摘要 概述了现有粉体造粒技术的方法和设备，对今后造粒技术的发展趋势提出了展望

    关键词 粉体 造粒技术 现状 发展方向

概述

    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的、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、包装等操作过程。其装置称为过程处理装置。因主要用于反应合成后的生产流程，故亦称为后处理或后处理技术。

    粉体造粒技术作为粉粒体过程处理的一个最主要分支，随着环保需求和生产过程自动化程度的提高，其重要性日益彰显。“粉状产品粒状化”已成为世界粉体后处理技术的必然趋势。对粉状产品进行造粒的深度加工，其意义主要体现在三大方面：一是降低粉尘污染，改善劳动操作条件（包括生产过程和使用过程）；二是满足生产工艺需求，如提高孔隙率和比表面积、改善热传递等；三是改善产品的物理性能（如流动性、透气性、堆比重、一致性等），避免后续操作过程（干燥、筛分、计量、包装）和使用过程（计量、配料等）出现偏析、气泡、脉动、结块、架桥等不良影响，为提高生产和使用过程的自动化、密闭操作创造了条件。

    粉体造粒技术从广义上可分为两大类，一类是成型加工法，主要是将粉状物料通过特定的设备和方法，处理为满足特定形状、成分、密度等的团块状物料；另一类是粒径增大方法，主要是把细粉末团聚成较粗的颗粒。限于篇幅，本文以粉体成型加工法为中心，论述我国粉体造粒技术的现状和今后的动向。

一．  粉体造粒技术的现状

    粉体技术及其装备作为一门专门的学科和独立技术出现，在国外可追溯到二十世纪四十年代，在我国则从八十年代中期由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[1]。经过多年的努力，目前，我国粉体造粒技术已有相当的水平，其设备的规模也有较大发展，已能基本满足粉粒体颗粒化的要求。按照实现小颗粒团聚的基本原理，可以把现有的粉体处理技术分为搅拌法、压力成型法，喷雾和分散弥雾法、热熔融成型法等四类[2]。

1.  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的。根据成型方式又可分为滚动团粒、混合团粒及粉末成团三类。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（鼓式、振动给料器、连续流动喷射混合系统）等。其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500t/h，颗粒直径最大可到600mm[2]，多适用于选矿业、化肥、精细化工、助剂、食品等行业。图1为YQ型圆球状搅齿造粒机工作原理图。

 图1  YQ型圆球状搅齿造粒机工作原理图

2.  压力成型法

    压力成型法是将要造粒的粉体物料限定在特定的空间中，通过施加外力而压紧为密实状态。压力成型的成功与否，一方面取决于施加外力的有效利用和传递，另一方面也取决于颗粒物料的物理性质。

    根据所施加外力的物理系统不同，压力成型法又可分为两大类，即模压法和挤压法。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、制药等行业。

    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、助剂、染料、农药、饲料、肥料、催化剂等行业。具有适应能力强、产量大、造粒品粒度均匀、颗粒强度好、成粒率高等优点。以SE系列螺杆造粒机为例，该系列按机内螺杆数量可分为单螺杆和双螺杆两类；按出料形式可分为前挤出和侧挤出。螺杆直径最大为240mm，成品颗粒直径可在0.8mm-15mm内选择，颗粒强度最高可达160N，单机处理能力最大可达2t/h以上。图2为SE系列单螺杆挤出造粒机示意图。

    进料口 

    变螺距螺杆 

    出料口

图2  SE系列单螺杆挤出造粒机示意图。

    在SE系列单螺杆造粒机的基础上研制成功的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、聚丙烯酸钠等胶状体物料的解碎造粒，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（如催化剂载体）造粒，一般采用柱塞挤出机来实现。这类设备多采用液压传动，根据活塞原理进行挤条造粒。液压系统所产生的压力，推动活塞将布料筒中的物料从特殊设计的模头强行挤出，即可制得强度更高，表面更光滑的料条。目前对柱塞挤出机的研究已趋完善，柱塞直径在50-250mm范围，颗粒直径在2-20mm范围内可选，机头压力超过100t,可实现的颗粒形状超过二十种。

3．  喷雾和分散弥雾法

    喷雾和分散弥雾法是在特定的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。在喷雾时,液态进料(液体、胶质液、膏状物、乳化液、泥浆液或熔融物)弥散在气体(一般为空气)中通过热量传递或质量传递（或者两个传递过程同时进行）而生成固体颗粒。有关颗粒生成的机理包括液态进料形成小滴而硬化成固体颗粒、液料沉敷在已有的粒核表面而形成固体颗粒、许多小粒子在喷入的粘结剂作用下粘聚在一起而形成团粒等。

这种喷雾和分散弥雾造粒法的共同的特性为：

a.     液态进料必须是可用泵输送的和可弥散的；

b.     造粒过程通常应为连续的、自动化的以及大规模的操作；

c.     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；

d.     产品粒度一般限制在5mm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，可广泛应用于各种行业的物料造粒，如制药、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50-500μm[2],甚至更小。产量最大可超过30t/h(如尿素造粒塔等)。

4.  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℃），将熔融的物料，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。根据成型设备的工作原理，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。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。以DZ型转鼓结片干燥机为例，转鼓最大规格2300×3000(mm),单机生产能力最大超过4000kg/h,制片厚度在0.5-3mm之间。

