農(nóng)藥造粒設(shè)備和生產(chǎn)工藝淺析

萬義忠，邢海萍

（廣州甘蔗糖業(yè)研究所 廣東省甘蔗改良與生物煉制重點實驗室，廣州 510316）

0 前言

農(nóng)作物在生長過程中的不同階段，不可避免地受到自然環(huán)境中病、蟲、草的為害或受不適宜環(huán)境條件（非生物因素）的影響，致使作物生產(chǎn)受到較大的損失，因而受到越來越普遍的關(guān)注。我國對農(nóng)作物病蟲草害的防治始終貫徹“預(yù)防為主，綜合防治”的方針，采取選育抗性品種、選用健康種苗，綜合生物防治、化學(xué)防治、物理防治、農(nóng)業(yè)防治、利用昆蟲性信息素迷向防治和害蟲預(yù)測預(yù)報等方法，使病蟲害的為害受到最大限度的控制。

作物病害對農(nóng)業(yè)生產(chǎn)造成很大的威脅，但因其各種病癥是因病原物入侵作物組織內(nèi)部，使其首先在組織上、形態(tài)上和生理上發(fā)生病理變化才表現(xiàn)出來，而大多數(shù)殺菌劑無法進入作物組織內(nèi)部發(fā)揮作用，因而，其防治方法以加強引種檢疫、選育和利用抗病品種、選種健康種苗、對種子進行消毒和實行農(nóng)業(yè)防治等為主。

而作物害蟲因其種類繁多，世代重疊，分布廣泛，對農(nóng)業(yè)生產(chǎn)的為害程度亦不可小覷，較之作物病害有過之而無不及。近年來，由于受氣候等多種因素影響，農(nóng)作物重大蟲害的發(fā)生呈上升態(tài)勢，成為影響作物產(chǎn)量和品質(zhì)質(zhì)量最重要的因素，已引起廣泛的高度重視。盡管防治作物害蟲的方法很多，但目前施用低毒高效的化學(xué)農(nóng)藥仍不失為一種行之有效的措施。

目前，生產(chǎn)中常用的農(nóng)藥劑型分為粉劑、可濕性粉劑、乳油、懸浮劑和顆粒劑等。其中，顆粒劑農(nóng)藥因其具有:①施藥時方向性強，使藥劑能充分到達靶標(biāo)生物而對天敵等有益生物安全；②藥粒不易附著于植物的莖葉上，可避免直接接觸產(chǎn)生藥害；③施藥時無粉塵飛揚，可減少操作人員身體附著或吸入藥量，有效避免中毒事故；④使高毒農(nóng)藥低毒化，避免人畜中毒；⑤可控制粒劑中有效成分的釋放速度，延長持效期；⑥使用方便，效率高等其他劑型農(nóng)藥無法比擬的特點而成為較為常用的農(nóng)藥劑型，得到普遍的推廣應(yīng)用。

1 問題的提出

在原油和粉劑農(nóng)藥加工成顆粒劑的過程中，首先須有承載農(nóng)藥顆粒的載體。一般生產(chǎn)中使用的載體大約分為兩種:自然砂粒、為人造顆粒。前者因為是自然生成，加工成本較低，只需將采集到的砂粒篩分成所需粒徑的砂粒便可利用。然而，因為是自然生成的，所以，隨著挖掘、采集的不斷進行，自然界中的存有量會越來越少，最終將不能滿足農(nóng)藥顆粒劑生產(chǎn)所需的量，影響農(nóng)藥顆粒劑的產(chǎn)量。為此，研究者不得不尋求成本低且效果最佳的人工造粒方法。

2 造粒材料

人工造粒的生產(chǎn)工藝并不復(fù)雜，但是，對作為農(nóng)藥的載體卻有一定的要求。造粒的材料其化學(xué)特性和物理特性對農(nóng)藥的原藥均將造成影響。

2.1 化學(xué)特性

主要指造粒材料的pH值對農(nóng)藥帶來的影響。農(nóng)藥大部分偏酸性，如果遇到堿性材料造粒出來的顆粒就會發(fā)生酸堿中和化學(xué)反應(yīng)，降低甚至失去農(nóng)藥的藥性，達不到殺滅害蟲的目的。所以，所選的造粒材料一定要適合被載農(nóng)藥的化學(xué)特性的要求，即兩者的pH值相近或等同。

