淺談延期藥圓盤造粒機(jī)的設(shè)計(jì)思路及造粒實(shí)驗(yàn)

何愛江，劉麗秀，俞慧玲，劉鼎貴，曹彭木

（1.宜賓職業(yè)技術(shù)學(xué)院，四川 宜賓 644003；2.宜賓威力化工有限責(zé)任公司，四川 宜賓 644600）

1 概述

1．1 延期藥造粒介紹

延期藥造粒主要目的是為了解決藥劑的流散性與便于裝藥，提高延時(shí)精度。目前，國(guó)內(nèi)延期藥造粒主要使用篩網(wǎng)造粒法，該法是以氧化劑、可燃劑、燃速調(diào)節(jié)劑和黏合劑等原料進(jìn)行濕法混合攪拌，將得到膏狀物通過篩網(wǎng)擠壓成型，干燥后經(jīng)篩分得到延期藥顆粒。國(guó)內(nèi)外曾經(jīng)對(duì)混料造粒、共沉淀造粒、機(jī)械擠壓造粒和噴霧造粒等進(jìn)行研究，但是，延期藥造粒技術(shù)工業(yè)化應(yīng)用進(jìn)展緩慢，以篩網(wǎng)造粒為代表的人工造粒仍是許多企業(yè)的主要造粒方法。

為了便于延期藥的造粒成型及改善藥柱的機(jī)械強(qiáng)度，需要在原料中加入少量黏合劑。除了黏合作用外，黏合劑還發(fā)揮鈍化劑的作用，它能降低燃速，降低藥劑的機(jī)械感度，并且還能在藥劑表面形成一層薄膜，改善藥劑的物理化學(xué)安定性。

1．2 延期藥造粒存在問題

篩網(wǎng)造粒屬于人工造粒，造粒過程和篩分過程人與延期藥直接接觸，延期藥使用的原料有毒有害，存在嚴(yán)重職業(yè)健康問題。篩網(wǎng)造粒法得到的產(chǎn)品細(xì)粉（浮藥）較多，造粒和篩分過程中有摩擦燃燒危險(xiǎn)，存在很大的安全隱患；過多細(xì)粉會(huì)造成后期裝藥不均勻，影響精度。

2 圓盤造粒

2．1 圓盤造粒機(jī)結(jié)構(gòu)

圖1是常用的圓盤造粒機(jī)，是一種成熟的工業(yè)造粒設(shè)備，主要由傾斜的成粒圓盤、驅(qū)動(dòng)裝置、圓盤傾角調(diào)整機(jī)構(gòu)、機(jī)架、加料管、料液噴灑器、掛料板等部件組成。圓盤造粒機(jī)是將圓盤傾斜安裝在盤中心軸上，中心軸支撐在機(jī)架軸承上，由傳動(dòng)裝置帶動(dòng)旋轉(zhuǎn)的造粒機(jī)。盤面上裝有刮刀，固定于刮刀架上，刮刀可以上下調(diào)節(jié)，以便清理圓盤內(nèi)和盤邊的物料。圓盤造粒機(jī)的傾斜角度通過角度調(diào)節(jié)手輪進(jìn)行調(diào)節(jié)。

2．2 圓盤造粒原理

圖1 圓盤造粒機(jī)結(jié)構(gòu)

圖2 圓盤造粒原理

圓盤是圓盤造粒的主要部件（見圖2)，粉體物料從位于盤中心右方的下料管2流入盤內(nèi)，由位于下料管下方的噴灑管3向粉體噴黏結(jié)劑。在黏結(jié)劑的黏結(jié)作用下，以黏結(jié)劑為核心形成許多小球。在重力和離心力的作用下，小球向下方滾動(dòng)，沿途黏附粉體使小球逐漸長(zhǎng)大，同時(shí)，小球又受盤底摩擦力的帶動(dòng)而轉(zhuǎn)動(dòng)。當(dāng)小球轉(zhuǎn)動(dòng)至刮料板1的位置時(shí)，由于刮料板與盤底的間隙限制，只能讓未成球的粉料通過。而大部分小球則被刮料板鏟起。沿著刮料板滾下，沿途再次黏附粉體向盤邊滾動(dòng)。

