概述
　　粉粒體過(guò)程處理，是指生產(chǎn)中工藝物料是粉粒狀及其混合物的、且以物理變化為主的諸多單元操作，包括造粒、粉碎、分級、除塵、過(guò)濾、沉淀、離心分離、干燥、結晶、混合、輸送、給料、包裝等操作過(guò)程。其裝置稱(chēng)為過(guò)程處理裝置。因主要用于反應合成后的生產(chǎn)流程，故亦稱(chēng)為后處理或后處理技術(shù)。
　　粉體造粒技術(shù)作為粉粒體過(guò)程處理的一個(gè)最主要分支，隨著(zhù)環(huán)保需求和生產(chǎn)過(guò)程自動(dòng)化程度的提高，其重要性日益彰顯?！胺蹱町a(chǎn)品粒狀化”已成為世界粉體后處理技術(shù)的必然趨勢。對粉狀產(chǎn)品進(jìn)行造粒的深度加工，其意義主要體現在三大方面：一是降低粉塵污染，改善勞動(dòng)操作條件（包括生產(chǎn)過(guò)程和使用過(guò)程）；二是滿(mǎn)足生產(chǎn)工藝需求，如提高孔隙率和比表面積、改善熱傳遞等；三是改善產(chǎn)品的物理性能（如流動(dòng)性、透氣性、堆比重、一致性等），避免后續操作過(guò)程（干燥、篩分、計量、包裝）和使用過(guò)程（計量、配料等）出現偏析、氣泡、脈動(dòng)、結塊、架橋等不良影響，為提高生產(chǎn)和使用過(guò)程的自動(dòng)化、密閉操作創(chuàng )造了條件。
　　粉體造粒技術(shù)從廣義上可分為兩大類(lèi)，一類(lèi)是成型加工法，主要是將粉狀物料通過(guò)特定的設備和方法，處理為滿(mǎn)足特定形狀、成分、密度等的團塊狀物料；另一類(lèi)是粒徑增大法，主要是把細粉末團聚成較粗的顆粒。限于篇幅，本文以粉體成型加工法為中心，論述我國粉體造粒技術(shù)的現狀和今后的動(dòng)向。
　　一． 粉體造粒技術(shù)的現狀
　　粉體技術(shù)及其裝備作為一門(mén)專(zhuān)門(mén)的學(xué)科和獨立技術(shù)出現，在國外可追溯到二十世紀四十年代，在我國則從八十年代中期由化工部化工機械研究院粉體工程研究所最早進(jìn)行專(zhuān)門(mén)系統研究[1]。經(jīng)過(guò)多年的努力，目前，我國粉體造粒技術(shù)已有相當的水平，其設備的規模也有較大發(fā)展，已能基本滿(mǎn)足粉粒體顆?；囊?。按照實(shí)現小顆粒團聚的基本原理，可以把現有的粉體處理技術(shù)分為攪拌法、壓力成型法，噴霧和分散彌霧法、熱熔融成型法等四類(lèi)[2]。
　　1． 攪拌法
　　攪拌法造粒是將某種液體或粘結劑滲入固態(tài)細粉末并適當地攪拌，使液體和固態(tài)細粉末相互密切接觸，產(chǎn)生粘結力而形成團粒。最常用的攪拌方法是通過(guò)圓盤(pán)、錐形或筒形轉鼓回轉時(shí)的翻動(dòng)、滾動(dòng)以及簾式垂落運動(dòng)來(lái)完成的。根據成型方式又可分為滾動(dòng)團粒、混合團粒及粉末成團三類(lèi)。典型的設備有造粒鼓、斜盤(pán)造粒機、錐鼓造粒機、盤(pán)式造粒機、滾筒造粒機、捏合機、鼓式混料機、粉末摻合機（錘式、立軸式、帶式）、落幕團粒機（鼓式、振動(dòng)給料器、連續流動(dòng)噴射混合系統）等。其優(yōu)點(diǎn)是成型設備結構簡(jiǎn)單、單機產(chǎn)量大、所形成的顆粒易快速溶解、濕透性強，缺點(diǎn)是顆粒均勻性不好，所形成的顆粒強度較低。目前這類(lèi)設備單機處理能力最大可達500t/h，顆粒直徑最大可到600mm[2]，多適用于選礦業(yè)、化肥、精細化工、助劑、食品等行業(yè)。圖1為YQ型圓球狀攪齒造粒機工作原理圖。
　　圖1 YQ型圓球狀攪齒造粒機工作原理圖
　　2． 壓力成型法
　　壓力成型法是將要造粒的粉體物料限定在特定的空間中，通過(guò)施加外力而壓緊為密實(shí)狀態(tài)。壓力成型的成功與否，一方面取決于施加外力的有效利用和傳遞，另一方面也取決于顆粒物料的物理性質(zhì)。