2.2 物理特性

影響的因素比較多，如造粒出來的顆粒的內(nèi)吸性、吸潮性、水溶性、材料的粘性、濕水性、密度等特性，都會對造粒和農(nóng)藥顆粒劑的生產(chǎn)、使用帶來極大的影響。所以，必須對化學(xué)特性適用的造粒材料在物理特性上進行比對，篩選出比較適用的材料。所謂適用是指容易造粒，干燥后做顆粒劑農(nóng)藥時不易松散，并且內(nèi)吸性合適，使加工的顆粒劑農(nóng)藥的均勻性有保證，這需要做大量的材料試驗。

3 造粒設(shè)備

我國造粒設(shè)備主要有以下幾種:圓盤造粒機、轉(zhuǎn)鼓造粒機、對輥擠壓造粒機、平模擠壓造粒機、環(huán)模擠壓造粒機、螺桿擠壓造粒機和高塔造粒機。造粒是粉粒體過程處理中的一環(huán)，粉粒體是指生產(chǎn)中工藝物料為粉粒體或其混合物，且以物理變化為主的多種作業(yè)的操作，其裝置稱為過程處理裝置。

粉體造粒技術(shù)是粉粒體過程處理的主要分支。隨著環(huán)保需求和生產(chǎn)過程自動化程度的提高，粉狀產(chǎn)品粒狀化已成為世界粉體后處理技術(shù)的必然趨勢。

我國粉體造粒技術(shù)及裝備研究始于20世紀80年代中期，經(jīng)過多年努力，目前我國粉體造粒技術(shù)已具有一定水平，設(shè)備規(guī)?；究蓾M足粉粒體顆粒化要求?，F(xiàn)有粉粒體處理技術(shù)可分為四類:①攪拌法；②壓力成型法；③噴霧和分散彌霧法；④熱熔融成型法。但作為復(fù)合肥和農(nóng)藥顆粒劑而言，大致分為兩類:①利用重力滾動自然造粒；②利用壓力硬性擠壓成型。

其中第一類處理技術(shù)生產(chǎn)產(chǎn)量高，消耗動力能源小，但對多種材料混成的顆粒，無法保證產(chǎn)品顆粒中各種材料的均勻性，特別是在pH中和時，無法保證每一粒都是pH中和后的顆粒，會形成有的顆粒呈堿性，而有的顆粒則呈酸性。

第二類生產(chǎn)設(shè)備對多種材料混成，在造粒前進行充分攪拌均勻后，基本能保證各種材料比例的配比，但能耗大，產(chǎn)量低，設(shè)備故障多。

3.1 圓盤造粒機

圖1 圓盤造粒機

該系列產(chǎn)品的工作原理是:主電機通過皮帶帶動減速機，由其輸出軸上的齒輪轉(zhuǎn)動固定在圓盤上的大齒輪，使圓盤勻速旋轉(zhuǎn)運動，工藝物料進入旋轉(zhuǎn)的圓盤后，隨圓盤旋轉(zhuǎn)而帶上落下，在噴霧裝置不斷噴霧下，使工藝物料顯濕粘結(jié)，圓球越大，越不易帶上，而漫出圓盤，細小物料繼續(xù)被帶上噴濕，落下翻滾粘結(jié)，如此循環(huán)往復(fù)，直至停機。圓球顆粒的大小，由圓盤傾角來決定。傾角越大，顆粒越小，調(diào)整圓盤傾角有手工和電機兩種，調(diào)整好傾角后，將圓盤支座與固定底座固定好，配好混勻的物料在進入圓盤后，隨圓盤旋轉(zhuǎn)帶上落下時，實際是一個簸揚分離的過程，根據(jù)物料的粗細、比重不同而被重新分離，根據(jù)物料的親和力和粘結(jié)性而使得顆粒不可能按事先調(diào)好的比例而結(jié)球。

