文献综述

一、本课题的研究内容和意义

随着工业发展的需要，塑料添加剂、染料、化肥等行业及食品、医药、电子等工业部门应用粉体物料种类越来越多，且粒度越来越细。如超细碳酸钙的颗粒度为5um,二氧化钛3um,食品黄、酒石黄10um,白云石15um,黄色氧化铁5um,硅酸铝20um,淀粉白炭黑45um等。粒度很细的粉料其堆积密度很小，重量轻，在操作过程中易飞扬，不仅造成物料损失且污染了环境。同时，因为细粉末的堆积密度小，不便运输。为了解决这些问题，可以把细小粉末聚集成较大的实体-造粒。

二、造粒技术

目前国内造粒技术根据其造粒机理主要有以下几种形式：压力造粒法、搅拌滚团造粒法、热熔融冷却造粒法、喷雾转鼓造粒法。

压力造粒法：是将湿含量较低的细粉物料在压片机、滚压机、辊压机、螺旋挤压机等造粒机中受压力或主要受剪切力被压实成粒，其中辊压机可实现强压。造粒(压力范围为2.5-560MPa,将粉末压得极为密实，从而使粉末间分子力能起主导作用，赋予颗粒较大的抗拉、抗压、抗磨耗强度。近40年来对上千种细粉干物料进行强压造粒实验，均获得成功。不过，对于湿含量很低(如低于0.2%）、粒度很细(d9745um）、堆积密度很小(200kg.m-3)、孔隙率大、内摩擦力小、流动性好的细粉物料进行压力法造粒，不仅耗能大，且成粒率低，单机产量低。如果在物料中加入适量相应的湿润剂，则造粒条件大为改善，无需很强的造粒压力就能达到成粒率高、单机产量大、环境无粉尘飞扬等目的，但同时也会导致颗粒中含有一定量的湿分。由于颗粒表面没有自由水分，内部湿分的迁移成为控制干燥速率的因素，从外部改变条件无法强化干燥速率，即颗粒干燥需要很长时间，耗费很多能量。在这种情况下，采用可以加热颗粒内部的微波加热干燥低湿含量的颗粒物料，则可以快速得到所需的干度均匀的颗粒成品。因此，采用粉体前期恒速干燥(即将粉体干至含水量低于20%）→对辊压力法造粒→颗粒微波加热干燥的造粒干燥路线，科学合理、经济效益高。

搅拌滚团造粒法：搅拌滚团造粒法是将某种液体或粘结剂渗入固态粉末中并适当的搅拌，产生粘结力而产生团粒的一种造粒方法。其造粒机理是完全是团聚造粒。此种造粒方法的优点是成形设备简单，便于维修，单机产量大，所形成的颗粒易快速溶解、湿透性强。明显的缺点是颗粒均匀性不好、成型率低、颗粒硬度低，容易破损，往往造粒后也要求脱水干燥，需要在造粒后设置干燥设备。而且由于干燥过程中水分的排出，造成颗粒密实度下降，颗粒硬度减小甚至裂纹破碎。

热熔融冷却造粒法：此种造粒方法是将物料加热使之成为液体状态，然后将液体通过特殊的冷凝方式使之冷却成为片状、半球状、条状、块状的一种造粒方法。此种造粒方法往往要求物料具有低熔点、高溶解度的特性。此种造粒方法的优点是故障率低，设备简单。缺点也较为明显，首先要经过加热熔融过程，然后要经过冷却过程，造粒后再进行加热干燥处理，因而能耗特高。特别是高塔冷却造粒，其设备、土建投资巨大，随着新型造粒方法的出现，有被取代的趋势。造粒后一般需要脱水干燥，在干燥过程中，由于水分的脱除，容易造成颗粒破损。

喷雾转鼓造粒法：此种造粒方法是将造粒用的熔融液体或粘结剂利用雾化喷头喷入转动着的回转圆筒造粒机---俗称转鼓造粒机，其造粒机理大部分是团聚造粒、部分是涂层造粒。其造粒的关键在于转鼓内物料的动力流化布料和雾化喷头喷雾形式的良好结合。造粒时要求返料，并且返料量极大。通过大量的返料布料，防止出现粘壁结疤现象的发生。此种造粒方法的优点是造粒产量大，颗粒度均匀，颗粒密实度较好，而且能一步完成造粒和干燥过程。缺点是流程长，返料量大，粉尘污染较大。更大的缺点则是设备投资大，土建投资大。主要应用在复合肥行业。

经过上述几种造粒方法的研究比较，本次的课题中使用的方法选用压力造粒法，选取对辊式造粒机作为实验模型来完成本次实验的设计。

三、对辊式造粒机

对辊造粒机的特点：(1)挤压造粒可在常温下组织生产,不需要给物料加热和增湿，节约能耗能适应含有热敏性如碳酸氢铵和某些有机物等配料的造粒。(2)挤压造粒设备少、工艺流程短,设计合理、投资少,省工省时。投资仅为料浆造粒或化学造粒的50%,比蒸汽造粒还要少20%。(3)整个生产过程全封闭,升温低、无污染、硬度高、成型率高。干粉直接造粒,无需烘干和干燥设备,无废水和废气排放,不会污染环境。(4)可与相应设备配套,组成小型生产线,能形成一定的连续化、机械化生产,便于实现生产自动化控制。

对辊挤压式造粒机原理：挤压造粒是利用压力使固体物料进行团聚的干法造粒过程。这通过将物料由两个反向旋转的辊轴挤压,辊轴由偏心套或液压系统驱动。固体物料在受到挤压时,首先排除粉粒间的空气使粒子重新排列，以消除物料间的空隙。脆性物料被挤压时，部分粒子被压碎,细粉充填粒子间的空隙,在此情况下,新产生的表面上的自由化学键如不能迅速被来自周围大气的原子或分子所饱和,新生成的表面相互接触,就会形成强有力的重组键。当塑性物料被挤压时，粒子就会变形或流动，产生强有力的范德瓦斯引力。在挤压过程的最后阶段，以压力形成给系统的能量在粒子间的接触点上形成热点而使物料熔融、温度下降和物料冷却时就会形成固定桥。挤压生成的大片厚5-20mm,表面密度为进料的1.5-3倍,大片再经打片、破碎、筛分后得到需要的颗粒产品。

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