吡丙醚系列懸浮劑自動(dòng)化加工工藝研究

苑志軍，成慶勇，郭 聰，徐海燕，張芝平

（上海生農(nóng)生化制品股份有限公司，上海 201613）

智能化懸浮劑加工車間是利用計(jì)算機(jī)技術(shù)、自動(dòng)化技術(shù)和信息化集成技術(shù)，通過(guò)液體投料自動(dòng)化、粉塵除塵自動(dòng)化、VOC處理自動(dòng)化，懸浮劑生產(chǎn)的連續(xù)化和生產(chǎn)工藝精細(xì)化，以實(shí)現(xiàn)智能化生產(chǎn)。上海生農(nóng)生化制品股份有限公司于2017年5月建成國(guó)內(nèi)首家智能化懸浮劑加工車間，其設(shè)計(jì)并完成智能中控系統(tǒng)，通過(guò)智能中控系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)投料、配料、砂磨和過(guò)濾的中間過(guò)程智能化管理，無(wú)需人員參與，節(jié)省勞動(dòng)力成本。PLC（可編程邏輯控制器）系統(tǒng)對(duì)懸浮劑的整個(gè)加工工藝進(jìn)行控制，采用了大量的數(shù)據(jù)性能探測(cè)和傳感裝置，對(duì)懸浮劑生產(chǎn)過(guò)程中的物料參數(shù)、設(shè)備性能參數(shù)進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)控和及時(shí)傳輸，便于操作人員對(duì)物料和設(shè)備監(jiān)督、及時(shí)調(diào)試，最終保證產(chǎn)品質(zhì)量。剪切攪拌裝置采用梅特勒電子稱重模塊，精確度高，在中控系統(tǒng)的工藝流程圖中將物料重量在大屏幕顯示，實(shí)現(xiàn)現(xiàn)場(chǎng)無(wú)人操作。此外在除塵方面，采用先進(jìn)的水幕除塵，并且與固體料倉(cāng)設(shè)置了聯(lián)鎖裝置，即開(kāi)啟料倉(cāng)門系統(tǒng)默認(rèn)打開(kāi)除塵裝置，實(shí)現(xiàn)操作環(huán)境無(wú)粉塵的安全化，車間還設(shè)置VOC處理裝置，采用活性炭吸附，去除車間的異味，有效降低環(huán)境危害。

最易被生物體捕獲并能取得最佳防治效果的農(nóng)藥?kù)F滴直徑或尺度為生物最佳粒徑。農(nóng)藥?kù)F化后可形成不同細(xì)度的霧滴。但對(duì)于某種特定的生物體或生物體上某一特定部位，只有一定細(xì)度的霧滴能被捕獲并發(fā)揮藥效。這種現(xiàn)象總結(jié)為生物最佳粒徑理論[1]，而懸浮劑本身的懸浮顆粒粒徑，是影響噴霧霧滴的粒徑大小的主要決定因素，粒徑在一定范圍內(nèi)可以更好的發(fā)揮最佳生物效果。根據(jù)物理化學(xué)原理，小顆粒的溶解度與其粒徑有關(guān)，粒徑愈小，其溶解度愈大，易發(fā)生奧氏熟化現(xiàn)象，而粒徑越大，則會(huì)影響制劑的懸浮率指標(biāo)，因此懸浮劑的生產(chǎn)需要對(duì)粒徑進(jìn)行嚴(yán)格的控制，使其處于最佳的粒徑范圍[2]。

1 實(shí)驗(yàn)部分

1.1 試驗(yàn)藥劑

10%吡丙·吡蟲(chóng)啉懸浮劑（商品名：施定益）、20%甲維·吡丙醚懸浮劑（商品名：愛(ài)秋）、30%吡丙·蟲(chóng)螨腈懸浮劑（商品名：穩(wěn)敵），上海生農(nóng)生化制品股份有限公司。

