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應用于農(nóng)業(yè)化學領域的干法精細研磨技術

NETZSCH 2020-03-25 | 閱讀：4677

2017年,，世界人口估計為75億人,。預計到2030年,，這一數(shù)字將達到85億至89億(來源：UNO人口數(shù)據(jù)庫),。人類將面臨著巨大的挑戰(zhàn),。對于農(nóng)業(yè)來講,，未來面臨的最大挑戰(zhàn)可能是找到足夠養(yǎng)活這么多人的方法,。增加耕地數(shù)量是解決辦法之一,，也是公眾討論的一個主要話題。而通過施肥及增加對農(nóng)作物的保護來提高農(nóng)作物產(chǎn)量則是另一個重要的解決辦法,。

在本文中,，我們將集中討論對農(nóng)作物起到重要保護作用的農(nóng)藥制劑的生產(chǎn)，尤其是其生產(chǎn)過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的適當時刻，以適當?shù)挠昧?，有效減少對作物生長不利的因素(如害蟲,、雜草或真菌……)。因此,，植物保護劑本質(zhì)上可以說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,、潤濕劑,、防護劑、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,，通過如下展示的不同種類的研磨設備,，將混合后的物料顆粒研磨、分散到目標細度,，以達到應用要求,。研磨過后，通過篩分工序,，以防可能存在的過大顆粒,。最后，加入無需研磨的助劑或填料,，進行再次的分散混合,。

通過以上工序，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:螺桿進料；3：預混機,；4:氣流磨,；5:風機，6:過濾器,，7：批混機,，8:成品罐

農(nóng)藥顆粒要求為超細顆粒和窄的粒徑分布的原因：越細的活性成分顆粒，作用越有效,，這意味著使用較少的量就可以達到相同的藥效,。這是利于安全、環(huán)境和經(jīng)濟方面的因素：減少對處在噴灑區(qū)內(nèi)人員的毒性影響,；減少對環(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,。

窄的粒徑分布有利于簡化農(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,，懸浮液就更穩(wěn)定,，并且在操作過程中不會發(fā)生沉淀。在農(nóng)藥噴灑過程中,，有效減少了大顆粒對噴灑系統(tǒng)的噴頭堵塞的問題,。

圖2：經(jīng)CGS流化床氣流磨粉碎后，典型粒徑分布

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

Condux 機械磨:

圖3：帶分級機的Condux 680精細機械磨

機械沖擊磨可用于軟至中等硬度物料的精細研磨,。粒徑中值的典型細度范圍為20至500μm。圓周速度為25至150 m/s,。耐馳還可以提供對向旋轉(zhuǎn)方式,，速度高達250米/秒的另一種機型?？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,，因為軸轉(zhuǎn)速很高,，軸封采用了無接觸式迷宮式類型。

機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：定子(篩網(wǎng)或研磨軌道)相結合的結構,，Condux磨機可進行預研磨。旋轉(zhuǎn)的轉(zhuǎn)子具有鼓風效果,，產(chǎn)生較高的風量,，從而降低研磨腔內(nèi)的溫升，適用于溫度敏感物料,。研磨后物料細度可小于100μm,。

配有研磨盤和分級輪相結合的結構，Condux磨機可生產(chǎn)標準細度在30um以下的農(nóng)藥粉體,。該機器的設計簡單,，只需一個馬達用于驅(qū)動研磨盤和分級輪的轉(zhuǎn)動。粒度上限可通過調(diào)整分級輪的高度來調(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。

帶分級功能的機械磨CSM

該類分級磨提供了在一個系統(tǒng)中同時實現(xiàn)研磨和分級兩種功能的可能性,。CSM分級機是一種精細沖擊式分級機和導向輪分級機的組合,。使用兩個獨立的馬達驅(qū)動，一個用于磨盤，另一個用于分級輪,，CSM可以精確地調(diào)整分級輪轉(zhuǎn)速,，從而獲得從d97=9μm到200μm的大范圍最終產(chǎn)品細度(見表1)。通過利用分級機葉輪的幾何形狀及分級輪與機頂蓋間的間隙氣封,，確保研磨物料顆粒大小上限的精準控制,，從而達到精細分級。