小球在圓盤中滾動(dòng)逐步長(zhǎng)大到設(shè)計(jì)的粒徑時(shí)，由于小球的重量作用，以及小球表面較光滑，小球與盤底的摩擦力不足以帶動(dòng)小球隨盤一起轉(zhuǎn)動(dòng)，只能在出料區(qū)作循環(huán)滾動(dòng)。當(dāng)小球堆積到一定高度時(shí)，即可溢出圓盤。因此，圓盤造粒機(jī)具有粒度自動(dòng)分級(jí)功能，可以精確控制顆粒粒徑，適用不同類型粉體的造粒。

2．3 延期藥采用圓盤造粒需要解決技術(shù)問題

圓盤造粒機(jī)造粒得到的顆粒一般為0.5～60mm，而延期藥顆粒的粒度一般小于0.4mm，兩者粒徑之間差異較大。若不能將圓盤造粒的粒度減小，則該技術(shù)無法在延期藥造粒上應(yīng)用。

圓盤造粒機(jī)處理量非常大的造粒設(shè)備，廣泛應(yīng)用于化工、石化、制藥、食品、建材、礦冶、環(huán)保、印染、陶瓷、橡膠、塑料等領(lǐng)域造粒。銻浮選精礦造粒圓盤的直徑為3.0m，其產(chǎn)量可以達(dá)到1.2～5.0t/h。而民辦企業(yè)每批的延期藥造粒量一般少于100kg。如何對(duì)設(shè)備進(jìn)行改造，適應(yīng)延期藥造粒小批量的生產(chǎn)，也是技術(shù)問題。

延期藥造粒使用的黏結(jié)劑黏度較大，無法采用噴出均勻的霧滴，會(huì)造成圓盤造粒的效果較差。圓盤造粒后顆粒的流動(dòng)性和機(jī)械強(qiáng)度等都會(huì)影響延期藥精度。

3 延期藥用圓盤造粒設(shè)備初步設(shè)計(jì)

3．1 設(shè)計(jì)基礎(chǔ)及要求

以鎢系延期藥原料為造粒粉體，設(shè)計(jì)產(chǎn)量為10～20kg/h，粒度控制范圍30～80目，成粒率高于75%，顆粒流散性好（休止角小于30°）。

3．2 設(shè)備初步設(shè)計(jì)

（1）圓盤直徑與產(chǎn)量。圓盤的直徑（D，單位為米）主要是由產(chǎn)量確定的，根據(jù)生產(chǎn)能力和其他設(shè)備的配套要求進(jìn)行選擇。圓盤直徑和最大產(chǎn)量（Q，t/h）的估算公式為Q=1.5D2，實(shí)驗(yàn)室采用直徑為0.4m，對(duì)應(yīng)最大產(chǎn)量為360kg/h。實(shí)際上，圓盤造粒產(chǎn)量與顆粒粒徑、圓盤傾角、擋板高度、黏結(jié)劑加入方式、物料性質(zhì)和操作水平等有非常大關(guān)系。

（2）圓盤的圈高。圓盤的圈高主要是由圓盤直徑?jīng)Q定，它直接影響物料在圓盤上的停留時(shí)間（也是成粒時(shí)間）。由于圓盤摩擦分級(jí)效應(yīng)，小的顆粒圓盤底部滾動(dòng)，大的粒子則躍出邊緣排出。故圈高越低，成粒時(shí)間就越短，得到顆粒粒徑越小。圓盤的圈高通過物料停留時(shí)間影響產(chǎn)量。若物料在盤中停留時(shí)間太長(zhǎng)，排出產(chǎn)品的速度就慢，得到的顆粒粒徑大，粒度分布寬，成粒率低。因此，合理選擇圈高很重要。圓盤的圈高估算公式為H=0.20D，圓盤直徑為40cm，對(duì)應(yīng)直徑為8cm。實(shí)驗(yàn)室采用的是不銹鋼蛋糕糕點(diǎn)盤來代替圓盤，直徑為40cm，圈高為6.7cm。

（3）刮料板。在圓盤造粒過程中，由于物料性質(zhì)和噴霧等因素，會(huì)造成粉料的堆積而影響造粒效果，因此，在圓盤的內(nèi)裝刮料板十分必要，刮料板的長(zhǎng)度可以通過實(shí)驗(yàn)確定，刮料板的位置處于在小球區(qū)以外，與圓盤垂直中心線成15°～25°角度。

4 延期藥圓盤造粒實(shí)驗(yàn)

