设备的价格仅是固定费用，而影响设备在使用周期内经济效益的主要因素是可变费用。干燥设备在运行周期内，其利润为使用期内的收入减去设备的固定费用和变动费用。固定费用据前面提到的在放大过程中，浆粉比：α=qj/qf应保持常数。于是： 　　因此，供粉流量的变化规律为： 　　粘结剂流量的变化规律为： 　　式中： qf0--初始粉料流量 　　qj0--初始粘结剂流量 　　根据式(6)我们便可以求得初始粘结剂流量qj0和初始粉料流量qf0。 　　最佳浆粉比[α]可根据原料的物理性质通过试验确定。 　　上述理论在实践中非常实用。利用计算出的粘结剂和粉料流量的初始值以及它们在造粒过程中的变化规律方程，对它们的流量变化规律进行精确的控制，便可在离心造粒设备中制造出高合格率、高质量的球形颗粒。是批量生产高密度小直径颗粒的理想方法。

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