3.2 轉(zhuǎn)鼓造粒機

轉(zhuǎn)鼓造粒機主要由轉(zhuǎn)鼓、前大托輪、后大托輪、大齒輪、減速器、電機等組成。轉(zhuǎn)鼓是一個長圓柱筒，內(nèi)分兩到三個區(qū)間，第一區(qū)間為造粒區(qū)，第二區(qū)間為整形除粉刺區(qū)，第三區(qū)間為拋光區(qū)。有些只分兩個區(qū)，即造粒區(qū)和拋光區(qū)，各區(qū)由環(huán)形擋圈分開。

圖2 轉(zhuǎn)鼓造粒機

工作時，工藝物料及返料由進料口加入后，旋轉(zhuǎn)的筒體帶動物料層向上轉(zhuǎn)動，至一定高度時，在重力和慣性力的作用下，物料沿鼓壁下滑，滾落。筒體內(nèi)部通入蒸汽或噴灑水霧在滾動的料層上，使物料團聚成粒，造粒時要保持一定的返料率。物料在造粒區(qū)成粒，然后越過環(huán)形擋料圈進入整形區(qū)整形除粉刺，之后越過第二級環(huán)形擋料圈進入拋光區(qū)。在拋光區(qū)，粒子經(jīng)過陳化、拋光后，從轉(zhuǎn)鼓出料口落到皮帶傳送帶上，送至干燥機。造粒區(qū)長度越長，造粒越充分。一般根據(jù)材料造粒的難易程度而加長或縮短造粒區(qū)，難造的應(yīng)長，易造的益短。

3.3 高塔造粒機組

高塔造粒機組是一種可以同時完成干燥和造粒的裝置，機組主要由空氣過濾器、蒸汽加熱器或電加熱器、熱風(fēng)分配器、料液高壓泵、造粒塔、旋風(fēng)分離器、除塵器等組成。

工作時，將配好的料液通過料液隔膜泵高壓輸入，由噴孔噴出霧狀液滴，然后同熱空氣并流下降。料液經(jīng)霧化后表面積迅速膨化增大，在下降過程中，碰撞、合并、長大、成粒。在熱風(fēng)氣流中，水分瞬間便可蒸發(fā)，在空中完成干燥、膨化。顆粒為球形，其速溶性強。

3.4 擠壓造粒設(shè)備

3.4.1 對輥擠壓造粒機

主要由電機、減速器、聯(lián)軸器、對輥、碎粒輥、旋振篩組成。工作時，將配好并具有適宜濕度的物料從對輥擠壓造粒機的頂端灌入，其槽內(nèi)有一個豎直的螺旋桿，通過螺旋桿的旋轉(zhuǎn)，物料被強行送到底部的雙輥之間進行擠壓，雙輥表面為所造粒的模型，相對旋轉(zhuǎn)，使輸入的物料被壓成顆粒形的條狀帶，條狀帶通過碎粒輥時，被輥上的刀排破碎，由旋振篩分離，合格顆粒通過被送到外部，而篩出的粉狀物被送回原料倉進行二次輥壓。擠壓力的大小可根據(jù)造粒機需要，由液壓系統(tǒng)進行控制。其工作主要分為兩步:第一步擠壓，干物料和微濕物料在壓力作用下團聚，成致密堅硬的顆粒帶，稱為擠壓過程；第二步造粒顆粒帶再被破碎篩分后成為顆粒料，稱為造粒過程。擠壓的作用一是將顆粒間的空氣排擠掉，二是使粉與粉之間距離達到足夠近，以產(chǎn)生分子之間的吸引力，擠壓造粒的顆粒主要是靠分子之間的作用力形成的顆粒強度。

圖3 對輥擠壓造粒機

3.4.2 其它擠壓造粒設(shè)備

平模擠壓造粒、環(huán)模擠壓造粒、螺桿擠壓造粒等設(shè)備雖構(gòu)造不同，但原理相同，都是利用壓力將工藝物料從模板孔洞中擠出成圓柱形的粒條，再用刮刀切斷成一粒一粒的圓柱形顆粒。若要加工成球形顆粒，還需一道工序——整形，即利用整形設(shè)備將圓柱形顆粒整形成球形。

4 設(shè)備選型分析

以上簡要介紹了農(nóng)藥和肥料造粒中的幾種主要造粒設(shè)備，對于選什么形式的造粒設(shè)備，須根據(jù)具體工藝和材料、不同的工藝要求和造粒材料的要求而定。各種設(shè)備有各自的優(yōu)劣性，下面就具體幾種工藝進行設(shè)備選型的分析。

