团聚造粒工艺的工作原理及操作注意事项

制粒是一种用于生产圆形颗粒的附聚(粒度增大)形式,在处理散装固体时是有价值的操作,该技术对多种固体材料的处理、外观、应用和性能提供了许多可能的改进。本文着眼于团聚造粒的过程,包括通过造粒可以实现的潜在利益,该过程的工作方式以及成功造粒操作背后的关键原理。

制粒过程是滚珠团聚的一种形式,可高度定制,可用于生产符合特定规格的球形颗粒产品,与术语“造粒”通常可互换使用,是指各种类型的团聚。文中仅涉及使用转盘造粒机进行的滚筒式团聚的造粒。

造粒工艺的优势

造粒可用于对原材料和最终产品进行许多改进。虽然并非所有产品都具有全部优点,但造粒通常有以下优势:

减少减轻灰尘

  • 当使用粉末或细粉形式的散装固体时,造粒会大大减少(在某些情况下,很大程度上消除了)粉尘。
  • 因为造粒会产生圆形颗粒,所以锯齿状边缘摩擦在一起并破裂的可能性降低了。
  • 因此,可以保持产品的完整性,并将材料损失降至最低,还消除了与灰尘相关的其他问题,例如健康和安全隐患。

改进处理和应用程序

  • 粉末和精细材料在处理和应用过程中可能会带来各种挑战。
  • 包括运输困难,产品损失增加,应用不准确和不可预测以及流动性问题。
  • 造粒的材料流动更容易,促进清洁操作,并且在应用时被风吹的可能性较小。
  • 运输质量也得到改善,在某些情况下降低了成本。

控制粒子属性

  • 造粒可能是用于颗粒工程最广泛的一种方法,它可以按照严格的规格生产颗粒。
  • 可以对各种材料特性进行微调,以控制活性成分释放特性或反应速率,提高产品均匀性,增强溶解性,甚至管理堆积密度和处理特性。
  • 当用作较大工艺中的中间步骤时,造粒也可用于控制颗粒性质,例如传热,孔隙率和密度,以在下游加工过程中最大化性能。

增强外观

  • 造粒通常用作改善产品外观的一种手段。
  • 颗粒可以制成圆形,光滑且均匀的颗粒,将常规产品转变为优质产品,并具有改善的流动性,尺寸均匀性和更少的磨损。
  • 因此,造粒广泛用于肥料和土壤改良行业中的高价值产品。

    合成石膏通常是造粒固体材料的一个例子

通常是粒状物料

造粒可以使任何散装固体材料受益,这些散装固体材料由于其颗粒特性而带来处理、应用或性能方面的挑战。经常造粒的固体物料包括:

  • 碎石膏(天然或合成)
  • 石灰石碎
  • 氮,磷,钾(NPK)肥料
  • 土壤改良剂
  • 粉煤灰
  • 铁矿
  • 氧化铝
  • 玻璃
  • 二氧化硅
  • 黏土和陶瓷
  • 电弧炉(EAF)粉尘
  • 苏打粉
  • 碳黑
  • 生物固体/肥料
  • 二氧化钛(TiO)
  • 氧化锌

制粒工艺

  • 制粒是一种非压力(也称为滚转或搅拌)团聚技术,这意味着采用液体粘合剂和翻滚作用来促进颗粒的形成。
  • 这种附聚技术不同于压力附聚方法,后者使用极高的压力使粉末材料自粘成所需的形式。并非所有的固体材料都能通过压力附聚。

此简化流程图显示了典型的光盘制粒设置

主要步骤

典型的制粒工艺设置如上图所示。尽管工艺可能有所不同,但最常见的制粒方法可以分为三个主要步骤:预处理、制粒和干燥。

预处理

  • 预处理步骤用于生产干燥或液体粘合剂与一种或多种原料的均匀混合物。
  • 它可以产生“种子粒料”或核(小的团块),这些团块是细颗粒将粘附在其上的起始颗粒团。
  • 预处理是在工业连续混合机中进行的,通常是针式混合机-一种卧式连续混合机,利用剧烈的旋转运动均匀地预混合,压实并可能预形成小的团聚物。

在制造过程中可以看到该销钉混合器的内部,包括竖井式布置

  • 混合器将液体和固体进料组分彻底混合成均匀的混合物,随着混合物沿混合器的长度向下移动,种子颗粒开始形成,达到预定的保留时间后,将种子粒料和经过预处理的细粉从混合机中排出,然后送入圆盘造粒机。

造粒

  • 圆盘造粒机是安装在固定基座上的旋转圆盘,它是造粒设备中最常用的类型之一,因为它可以生产精制的颗粒并提供高度灵活的造粒方法。
  • 圆盘造粒机可以调整许多变量,例如圆盘角度、速度、进料速度等,以控制粒径和其他特性。

盘式造粒机(例如此处所示的一种)具有安装在固定基座上的旋转盘

  • 当将种子粒料喂入到旋转圆盘上时,旋转将粒料部分地围绕圆盘并通过进料区和喷雾区。粘合剂会使正在生长的颗粒变得发粘,使它们在翻滚时能吸收更多的细粉。这促进了逐渐滚动的作用,该过程通过分层(聚结)增加了颗粒的大小,这种技术类似于滚动雪球。
  • 由于转盘的离心力,药丸自然会根据质量和尺寸进行自分类,随着更大和更重的药丸移近卸料区,它们会更快落下。一旦颗粒达到所需大小,就将它们从圆盘中排出并送入干燥机。