　　根據所施加外力的物理系統不同，壓力成型法又可分為兩大類(lèi)，即模壓法和擠壓法。典型的模壓法設備有重型壓塊機、臺式壓榨機、混凝土塊壓制機、壓磚機、重型制片機等。其優(yōu)點(diǎn)是可制造較大的團塊，所制成的物料也有相當的機械強度，缺點(diǎn)是設備的適用范圍較小，對有的物料不易脫模。這類(lèi)設備多用于建筑、制藥等行業(yè)。
　　擠壓法是目前我國粉體工業(yè)中壓力成型法造粒的主要方法，擠壓法造粒設備根據工作原理和結構可分為真空壓桿造粒機、單（雙）螺桿擠壓造粒機、模型沖壓機、柱塞擠壓機、輥筒擠壓機、對輥齒輪造粒機等。這類(lèi)設備可廣泛適用于石油化工、有機化工、精細化工、醫藥、食品、助劑、染料、農藥、飼料、肥料、催化劑等行業(yè)。具有適應能力強、產(chǎn)量大、造粒品粒度均勻、顆粒強度好、成粒率高等優(yōu)點(diǎn)。以SE系列螺桿造粒機為例，該系列按機內螺桿數量可分為單螺桿和雙螺桿兩類(lèi)；按出料形式可分為前擠出和側擠出。螺桿直徑最大為240mm，成品顆粒直徑可在0.8mm-15mm內選擇，顆粒強度最高可達160N，單機處理能力最大可達2t/h以上。圖2為SE系列單螺桿擠出造粒機示意圖。
　　進(jìn)料口
　　變螺距螺桿
　　出料口
　　圖2 SE系列單螺桿擠出造粒機示意圖。
　　在SE系列單螺桿造粒機的基礎上研制成功的DLJ系列解碎造粒機可很好地解決膠狀體物料的破碎問(wèn)題，可廣泛適用于高分子量聚丙烯酰胺、聚丙烯酸鈉等膠狀體物料的解碎造粒，拓寬了擠壓法造粒的應用范圍。
　　對于要求特殊形狀顆粒（如環(huán)狀、三葉草形、多孔狀等）的物料（如催化劑載體）造粒，一般采用柱塞擠出機來(lái)實(shí)現。這類(lèi)設備多采用液壓傳動(dòng)，根據活塞原理進(jìn)行擠條造粒。液壓系統所產(chǎn)生的壓力，推動(dòng)活塞將布料筒中的物料從特殊設計的模頭強行擠出，即可制得強度更高，表面更光滑的料條。目前對柱塞擠出機的研究已趨完善，柱塞直徑在50-250mm范圍，顆粒直徑在2-20mm范圍內可選，機頭壓力超過(guò)100t,可實(shí)現的顆粒形狀超過(guò)二十種。
　　3． 噴霧和分散彌霧法
　　噴霧和分散彌霧法是在特定的設備中使處于高度分散狀態(tài)的液相或半液相物料直接成為固體顆粒。這種造粒設備有噴霧干燥塔、噴霧干燥器、造粒塔、噴動(dòng)床和流化床干燥器以及氣流輸送干燥器等。在噴霧時(shí),液態(tài)進(jìn)料(液體、膠質(zhì)液、膏狀物、乳化液、泥漿液或熔融物)彌散在氣體(一般為空氣)中通過(guò)熱量傳遞或質(zhì)量傳遞（或者兩個(gè)傳遞過(guò)程同時(shí)進(jìn)行）而生成固體顆粒。有關(guān)顆粒生成的機理包括液態(tài)進(jìn)料形成小滴而硬化成固體顆粒、液料沉敷在已有的粒核表面而形成固體顆粒、許多小粒子在噴入的粘結劑作用下粘聚在一起而形成團粒等。
　　這種噴霧和分散彌霧造粒法的共同的特性為：
　　a. 液態(tài)進(jìn)料必須是可用泵輸送的和可彌散的；
　　b. 造粒過(guò)程通常應為連續的、自動(dòng)化的以及大規模的操作；
　　c. 造粒系統必須設計成能回收或循環(huán)使用料末，以解決物料的磨損消耗和粉末夾帶現象；
　　d. 產(chǎn)品粒度一般限制在5mm以下。
　　這類(lèi)設備的優(yōu)點(diǎn)在于物料的造粒過(guò)程和干燥過(guò)程同時(shí)進(jìn)行，可廣泛應用于各種行業(yè)的物料造粒，如制藥、食品、化工、礦業(yè)以及陶瓷工業(yè)等。其缺點(diǎn)是顆粒強度較低，粒度較小。
　　目前這類(lèi)設備可制備的顆粒直徑可小到50-500μm[2],甚至更小。產(chǎn)量最大可超過(guò)30t/h(如尿素造粒塔等)。