1.2 儀器設(shè)備

RTSM-60AJ圓盤式臥式砂磨機(jī)、95%氧化鋯珠（0.8～1.0 mm、1.2～1.4 mm），上海儒特機(jī)電設(shè)備有限公司；S4B03-1250/T棒硝式臥式砂磨機(jī)，耐馳（上海）機(jī)械儀器有限公司；FMB220弗魯克高剪切分散乳化機(jī)、FJSX200捷流式剪切機(jī)（捷流分散混合機(jī)）、FDX1-165在線剪切機(jī)，上海弗魯克科技發(fā)展有限公司；BT-9300Z激光粒度儀，丹東百特儀器有限公司；HPLC-1200液相色譜儀，安捷倫科技有限公司。

1.3 工藝流程

智能化懸浮劑加工工藝采用二級(jí)砂磨串聯(lián)，利用前后緩沖釡實(shí)現(xiàn)連續(xù)化生產(chǎn)。液體物料采用隔膜泵自動(dòng)進(jìn)料和自動(dòng)稱量，粉體物料利用螺桿進(jìn)料裝置進(jìn)入前剪切釡中，通過(guò)高剪切和錨式攪拌達(dá)到均質(zhì)目的，混懸液通過(guò)中控系統(tǒng)的控制進(jìn)入在線剪切、前緩沖釡、一級(jí)砂磨、二級(jí)砂磨、成品剪切、放料等工藝，在每個(gè)工藝過(guò)程中增加溫度監(jiān)測(cè)、數(shù)據(jù)傳感裝置、設(shè)備穩(wěn)定性監(jiān)控和報(bào)警系統(tǒng)，成品剪切工藝階段加入黃原膠水溶液，剪切完成后進(jìn)行中檢測(cè)。

圖1 智能化懸浮劑工藝流程圖

1.4 性能指標(biāo)

吡丙醚系列懸浮劑有效成分質(zhì)量分?jǐn)?shù)、懸浮率分別參考企業(yè)標(biāo)準(zhǔn)：《10%吡丙·吡蟲(chóng)啉懸浮劑》（Q31/0117000121C044—2017）、《20%甲維·吡丙醚懸浮劑》（Q31/0117000121C011—2017）、《30%吡丙·蟲(chóng)螨腈懸浮劑》（Q31/0117000121C041—2017）。

2 結(jié)果與分析

2.1 剪切設(shè)備的選型

剪切式均質(zhì)技術(shù)作為新型微米技術(shù)，已廣泛應(yīng)用于食品、醫(yī)藥、輕工、微生物等諸多行業(yè)，并得到迅速發(fā)展，已成為這些行業(yè)對(duì)有關(guān)流體、半流體產(chǎn)品品質(zhì)所必不可少的工藝過(guò)程[3]。其工作原理為：物料經(jīng)初粉碎后，與大量水混合物，使物料有一定的流動(dòng)性。轉(zhuǎn)子（帶葉片）高速旋轉(zhuǎn)產(chǎn)生強(qiáng)大的離心力場(chǎng)，在轉(zhuǎn)子中心形成的負(fù)壓區(qū)，料液（纖維物料與流體混合物）從定轉(zhuǎn)子中心被吸入，在離心力作用下，物料由中心向四周擴(kuò)散，在向四周擴(kuò)散過(guò)程中，物料首先受到葉片的攪拌、并在葉片端面與定子齒圈內(nèi)側(cè)窄隙間被剪切，然后進(jìn)入內(nèi)圈轉(zhuǎn)齒與定齒的窄小間隙內(nèi)，在機(jī)械力和流體力學(xué)效應(yīng)的作用下，產(chǎn)生很大的剪切、摩擦、撞擊以及物料間的相互碰撞和摩擦作用使物料破碎。隨著轉(zhuǎn)齒的線速度由內(nèi)圈向外圈逐漸加快，粉碎環(huán)境不斷改善，物料在向外圈運(yùn)動(dòng)過(guò)程中受到越來(lái)越強(qiáng)烈的剪切、摩擦、沖擊、碰撞等作用而被粉碎得越來(lái)越細(xì)[4]。

在對(duì)3個(gè)吡丙醚系列懸浮劑的剪切設(shè)備研究應(yīng)用中，分別對(duì)截流式剪切和高剪切進(jìn)行了詳細(xì)的粒徑對(duì)比，不同剪切形式對(duì)粒徑影響結(jié)果見(jiàn)表1。

