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應(yīng)用于農(nóng)業(yè)化學(xué)領(lǐng)域的干法精細(xì)研磨技術(shù)

NETZSCH 2020-03-25 | 閱讀：4145

2017年,，世界人口估計(jì)為75億人,。預(yù)計(jì)到2030年，這一數(shù)字將達(dá)到85億至89億(來(lái)源：UNO人口數(shù)據(jù)庫(kù)),。人類將面臨著巨大的挑戰(zhàn),。對(duì)于農(nóng)業(yè)來(lái)講，未來(lái)面臨的最大挑戰(zhàn)可能是找到足夠養(yǎng)活這么多人的方法,。增加耕地?cái)?shù)量是解決辦法之一,，也是公眾討論的一個(gè)主要話題。而通過(guò)施肥及增加對(duì)農(nóng)作物的保護(hù)來(lái)提高農(nóng)作物產(chǎn)量則是另一個(gè)重要的解決辦法,。

在本文中,，我們將集中討論對(duì)農(nóng)作物起到重要保護(hù)作用的農(nóng)藥制劑的生產(chǎn)，尤其是其生產(chǎn)過(guò)程中的重要步驟之一：研磨,。

生產(chǎn)工藝：

農(nóng)藥生產(chǎn)商之所以要研發(fā)特定組分及劑型,，其目的就是希望使活性成分在作物需要保護(hù)的適當(dāng)時(shí)刻,，以適當(dāng)?shù)挠昧浚行p少對(duì)作物生長(zhǎng)不利的因素(如害蟲,、雜草或真菌……),。因此，植物保護(hù)劑本質(zhì)上可以說(shuō)是一種包含各種不同成分的混合物,。這些成分基本可以概括為三大類別：配方中的活性成分,；用于稀釋活性物質(zhì)的填料，如粘土,、滑石,、高嶺土或二氧化硅；用于改善配方品質(zhì)的助劑和添加劑(如穩(wěn)定劑,、潤(rùn)濕劑,、防護(hù)劑、消泡劑等),。

在農(nóng)藥生產(chǎn)工藝中,，第一步是喂料及混合；第二步為研磨,，通過(guò)如下展示的不同種類的研磨設(shè)備,，將混合后的物料顆粒研磨,、分散到目標(biāo)細(xì)度,，以達(dá)到應(yīng)用要求。研磨過(guò)后,，通過(guò)篩分工序,，以防可能存在的過(guò)大顆粒。最后,，加入無(wú)需研磨的助劑或填料,，進(jìn)行再次的分散混合。

通過(guò)以上工序,，我們獲得最終的產(chǎn)品：可濕性粉劑(WP),，等待包裝。如果需要增加造粒這道工序,，則獲得的最終產(chǎn)品稱為水分散粒劑(WG),。

圖1：農(nóng)藥制劑生產(chǎn)工藝流程
1:喂料罐；2:螺桿進(jìn)料,；3：預(yù)混機(jī),；4:氣流磨；5:風(fēng)機(jī),，6:過(guò)濾器,，7：批混機(jī),，8:成品罐

農(nóng)藥顆粒要求為超細(xì)顆粒和窄的粒徑分布的原因：越細(xì)的活性成分顆粒，作用越有效,，這意味著使用較少的量就可以達(dá)到相同的藥效,。這是利于安全、環(huán)境和經(jīng)濟(jì)方面的因素：減少對(duì)處在噴灑區(qū)內(nèi)人員的毒性影響,；減少對(duì)環(huán)境的污染,；減少配方中成本最高的活性成分的使用量，從而降低農(nóng)藥生產(chǎn)成本,，增加利潤(rùn),。

窄的粒徑分布有利于簡(jiǎn)化農(nóng)藥使用步驟：在作物上施用之前，將粉末分散在水中,。顆粒更細(xì),，懸浮液就更穩(wěn)定，并且在操作過(guò)程中不會(huì)發(fā)生沉淀,。在農(nóng)藥噴灑過(guò)程中,，有效減少了大顆粒對(duì)噴灑系統(tǒng)的噴頭堵塞的問(wèn)題。

圖2：經(jīng)CGS流化床氣流磨粉碎后,，典型粒徑分布

選擇合適的磨機(jī)至關(guān)重要,，根據(jù)農(nóng)藥生產(chǎn)商要求的細(xì)度和規(guī)格，耐馳可提供不同的干法研磨技術(shù),。

Condux 機(jī)械磨:

