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應用于農(nóng)業(yè)化學領(lǐng)域的干法精細研磨技術(shù)

NETZSCH 2020-03-25 | 閱讀：4455

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(guān)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(shù)。

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(jié)合的結(jié)構(gòu)，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(jié)合的結(jié)構(gòu)，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(jié)構(gòu)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(shù)，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。可以完全打開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(jié)構(gòu)、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(jié)：

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)。化工的作用是以最好的方式生產(chǎn)農(nóng)藥，這需要選擇最適合的研磨技術(shù)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(guān)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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