4．1 實(shí)驗(yàn)材料與設(shè)備

圓盤造粒機(jī)：圓盤直徑40cm，圈高6.8cm，0～55rpm調(diào)速電機(jī)，傾角調(diào)整范圍45°～60°。

鉛丹、鉻酸鋇、高氯酸鉀和硅藻土均為工業(yè)品，未經(jīng)處理。聚乙二醇6000型，NS2型無機(jī)黏結(jié)劑。

4．2 實(shí)驗(yàn)方法

啟動(dòng)圓盤造粒機(jī)，轉(zhuǎn)速設(shè)定為35r/min，傾角設(shè)定為50°。經(jīng)過混合均勻的延期藥原料按照200g/min分批投入到圓盤中，在合適的區(qū)域以霧狀間斷噴入黏結(jié)劑，待粉狀物料成粒時(shí)，結(jié)束噴霧，讓剩余顆粒在圓盤中繼續(xù)造粒整形2min，取出自然固化，篩分后半成品干燥待用。

5 結(jié)果討論

5．1 粒度分布

對(duì)鉛丹和鉻酸鋇兩種延期藥氧化劑進(jìn)行圓盤造粒，得到的顆粒進(jìn)行篩分稱量，結(jié)果如圖3所示。

圖3 造粒后鉛丹的粒度分布

從圖3可以看出，經(jīng)過造粒后鉛丹粒徑主要分布大于80目，30～80目的顆粒占53.1%，大于30目超過30%，顆粒過大主要原因是黏結(jié)劑黏度較大，噴霧不均勻，而且黏結(jié)劑加入過多造成粒度較大。鉻酸鋇的粒徑主要分布粒度分布較寬，30～100目占81%，估計(jì)與黏結(jié)劑濃度較低，霧化效果好導(dǎo)致球核過多，滾動(dòng)造?？绅じ降募?xì)粉太少而難以長(zhǎng)大。

5．2 表面分析

對(duì)得到的顆粒采用顯微鏡分析，鉛丹造粒后的顆粒形貌如圖4和圖5。

圖4 鉛丹造粒顆粒形貌（40倍）

圖5 鉛丹造粒顆粒 形貌（240倍）

從圖4和圖5中可以看到，鉛丹造粒后的顆粒接近球形，最小顆粒粒徑為0.2mm，最大顆粒粒徑超過1.5mm，顆粒表面光滑緊密。測(cè)量30～50目鉛丹的休止角為26.5°，流散性優(yōu)良。

取30～80目鉻酸鋇顆粒，顯微鏡分析得到的顆粒形貌如圖6和圖7。

圖6 鉻酸鋇造粒顆粒形貌（40倍）

圖7 鉻酸鋇造粒顆粒 形貌（240倍）

從圖6和圖7中可以看到，鉻酸鋇造粒后的顆粒球形度比鉛丹稍差，但是，顆?？傮w呈球形，顆粒緊密，表面有小顆粒，估計(jì)是造粒后干燥不及時(shí)而黏結(jié)有小顆粒。測(cè)量30～50目鉻酸鋇的休止角為28.9°，流散性優(yōu)良。

6 結(jié)論與建議

6．1 結(jié)論

以鎢系延期藥為依據(jù)設(shè)計(jì)出圓盤造粒機(jī)，其直徑為40cm，欄高位6.8cm；在傾角為50°、轉(zhuǎn)速為35r/min的條件下，分別采用鉻酸鋇和鉛丹為原料進(jìn)行造粒實(shí)驗(yàn)，采用噴霧方式加入黏結(jié)劑，得到的顆粒球形度高，表面密實(shí)光滑，休止角在26°～29°，30～80目的顆粒超過20%，處理量達(dá)到12kg/h。

6．2 建議

除了圓盤造粒機(jī)的結(jié)構(gòu)和尺寸影響顆粒質(zhì)量外，圓盤造粒工藝參數(shù)對(duì)顆粒粒徑、成粒率和粒徑分布影響很大。

在選擇圓盤造粒黏結(jié)劑時(shí)，發(fā)現(xiàn)篩網(wǎng)造粒用黏結(jié)劑不適用噴霧造粒，如聚乙烯醇黏結(jié)劑由于黏度過大，霧化效果很差，造粒顆粒粒徑非常大。開發(fā)合適圓盤造粒用的黏結(jié)劑，是一個(gè)重要研究?jī)?nèi)容。