由表1可以看出，在同樣處理時(shí)間的條件下，高剪切設(shè)備處理的3個(gè)懸浮劑產(chǎn)品，其D50、D90粒徑均小于截流式剪切設(shè)備相應(yīng)粒徑，表明高剪切設(shè)備更能滿足剪切均質(zhì)的要求。3個(gè)產(chǎn)品高剪切后粒徑圖譜見(jiàn)圖2。

表1 不同剪切形式對(duì)粒徑的影響μm

圖2 高剪切粒徑

2.2 在線剪切設(shè)備的驗(yàn)證

管線式剪切均質(zhì)是在電機(jī)的高速運(yùn)轉(zhuǎn)下，物料在轉(zhuǎn)子與定子狹窄間隙高速運(yùn)動(dòng)，在機(jī)械運(yùn)動(dòng)和離心力的作用，物料承受高速剪切均勻混合，研磨破碎、攪拌乳化等。3個(gè)產(chǎn)品在線剪切粒徑變化對(duì)比見(jiàn)表2。在線剪切粒徑圖譜見(jiàn)圖3。

由圖3可知，在線剪切工藝后，物料的粒徑有所降低，降幅不明顯。對(duì)比圖2和圖3可知，在線剪切后，物料的粒徑均勻度提高，大顆粒粒徑的數(shù)量減少，結(jié)果表明在線剪切設(shè)備有助于改善產(chǎn)品的粒徑范圍。

表2 在線剪切前后粒徑的變化結(jié)果μm

圖3 在線剪切粒徑

2.3 一級(jí)砂磨機(jī)進(jìn)料速度的調(diào)試

砂磨是懸浮劑生成工藝中最重要的環(huán)節(jié)，需要把前處理的物料砂磨到一定細(xì)度，便于優(yōu)化藥效和理化指標(biāo)。影響砂磨機(jī)砂磨效率的因素有砂磨機(jī)類型、鋯珠填充率、鋯珠純度、砂磨時(shí)間、物料流量等。本實(shí)驗(yàn)一級(jí)砂磨采用盤式砂磨機(jī)、95%氧化鋯珠，分別對(duì)鋯珠填充率和物料流量進(jìn)行研究。一級(jí)砂磨機(jī)鋯珠填充率對(duì)物料粒徑結(jié)果見(jiàn)表3。由表3數(shù)據(jù)發(fā)現(xiàn)，鋯珠填充量越多，物料粒徑越小，砂磨效果越好，因此3個(gè)產(chǎn)品一級(jí)砂磨鋯珠填充量均選擇填充率85%。

表3 一級(jí)砂磨機(jī)鋯珠填充率對(duì)物料粒徑的影響 μm

一級(jí)砂磨機(jī)物料流量對(duì)物料粒徑的影響見(jiàn)表4。

由表4可知，10%吡丙·吡蟲(chóng)啉SC進(jìn)料量速度越大，物料粒徑越大；20%甲維·吡丙醚SC物料進(jìn)料量在360 kg/h時(shí)，收益最高；30%吡丙·蟲(chóng)螨腈SC物料流量為420 kg/h時(shí)，收益最高。結(jié)合產(chǎn)能和生產(chǎn)效率因素，10%吡丙·吡蟲(chóng)啉SC和20%甲維·吡丙醚SC選擇物料進(jìn)料流量為360 kg/h，30%吡丙·蟲(chóng)螨腈SC選擇物料進(jìn)料流量為420 kg/h。

表4 一級(jí)砂磨機(jī)物料流量對(duì)粒徑的影響 μm

2.4 二級(jí)砂磨機(jī)鋯珠填充率調(diào)試

二級(jí)磨砂工藝是將顆粒砂磨到理想粒徑的工藝過(guò)程，因此二級(jí)砂磨采用棒削式砂磨機(jī)，以滿足粒徑需求。二級(jí)磨砂機(jī)鋯珠填充率對(duì)物料粒徑影響結(jié)果見(jiàn)表5。