圖3：帶分級(jí)機(jī)的Condux 680精細(xì)機(jī)械磨

機(jī)械沖擊磨可用于軟至中等硬度物料的精細(xì)研磨,。粒徑中值的典型細(xì)度范圍為20至500μm。圓周速度為25至150 m/s,。耐馳還可以提供對(duì)向旋轉(zhuǎn)方式,，速度高達(dá)250米/秒的另一種機(jī)型?？諝饬髁咳Q于轉(zhuǎn)子類型,，從而確保溫度穩(wěn)定的研磨。轉(zhuǎn)子水平安裝,，因?yàn)檩S轉(zhuǎn)速很高,，軸封采用了無(wú)接觸式迷宮式類型。

機(jī)械沖擊磨可使用不同類型的研磨盤,，適合兩種不同的研磨任務(wù)：定子(篩網(wǎng)或研磨軌道)相結(jié)合的結(jié)構(gòu),，Condux磨機(jī)可進(jìn)行預(yù)研磨。旋轉(zhuǎn)的轉(zhuǎn)子具有鼓風(fēng)效果,，產(chǎn)生較高的風(fēng)量,，從而降低研磨腔內(nèi)的溫升，適用于溫度敏感物料,。研磨后物料細(xì)度可小于100μm,。

配有研磨盤和分級(jí)輪相結(jié)合的結(jié)構(gòu),，Condux磨機(jī)可生產(chǎn)標(biāo)準(zhǔn)細(xì)度在30um以下的農(nóng)藥粉體。該機(jī)器的設(shè)計(jì)簡(jiǎn)單,，只需一個(gè)馬達(dá)用于驅(qū)動(dòng)研磨盤和分級(jí)輪的轉(zhuǎn)動(dòng),。粒度上限可通過(guò)調(diào)整分級(jí)輪的高度來(lái)調(diào)節(jié)。研磨部件易于拆卸清洗,，可快速切換兩種不同物料的研磨,。

帶分級(jí)功能的機(jī)械磨CSM

該類分級(jí)磨提供了在一個(gè)系統(tǒng)中同時(shí)實(shí)現(xiàn)研磨和分級(jí)兩種功能的可能性。CSM分級(jí)機(jī)是一種精細(xì)沖擊式分級(jí)機(jī)和導(dǎo)向輪分級(jí)機(jī)的組合,。使用兩個(gè)獨(dú)立的馬達(dá)驅(qū)動(dòng),，一個(gè)用于磨盤，另一個(gè)用于分級(jí)輪,，CSM可以精確地調(diào)整分級(jí)輪轉(zhuǎn)速,，從而獲得從d97=9μm到200μm的大范圍最終產(chǎn)品細(xì)度(見(jiàn)表1)。通過(guò)利用分級(jí)機(jī)葉輪的幾何形狀及分級(jí)輪與機(jī)頂蓋間的間隙氣封,，確保研磨物料顆粒大小上限的精準(zhǔn)控制,，從而達(dá)到精細(xì)分級(jí)。

表1：分級(jí)磨的參考數(shù)據(jù)：

流化床氣流磨 CGS

圖4：流化床氣流磨CGS 50

該氣流粉碎機(jī)適用于用于各種硬度的物料(軟至極硬)的超細(xì)粉碎,。在研磨區(qū),，顆粒受高速氣流帶動(dòng)相互碰撞研磨，無(wú)額外研磨部件,，動(dòng)態(tài)分級(jí)機(jī)控制了最大粒徑,。研磨室內(nèi)噴嘴出口處的氣流速度可達(dá)500至600 m/s。因?yàn)樵诹骰仓锌梢援a(chǎn)生很高的研磨能量和沖擊速度,，D50細(xì)度達(dá)到1至5μm成為可能(見(jiàn)表2),。

由于這樣的結(jié)構(gòu)特性,，氣流磨具備一個(gè)非常吸引人的特點(diǎn)：在研磨過(guò)程中,，研磨腔內(nèi)不會(huì)有溫度升高。原因在于顆粒間相互碰撞時(shí)所產(chǎn)生熱量,，被膨脹的壓縮氣體所產(chǎn)生降溫現(xiàn)象所抵消,，這樣研磨室內(nèi)的溫度保持一定，活性物質(zhì)分子就不會(huì)被破壞,。

分級(jí)發(fā)生在CGS氣流磨的頂部,，在一個(gè)與研磨區(qū)分離的獨(dú)立區(qū)域。特殊設(shè)計(jì)的ConVor分級(jí)輪可以分離出幾微米的大顆粒,，從而實(shí)現(xiàn)狹窄的粒徑分布,。分級(jí)輪轉(zhuǎn)速可通過(guò)變頻器進(jìn)行簡(jiǎn)便控制，這使得對(duì)CGS型氣流磨適用于研磨不同細(xì)度范圍的物料(見(jiàn)圖5),。