　　4.熱熔融成型法
　　熱熔融成型法是利用產(chǎn)品的低熔點(diǎn)特性（一般低于300℃），將熔融的物料，通過(guò)特殊的冷凝方式，使其冷凝結晶成所要求的片狀、條狀、塊狀、半球狀等形狀。根據成型設備的工作原理，主要可分為轉鼓結片機和回轉冷帶落模成型裝置。
　　轉鼓結片是一個(gè)冷卻結晶過(guò)程，料盤(pán)中熔融料液與冷卻的轉鼓接觸，在轉鼓表面形成料膜，通過(guò)料膜與鼓壁間的熱交換，使料膜冷卻、結晶，結晶的料膜被刮刀刮下，成為片狀產(chǎn)品。
　　轉鼓結片機具有設備緊湊，轉鼓精度高，冷卻效果好，適用范圍廣，既可結片又可干燥等優(yōu)點(diǎn)?？蓮V泛應用于石油樹(shù)脂、聚乙烯低聚物等高分子類(lèi)產(chǎn)品以及苯酐、順酐、高級脂肪醇等有機化工產(chǎn)品。轉鼓結片機在我國粉體工業(yè)中的應用已較普遍,技術(shù)也較成熟。以DZ型轉鼓結片干燥機為例，轉鼓最大規格2300×3000(mm),單機生產(chǎn)能力最大超過(guò)4000kg/h,制片厚度在0.5-3mm之間。
　　回轉冷帶落模成型裝置是利用產(chǎn)品的低熔點(diǎn)特性,將熔融的物料,根據其粘度范圍,通過(guò)特殊的布料裝置,將熔融液均布在勻速移動(dòng)的鋼帶上。依物性和使用要求，可選擇連續滴落、連續出條和全寬度溢流等布料方式，以形成半球狀、條狀和薄片狀產(chǎn)品。在移動(dòng)的鋼帶下設有噴淋冷卻裝置，使均布在鋼帶上面的物料邊移動(dòng)邊冷卻、固化，從而定型。
　　圖3是回轉冷帶落模成型裝置示意圖
　　回轉冷帶落模成型裝置的性能特點(diǎn)：
　?。?） 采用薄鋼帶傳熱和霧化噴淋冷卻，傳熱效果好，冷卻效率高，物料固化成形快；
　?。?） 物料適用范圍廣，可實(shí)現的物料形狀多，半球狀、條狀、塊狀、薄片狀產(chǎn)品等均可實(shí)現；
　?。?） 采用布料器與鋼帶雙調速驅動(dòng)裝置，可根據生產(chǎn)能力及物性參數調節，易實(shí)現自動(dòng)控制；
　?。?） 整個(gè)生產(chǎn)過(guò)程無(wú)污染，產(chǎn)品純度高，無(wú)雜質(zhì)帶入，易實(shí)現連續化作業(yè)；
　?。?） 由于鋼帶在卸料端的換向彎曲，使固化料層與鋼帶的貼合面分離，因此卸料時(shí)粉化少，卸料容易，顆粒形狀易于保持。
　　我國對回轉冷帶落模成型裝置的研究始于二十世紀八十年代中期，化工部化工機械研究院粉體工程研究所在吸收SANDVIK公司Rotoform系統先進(jìn)技術(shù)的基礎上，自主開(kāi)發(fā)了內旋布料系統，打破了國外公司專(zhuān)利保護和技術(shù)壟斷，實(shí)現了回轉冷帶落模成型裝置的國產(chǎn)化。目前，國內從事回轉冷帶落模成型裝置設計、研究、制造的單位有四、五家，多由該所衍生發(fā)展。設備已采用模塊化積木式設計，形成了鋼帶寬度從0.5m-1.6m,設備長(cháng)度從2m-20m五個(gè)系列的產(chǎn)品?？商幚淼奈锪辖?、七十種，單機產(chǎn)量超過(guò)6t/h,可生產(chǎn)直徑1.5mm-6mm的顆粒產(chǎn)品和0.4mm-5mm厚度的片狀及其它形狀產(chǎn)品。這一技術(shù)已工業(yè)化推廣應用100余臺套，取得了多項發(fā)明專(zhuān)利，技術(shù)水平已接近國際先進(jìn)水平。
　　二． 粉體造粒技術(shù)的展望
　　隨著(zhù)全球技術(shù)、經(jīng)濟競爭的日益加劇及我國加入WTO的臨近, 人們對有效利用資源、提高產(chǎn)品質(zhì)量和加強環(huán)境保護等的意識進(jìn)一步加強，對粉體造粒技術(shù)要求也越來(lái)越高；另一方面，隨著(zhù)高新技術(shù)與傳統粉體工業(yè)的融合，特別是計算機輔助設計/制造技術(shù)（CAD/CAM）在粉體造粒設備設計、制造中的運用,計算機DCS控制系統在粉體造粒設備操作運行中的運用，以及一些新材料（如鈉米材料）、新工藝等的采用都為粉體造粒技術(shù)的發(fā)展提供了良好的契機。目前我國粉體造粒技術(shù)發(fā)展的趨勢是向設備大型化，結構緊湊化，加工工藝高技術(shù)化，功能多樣化，效率高效化，控制系統自動(dòng)化方向發(fā)展。