由表5可知，二級(jí)磨砂機(jī)鋯珠填充率越高，所制物料粒徑越小。10%吡丙·吡蟲(chóng)啉SC和20%甲維·吡丙醚SC隨著鋯珠填充率為由60%上升至85%時(shí)，其磨砂物料粒徑逐漸減小，但30%吡丙·蟲(chóng)螨腈SC鋯珠填充率為85%時(shí)的物料粒徑與填充率為80%時(shí)的物料粒徑差異較小，因此10%吡丙·吡蟲(chóng)啉SC和20%甲維·吡丙醚SC二級(jí)磨砂機(jī)選用85%鋯珠填充率，30%吡丙·蟲(chóng)螨腈SC二級(jí)磨砂機(jī)選用80%鋯珠填充率。

表5 二級(jí)砂磨機(jī)鋯珠填充率對(duì)物料粒徑的影響 μm

2.5 二級(jí)砂磨機(jī)物料流量調(diào)試

二級(jí)砂磨機(jī)物料流量對(duì)物料粒徑影響結(jié)果見(jiàn)表6。

由表6可以看出，10%吡丙·吡蟲(chóng)啉SC物料流量為300 kg/h時(shí)，砂磨粒徑最好，但產(chǎn)能較低，物料流量控制在360 kg/h時(shí)，其粒徑也符合應(yīng)用需求，因此，10%吡丙·吡蟲(chóng)啉SC二級(jí)磨砂機(jī)物料流量定為360 kg/h。20%甲維·吡丙醚SC和30%吡丙·蟲(chóng)螨腈SC隨著物料流量的增加，顆粒粒徑逐漸減小，但物料流量為420 kg/h時(shí)，其顆粒粒徑符合應(yīng)用要求，綜合產(chǎn)能和成本考慮，20%甲維·吡丙醚SC和30%吡丙·蟲(chóng)螨腈SC二級(jí)磨砂機(jī)物料流量選擇420 kg/h。

表6 二級(jí)砂磨機(jī)物料流量對(duì)物料粒徑的影響 μm

2.6 最佳工藝參數(shù)的確定

通過(guò)以上工藝參數(shù)的研究，確定了吡丙醚系列懸浮劑產(chǎn)品的不同生產(chǎn)工藝，為進(jìn)一步驗(yàn)證工藝的可靠性，按上述工藝參數(shù)對(duì)3個(gè)吡丙醚懸浮劑產(chǎn)品進(jìn)行工業(yè)化生產(chǎn)，并按照產(chǎn)品標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行檢測(cè)，結(jié)果見(jiàn)表7。吡丙醚系列懸浮劑的企業(yè)標(biāo)準(zhǔn)（上海生農(nóng)生化制品有限公司）見(jiàn)表8。

由表7可知，根據(jù)設(shè)定的工藝參數(shù)進(jìn)行工業(yè)化生產(chǎn)，產(chǎn)品各項(xiàng)指標(biāo)符合標(biāo)準(zhǔn)，其粒徑范圍滿足實(shí)際應(yīng)用需求。

表7 吡丙醚系列懸浮劑檢測(cè)結(jié)果

表8 吡丙醚系列懸浮劑企業(yè)標(biāo)準(zhǔn)%

3 結(jié)論

本文研究了工業(yè)化條件下的物料粒徑控制參數(shù)，高剪切設(shè)備可以很好的控制砂磨前物料的粒徑，為后期的砂磨工藝提供基礎(chǔ)。在線剪切設(shè)備雖然不能進(jìn)一步減小前處理的顆粒粒徑，但可以改善粒徑范圍，使得粒徑更加均勻一致。最終確定10%吡丙·吡蟲(chóng)啉SC的最佳砂磨工藝參數(shù)為一級(jí)砂磨物料流量360 kg/h，鋯珠填充率為85%；二級(jí)砂磨物料流量360 kg/h，鋯珠填充率85%。20%甲維·吡丙醚SC一級(jí)砂磨物料流量360 kg/h，鋯珠填充率85%；二級(jí)砂磨物料流量420 kg/h，鋯珠填充率為85%；30%吡丙·蟲(chóng)螨腈SC一級(jí)砂磨物料流量420 kg/h，鋯珠填充率85%；二級(jí)砂磨物料流量420 kg/h，鋯珠填充率為80%。不同產(chǎn)品由于其藥劑本身的粘度、物料硬度不同，所需的鋯珠填充率和物料流量也不同，需要在生產(chǎn)過(guò)程中進(jìn)一步摸索和建立最佳的生產(chǎn)條件。