圖5：粒度分布隨分級(jí)機(jī)速度而變化,，CGS 16流化床氣流粉碎機(jī)粉碎兩種除草劑

表2：流化床氣流磨CGS的參考數(shù)據(jù)：

無(wú)論選擇何種研磨技術(shù),，都應(yīng)該重視整個(gè)研磨系統(tǒng)的整體設(shè)計(jì)。下面我們將解釋兩個(gè)必須考慮的重要方面：粉塵爆炸風(fēng)險(xiǎn)的安全防護(hù)和防止物料交叉污染,。

研磨粉碎過(guò)程中,，避免粉塵爆炸的防護(hù)措施：

在大多數(shù)情況下，殺蟲劑都含有易發(fā)生粉塵爆炸的危險(xiǎn)有機(jī)成分,。有資質(zhì)的實(shí)驗(yàn)室會(huì)對(duì)完整配方進(jìn)行分析,，從而確定預(yù)防粉塵爆炸的安全值。這主要涉及最小點(diǎn)火能量,、點(diǎn)火溫度和爆燃指數(shù)KSt值,。根據(jù)該數(shù)據(jù)，當(dāng)超過(guò)限值時(shí),，研磨系統(tǒng)必須配備足夠的保護(hù),。一種好的防爆解決方案可通過(guò)加裝諸如防爆閥、泄爆片等防爆元件來(lái)實(shí)現(xiàn),，這將有利于限定生產(chǎn)成本,，簡(jiǎn)化操作步驟。第二種解決方案是研磨工藝在惰性氣體保護(hù)下進(jìn)行,，同時(shí)控制氧含量,。第三種解決方案是通過(guò)控制工廠的氧氣含量進(jìn)行研磨。第四種解決方案是使用阻燃抑爆系統(tǒng),，如在研磨系統(tǒng)中安裝合適的粉末滅火裝置。

研磨設(shè)備及系統(tǒng)必須易于清潔：
同一設(shè)備(或生產(chǎn)線)經(jīng)常被用于生產(chǎn)幾種配方完全不同的產(chǎn)品,，可能還有相互作用的活性成分,。在這種情況下，生產(chǎn)商必須特別注意的是在兩次生產(chǎn)活動(dòng)之間必須清潔研磨系統(tǒng),。

作為一家機(jī)械制造商,，耐馳一直致力于設(shè)計(jì)研磨設(shè)備和系統(tǒng)，機(jī)器具有很多方便客戶維護(hù)的設(shè)計(jì),?？梢酝耆蜷_(kāi)安裝有分級(jí)輪組件的頂蓋設(shè)計(jì)，旋轉(zhuǎn)型的腔體外型及選位合適的維護(hù)門都可使用戶非常容易觸及到內(nèi)部的部件,。采用不銹鋼結(jié)構(gòu),、精拋光，研磨機(jī)底部排放閥,，因此可以用水清洗,，非常簡(jiǎn)便。

總結(jié)：

目前,，農(nóng)藥生產(chǎn)具有越來(lái)越重要的戰(zhàn)略意義,。必須重新評(píng)估以更加重視環(huán)境所受限制,，無(wú)論是在產(chǎn)品生產(chǎn)過(guò)程中，還是在農(nóng)業(yè)作物上使用的過(guò)程中,。然而,，滿足世界人口需求仍然是個(gè)巨大的挑戰(zhàn)?；さ淖饔檬且宰詈玫姆绞缴a(chǎn)農(nóng)藥,，這需要選擇最適合的研磨技術(shù)來(lái)實(shí)現(xiàn)。

Condux機(jī)械磨非常適合粗磨和預(yù)磨,。配有分級(jí)輪的機(jī)械磨,，設(shè)計(jì)簡(jiǎn)單，可以滿足最終產(chǎn)品需要的標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范,。如果需要獲得無(wú)超大顆粒的最佳粒徑分布,，建議使用CSM型分級(jí)機(jī)。對(duì)于高質(zhì)量農(nóng)藥的生產(chǎn),，選擇流化床氣流磨CGS是最佳選擇,，它具有更好的細(xì)度分布。具有最終產(chǎn)品不含過(guò)大顆粒,，活性成分保存最佳等關(guān)鍵優(yōu)點(diǎn),。無(wú)論選擇何種工藝，研磨系統(tǒng)的設(shè)計(jì)都必須滿足具體的應(yīng)用要求,，主要是避免粉塵爆炸風(fēng)險(xiǎn),，以及對(duì)交叉污染的控制。

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