　　1． 設備大型化
　　隨著(zhù)科學(xué)技術(shù)的進(jìn)步和技術(shù)的發(fā)展，生產(chǎn)裝置大型化的優(yōu)點(diǎn)越來(lái)越明顯，同時(shí)，CAD/CAM技術(shù)和精確應力分析技術(shù)的應用促進(jìn)了機械結構設計和加工制造技術(shù)的發(fā)展，為粉體造粒設備的大型化提供了堅實(shí)的技術(shù)保障。目前，粉體造粒設備向著(zhù)大型化方向發(fā)展,超大型的螺桿擠出機單機處理能力可達25～30t/h[3]。以SE系列螺桿造粒機為例，現有的設備螺桿直徑最大為240mm，單機處理能力超過(guò)2t/h。螺桿直徑為380mm，單機處理能力超過(guò)4t/h的超大型螺桿造粒機正在研制中；又如回轉冷帶落模成型裝置，研制中的冷凝鋼帶寬度超過(guò)1.5m,設備長(cháng)度超過(guò)20m,單機處理能力超過(guò)6t/h。
　　2． 結構緊湊化
　　粉體造粒設備的另一個(gè)發(fā)展趨勢是結構緊湊化。設備的結構設計更合理，更緊湊，更符合人體工學(xué)原理，從而降低了制造成本，減少了占地面積，提高了勞動(dòng)效率。以SE系列螺桿造粒機為例，采用電機直聯(lián)取代了傳統的皮帶傳動(dòng)，使設備更緊湊，傳遞扭矩更大；采用變螺距設計，將物料輸送段、捏合和擠出段設計在一根軸上，使輸送、捏合、造粒一次完成。這些設計理念都代表著(zhù)粉體造粒設備的發(fā)展方向。
　　3． 加工工藝高技術(shù)化
　　隨著(zhù)粉體造粒設備應用領(lǐng)域的拓展，傳統的機械加工手段已不能滿(mǎn)足粉體設計技術(shù)的需要。未來(lái)粉體設備的加工工藝將向著(zhù)高技術(shù)化方向發(fā)展。如采用計算機輔助設計/制造（CAD/CAM）技術(shù)進(jìn)行螺桿螺紋型線(xiàn)的設計、加工，采用專(zhuān)用深孔加工設備加工冷帶落模機布料器細長(cháng)孔，采用五坐標數控床實(shí)現空間扭曲葉片型線(xiàn)加工，采用激光、電火花加工微小孔徑模板，采用鈉米技術(shù)（鈉米涂料）處理擠出螺桿、回轉鋼帶以解決物料抱桿、產(chǎn)品脫模等。
　　4． 功能多樣化
　　粉體后處理工程是一個(gè)包括多學(xué)科、多門(mén)類(lèi)的諸多單元操作的系統工程，要求粉體造粒設備的選用最好能減少中間工序，以節約投資；同時(shí)，產(chǎn)品的市場(chǎng)化需求也要求生產(chǎn)廠(chǎng)家能提供多種形式的產(chǎn)品。這就要求粉體造粒設備功能的多樣化。以QDL系列催化劑專(zhuān)用擠條切粒機為例，該機在普通單螺桿造粒機的基礎上，經(jīng)過(guò)特殊改進(jìn)設計，有擠條、切粒兩部分組成，可使擠條、切粒一機完成，同時(shí)，通過(guò)更換機頭模板，可得到不同粒徑、不同形狀的顆粒產(chǎn)品；又如RF型回轉帶式成型裝置，可通過(guò)更換布料器、溢流堰等部件，分別實(shí)現半球狀、薄片狀、塊狀、條狀等不同形狀的產(chǎn)品生產(chǎn)，極大地方便了用戶(hù)，真正實(shí)現了功能的多樣化。
　　5． 效率高效化