表1：分級磨的參考數(shù)據(jù)：

流化床氣流磨 CGS

圖4：流化床氣流磨CGS 50

該氣流粉碎機適用于用于各種硬度的物料(軟至極硬)的超細粉碎,。在研磨區(qū),，顆粒受高速氣流帶動相互碰撞研磨，無額外研磨部件,，動態(tài)分級機控制了最大粒徑,。研磨室內(nèi)噴嘴出口處的氣流速度可達500至600 m/s。因為在流化床中可以產(chǎn)生很高的研磨能量和沖擊速度,，D50細度達到1至5μm成為可能(見表2),。

由于這樣的結構特性，氣流磨具備一個非常吸引人的特點：在研磨過程中,，研磨腔內(nèi)不會有溫度升高,。原因在于顆粒間相互碰撞時所產(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)分子就不會被破壞。

分級發(fā)生在CGS氣流磨的頂部,，在一個與研磨區(qū)分離的獨立區(qū)域,。特殊設計的ConVor分級輪可以分離出幾微米的大顆粒，從而實現(xiàn)狹窄的粒徑分布,。分級輪轉(zhuǎn)速可通過變頻器進行簡便控制,，這使得對CGS型氣流磨適用于研磨不同細度范圍的物料(見圖5)。

圖5：粒度分布隨分級機速度而變化,，CGS 16流化床氣流粉碎機粉碎兩種除草劑

表2：流化床氣流磨CGS的參考數(shù)據(jù)：

無論選擇何種研磨技術,，都應該重視整個研磨系統(tǒng)的整體設計。下面我們將解釋兩個必須考慮的重要方面：粉塵爆炸風險的安全防護和防止物料交叉污染,。

研磨粉碎過程中,，避免粉塵爆炸的防護措施：

在大多數(shù)情況下，殺蟲劑都含有易發(fā)生粉塵爆炸的危險有機成分,。有資質(zhì)的實驗室會對完整配方進行分析,，從而確定預防粉塵爆炸的安全值。這主要涉及最小點火能量,、點火溫度和爆燃指數(shù)KSt值,。根據(jù)該數(shù)據(jù),，當超過限值時，研磨系統(tǒng)必須配備足夠的保護,。一種好的防爆解決方案可通過加裝諸如防爆閥,、泄爆片等防爆元件來實現(xiàn)，這將有利于限定生產(chǎn)成本,，簡化操作步驟,。第二種解決方案是研磨工藝在惰性氣體保護下進行，同時控制氧含量,。第三種解決方案是通過控制工廠的氧氣含量進行研磨,。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,。

研磨設備及系統(tǒng)必須易于清潔：
同一設備(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)活動之間必須清潔研磨系統(tǒng)。

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

總結：

目前，農(nóng)藥生產(chǎn)具有越來越重要的戰(zhàn)略意義,。必須重新評估以更加重視環(huán)境所受限制,，無論是在產(chǎn)品生產(chǎn)過程中，還是在農(nóng)業(yè)作物上使用的過程中,。然而,，滿足世界人口需求仍然是個巨大的挑戰(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來實現(xiàn)。

Condux機械磨非常適合粗磨和預磨,。配有分級輪的機械磨,，設計簡單,，可以滿足最終產(chǎn)品需要的標準規(guī)范。如果需要獲得無超大顆粒的最佳粒徑分布,，建議使用CSM型分級機,。對于高質(zhì)量農(nóng)藥的生產(chǎn)，選擇流化床氣流磨CGS是最佳選擇,，它具有更好的細度分布,。具有最終產(chǎn)品不含過大顆粒，活性成分保存最佳等關鍵優(yōu)點,。無論選擇何種工藝,，研磨系統(tǒng)的設計都必須滿足具體的應用要求，主要是避免粉塵爆炸風險,，以及對交叉污染的控制,。

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