    回转冷带落模成型装置是利用产品的低熔点特性,将熔融的物料,根据其粘度范围,通过特殊的布料装置,将熔融液均布在匀速移动的钢带上。依物性和使用要求，可选择连续滴落、连续出条和全宽度溢流等布料方式，以形成半球状、条状和薄片状产品。在移动的钢带下设有喷淋冷却装置，使均布在钢带上面的物料边移动边冷却、固化，从而定型。[-page-] 

    图3是回转冷带落模成型装置示意图

    回转冷带落模成型装置的性能特点：

（1）采用薄钢带传热和雾化喷淋冷却，传热效果好，冷却效率高，物料固化成形快；

（2）物料适用范围广，可实现的物料形状多，半球状、条状、块状、薄片状产品等均可实现；

（3）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；

（4）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；

（5）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。

我国对回转冷带落模成型装置的研究始于二十世纪八十年代中期，化工部化工机械研究院粉体工程研究所在吸收SANDVIK公司Rotoform系统先进技术的基础上，自主开发了内旋布料系统，打破了国外公司专利保护和技术垄断，实现了回转冷带落模成型装置的国产化。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，多由该所衍生发展。设备已采用模块化积木式设计，形成了钢带宽度从0.5m-1.6m,设备长度从2m-20m五个系列的产品。可处理的物料近六、七十种，单机产量超过6t/h,可生产直径1.5mm-6mm的颗粒产品和0.4mm-5mm厚度的片状及其它形状产品。这一技术已工业化推广应用100余台套，取得了多项发明专利，技术水平已接近国际先进水平。

二、粉体造粒技术的展望

    随着全球技术、经济竞争的日益加剧及我国加入WTO的临近, 人们对有效利用资源、提高产品质量和加强环境保护等的意识进一步加强，对粉体造粒技术要求也越来越高；另一方面，随着高新技术与传统粉体工业的融合，特别是计算机辅助设计/制造技术（CAD/CAM）在粉体造粒设备设计、制造中的运用,计算机DCS控制系统在粉体造粒设备操作运行中的运用，以及一些新材料（如钠米材料）、新工艺等的采用都为粉体造粒技术的发展提供了良好的契机。目前我国粉体造粒技术发展的趋势是向设备大型化，结构紧凑化，加工工艺高技术化，功能多样化，效率高效化，控制系统自动化方向发展。

1、设备大型化

    随着科学技术的进步和技术的发展，生产装置大型化的优点越来越明显，同时，CAD/CAM技术和精确应力分析技术的应用促进了机械结构设计和加工制造技术的发展，为粉体造粒设备的大型化提供了坚实的技术保障。目前，粉体造粒设备向着大型化方向发展,超大型的螺杆挤出机单机处理能力可达25～30t/h[3]。以SE系列螺杆造粒机为例，现有的设备螺杆直径最大为240mm，单机处理能力超过2t/h。螺杆直径为380mm，单机处理能力超过4t/h的超大型螺杆造粒机正在研制中；又如回转冷带落模成型装置，研制中的冷凝钢带宽度超过1.5m,设备长度超过20m,单机处理能力超过6t/h。

2、结构紧凑化

    粉体造粒设备的另一个发展趋势是结构紧凑化。设备的结构设计更合理，更紧凑，更符合人体工学原理，从而降低了制造成本，减少了占地面积，提高了劳动效率。以SE系列螺杆造粒机为例，采用电机直联取代了传统的皮带传动，使设备更紧凑，传递扭矩更大；采用变螺距设计，将物料输送段、捏合和挤出段设计在一根轴上，使输送、捏合、造粒一次完成。这些设计理念都代表着粉体造粒设备的发展方向。

3、加工工艺高技术化

    随着粉体造粒设备应用领域的拓展，传统的机械加工手段已不能满足粉体设计技术的需要。未来粉体设备的加工工艺将向着高技术化方向发展。如采用计算机辅助设计/制造（CAD/CAM）技术进行螺杆螺纹型线的设计、加工，采用专用深孔加工设备加工冷带落模机布料器细长孔，采用五坐标数控床实现空间扭曲叶片型线加工，采用激光、电火花加工微小孔径模板，采用钠米技术（钠米涂料）处理挤出螺杆、回转钢带以解决物料抱杆、产品脱模等。

4、功能多样化

    粉体后处理工程是一个包括多学科、多门类的诸多单元操作的系统工程，要求粉体造粒设备的选用最好能减少中间工序，以节约投资；同时，产品的市场化需求也要求生产厂家能提供多种形式的产品。这就要求粉体造粒设备功能的多样化。以QDL系列催化剂专用挤条切粒机为例，该机在普通单螺杆造粒机的基础上，经过特殊改进设计，有挤条、切粒两部分组成，可使挤条、切粒一机完成，同时，通过更换机头模板，可得到不同粒径、不同形状的颗粒产品；又如RF型回转带式成型装置，可通过更换布料器、溢流堰等部件，分别实现半球状、薄片状、块状、条状等不同形状的产品生产，极大地方便了用户，真正实现了功能的多样化。

5、效率高效化

    随着人们节能意识的提高，对粉体造粒设备的效率提出了更高的要求。要求这类设备不但要满足功能需求，而且还要节能、耐用，使用、保养、维修费用低，以降低产品成本。以DLJ240解碎造粒机为例，若采用传统的电磁调速电机，用普通调速器调速，电机功率需45KW。若采用变频调速电机,