　　隨著(zhù)人們節能意識的提高，對粉體造粒設備的效率提出了更高的要求。要求這類(lèi)設備不但要滿(mǎn)足功能需求，而且還要節能、耐用，使用、保養、維修費用低，以降低產(chǎn)品成本。以DLJ240解碎造粒機為例，若采用傳統的電磁調速電機，用普通調速器調速，電機功率需45KW。若采用變頻調速電機,用變頻器調速，實(shí)際使用時(shí)可節能30%以上；再如NH系列雙軸差速式連續捏合機，由于采用特殊設計的高效捏合元件，和普通螺桿捏合機相比，操作時(shí)間縮短一半，效率提高一倍以上。這些技術(shù)的采用，都預示著(zhù)高效率已成為粉體造粒設備設計追求的一個(gè)主要目標之一。
　　6． 控制系統自動(dòng)化
　　隨著(zhù)科學(xué)技術(shù)的進(jìn)步和自控技術(shù)的發(fā)展，是否采用流水線(xiàn)作業(yè)和自動(dòng)化控制已成為衡量粉體后處理技術(shù)先進(jìn)與否的重要指標?？刂葡到y采用自動(dòng)化控制，不但可保證生產(chǎn)工序的流水作業(yè)，減輕操作人員勞動(dòng)強度，更重要的是可保證生產(chǎn)過(guò)程的精確化和實(shí)時(shí)反饋，提高產(chǎn)品質(zhì)量，降低設備故障率。以RF型回轉帶式成型裝置為例，若采用計算機DCS集散控制系統，不但可實(shí)現加料、造粒、輸送、包裝等流程的自動(dòng)化操作，而且可通過(guò)各種溫度、壓力、流量、速度等傳感器，實(shí)時(shí)監控系統狀態(tài)，當系統狀態(tài)和工藝參數發(fā)生變化時(shí)，及時(shí)反饋變化情況，發(fā)出報警信號，并根據予設狀態(tài)調整參數，自動(dòng)調整系統狀態(tài)，保證設備的正常運行?？梢灶A見(jiàn)，控制系統的自動(dòng)化必將極大地提高我國粉體造粒設備的技術(shù)水平，成為粉體造粒設備發(fā)展的必然方向。
　　三．建議
　　1． 由于造粒的過(guò)程本身就是一個(gè)復雜的物理變化過(guò)程，涉及到多個(gè)專(zhuān)業(yè)的協(xié)作，我國粉體造粒技術(shù)的發(fā)展除向本文所述六個(gè)方向發(fā)展外，還應該注重將設備的發(fā)展和工藝的研究結合起來(lái)，促使多個(gè)專(zhuān)業(yè)的交叉和融合。
　　2． 粉體造粒作為一個(gè)新興的行業(yè)，正越來(lái)越受到人們的重視，其技術(shù)和造粒設備的發(fā)展日新月異，應用范圍也越來(lái)越廣，其范圍已超越了原來(lái)的粉體技術(shù)的定義[4]，應將其從粉體技術(shù)的范疇中分離，歸入成型（造粒）技術(shù)的范疇。
　　*李建平，男，1966年6月生，高級工程師，碩士生導師。
　　參 考 文 獻
　　1．粉體工程研究所.粉粒體技術(shù)及裝備.化工部化工機械研究院.1990
　　2．（加）C.E.CAPES著(zhù).造粒技術(shù).化學(xué)工業(yè)出版社.1992
　　3.盧壽慈.粉體加工技術(shù).中國輕工業(yè)出版社.1999
　　4. (日)坂下攝等著(zhù),李克永等譯.實(shí)用粉體技術(shù).中國建筑工業(yè)出版社.1983
　　Present Situation and Progress in Powder Granulation Technology
　　Li Jianping Li Chengzheng Wang Tianyong Tian Xian Yu Ailan
　　Abstract The paper summarized present methods and equipments of Powder granulation technology and made a forecast for its progress.
　　Key Word Powder Granulation technology Present Situation Progress
　　http://info.plas.hc360.com/2008/06/17144835405.shtml

【本文抄錄自網(wǎng)絡(luò )，謹向原作者表示感謝】