烘干

  • 取决于工艺目标和下游工艺,制粒过程可能会或可能不会使用干燥。
  • 干燥的主要目的是减少材料中的水分含量并固化组件之间的结合,本质上,干燥步骤将颗粒“固化”为最终形式。
  • 没有足够的干燥,颗粒可能无法保持其形状,可能结块在一起,甚至可能导致发霉或细菌生长。干燥过程还有助于最终产品达到所需的压碎强度。
  • 当在旋转干燥机中进行干燥时,干燥还有一个额外的优势:转鼓中发生的旋转翻滚可能会进一步使颗粒变圆并打磨。

旋转干燥机去除团聚固体中的水分,使其达到所需的压碎强度

控制粒子特性

要获得所需的最终产品特性矩阵,需要仔细平衡工艺和原料参数。材料和粘合剂的进料速度、圆盘速度和角度、保留时间和其他变量均用于控制最终产品的性能和整体质量。

团粒造粒的灵活性使操作员可以控制各种颗粒特性,并生产出满足一系列外观和性能参数规格的最终产品,包括:

  • 湿强度
  • 干球抗压强度
  • 降解和磨损量
  • 堆积密度
  • 溶解度
  • 流动性
  • 粒度分布(PSD)
  • 水分含量
  • 表面质量
  • 温度

制粒注意事项

制粒过程中有许多方面需要考虑,但最重要的三个重要因素如下:

粘合剂

粘合剂通过影响颗粒形成、生强度和抗压强度,在粒化过程和最终产品质量中都起着至关重要的作用。

  • 颗粒形成:在造粒过程中使用粘合剂可产生粘性,使细粉彼此粘附,从而促进颗粒生长。如果没有这种粘性,颗粒和细粉会因生长不足或不均匀而翻滚。
  • 生强度:除了有助于粒料形成之外,粘合剂还为粒料提供了在整个过程中不破裂而需要移动的强度,这种特性称为“生强度”或“湿强度”。颗粒需要足够的生坯强度以承受加工过程中遇到的各种掉落和转移点。
  • 抗压强度:粘合剂还会影响最终产品的抗压强度,从而在干燥时固化组件之间的粘合。一些粘合剂在造粒过程中可能表现良好,但不能产生足够的抗碎强度。

粘结剂的类型和粘结剂的浓度是影响材料团聚的程度以及干燥时粒料产生的粉尘量的关键参数。

粘合剂是该过程中高度可定制的部分,通常需要进行测试以确定最佳配合,有数百种粘合剂可供选择,它们的选择取决于有效性、产品预期用途、成本和可用性。

水分

  • 在整个加工过程中控制材料的水分含量是获得所需产品特性并确保过程平稳运行的基础。
  • 所有材料都具有独特的水分含量,在这些水分范围内,它们将通过滚筒生长技术成功聚结(假设它们会聚结)。
  • 堆肥、动物饲料和木屑等某些有机材料具有很宽的可接受的水分含量,它们会在其中结块,而其他物质(如氧化铁,二氧化硅粉尘,许多粘土和肥料)需要非常窄的水分含量窗口。
  • 必须实现微妙的平衡:水分过多,物料可能会结块或变成泥浆;太少的水分和附聚物将无法正确形成,或可能根本不会形成。
  • 由于水分将以液态粘合剂的形式添加,因此原料原料必须降到原料会凝结的确定水分范围以下。
  • 粘合剂的加入将使材料进入理想的湿度范围,从而发生团聚,因此,水分含量高于确定的可接受水平的材料在造粒之前需要某种形式的水分减少。

预处理

并非所有造粒生产线都需要进行预处理,一些操作简单地将原料进料到盘式制粒机中,省略了混合器中的预处理步骤。但是,预处理确实提供了很大的价值,并且可能需要根据所需的最终产品特性进行预处理。

  • 改善产品均匀性:虽然圆盘造粒机确实促进了细粉和粘合剂的混合,但它们并不是要彻底混合不同的饲料原,不利用预处理步骤的造粒操作可能会遇到颗粒中粘合剂分布不均的情况,从而导致产品配方不均匀和压碎强度不均。附加的预处理步骤可确保在圆盘造粒机上进行处理之前,将粘合剂和细粉彻底混合成均匀的混合物,从而提高产品的均匀度。
  • 增加产量:与单独使用造粒机相比,增加预处理步骤还可以提高产量。当单独使用造粒机时,以连续的预定速率添加粘合剂和细粉。因为必须逐步添加粘合剂,以避免向圆盘中添加过多的水分,所以将材料从细粒生长到所需尺寸的颗粒可能要花费大量时间。通过预处理步骤,种子颗粒的形成要快得多,而盘式制粒机的唯一任务就是增加颗粒大小,从而提高生产率。
  • 减少粘合剂:制粒的部分目的是提高产品密度。当单独使用造粒机时,通过添加液体粘合剂会产生密度。相反,当实施预处理步骤时,不仅利用粘合剂而且通过混合器的作用产生密度,最终减少了达到所需密度所需的粘合剂量。
  • 物质影响:每种固体材料在造粒过程中都面临独特的挑战。进料组成,稠度,水分含量,粒度分布以及许多其他因素都将影响物料对制粒过程的反应。有些固体材料很容易结块,而另一些则可能不会。某些材料会在成分之间发生反应,导致粒料显示出高于期望的抗碎强度或其他不可预测的属性。还有一些可能会在产品配方的配方发生重大变化的情况下发生团聚。

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