1）將農(nóng)藥與造粒材料相混合，配好比例、攪拌均勻后一起造粒，這種工藝的優(yōu)點是一次造粒便可完成產(chǎn)品，避免了造粒后再加藥帶來的重復(fù)攪拌，而使顆粒散化的問題。

針對這種工藝，圓盤造粒機、轉(zhuǎn)鼓造粒機等都不適應(yīng)。理由是，配好并攪拌均勻的工藝物料，會在揚起、落下的造粒過程中，將物料重新分離，造出的顆粒無法保證農(nóng)藥的均勻性和含藥量。

高塔造粒的優(yōu)點是產(chǎn)出量大，產(chǎn)品的速溶性與農(nóng)藥要求的速效性非常吻合，但是，對農(nóng)藥和載體材料要求較高，必須具有一定的流動性和可噴霧性，且在干燥過程中，農(nóng)藥對溫度的要求有一定承受性。

對輥擠壓造粒和其它幾種擠壓造粒設(shè)備都比較適應(yīng)。這一類設(shè)備都能保證預(yù)先攪拌均勻后的工藝物料不會發(fā)生變化，但這類設(shè)備產(chǎn)量相對較低，能耗較大，速溶性不及高塔造粒。

2）先造粒，后包藥。這種工藝與現(xiàn)存生產(chǎn)工藝一樣，惟一不同的是將砂粒改為人工造的粒。這種工藝所用的顆粒又分為兩種情況:

①單一材料或幾種化學(xué)性質(zhì)即pH值相近且同農(nóng)藥pH值近似或相同，對農(nóng)藥沒有影響的材料。對于這類材料，圓盤造粒機和轉(zhuǎn)鼓造粒機都比較適用，而圓盤造粒優(yōu)于轉(zhuǎn)鼓造粒，因其產(chǎn)出率較高；高塔造粒不大適用，因為其對材料要求高，且造出的顆粒太疏松不可二次加工；對輥擠壓造粒機和其它幾種擠壓造粒機都適用，但缺點是產(chǎn)量低，能耗大。

②兩種或兩種以上的不同化學(xué)性質(zhì)即pH值不同的工藝物料，為了完成中和反應(yīng)，適應(yīng)農(nóng)藥的pH值，避免農(nóng)藥的降解而配備的材料。對這類材料的造粒，圓盤造粒機、轉(zhuǎn)鼓造粒機、高塔造粒機都不適用，因為無法保證材料中復(fù)配的均勻性，造出的粒難以達到所要求的pH值；對輥擠壓造粒機和其它幾種擠壓造粒機都比較適用，缺點是產(chǎn)量低，能耗大。

5 結(jié)語

綜合以上分析，對于第一種工藝（將農(nóng)藥與造粒材料相混合，配好比例、攪拌均勻后一起造粒），最好是利用粉碎后的蔗渣為載體，利用高塔造粒，產(chǎn)量高，顆粒小，速溶快；其次是擠壓成型設(shè)備，不適用的是圓盤造粒和轉(zhuǎn)鼓造粒。

對于第二種工藝（先造粒，后包藥）的第一類形式，最好選用圓盤造粒，產(chǎn)出量高，顆粒結(jié)實，比較適用于再加工；其次是轉(zhuǎn)鼓造粒。它只比圓盤造粒機成粒率稍低，其它都優(yōu)于圓盤造粒機，特別是便于儀表自動控制；再次是擠壓成型設(shè)備。不適用的是高塔造粒。

對于第二種工藝的第二類形式，最好選用擠壓成型設(shè)備?？杀ＷC配比好的材料不變，其它幾種類型的設(shè)備均不可用。

為了解決農(nóng)藥廠用于造粒的砂源緊缺的問題，可利用石料廠的尾料或礦石尾料，在篩分、水磨后用作農(nóng)藥載體。這種尾/腳料來源十分廣泛，除了要選用pH值適應(yīng)農(nóng)藥pH值的材料外，設(shè)計制作用于拋光、水磨石料或礦石尾料的設(shè)備并非難事。

此外，制砂機也有成套的定型設(shè)備，可有效解決生產(chǎn)問題。新型制砂機運用先進的選擇性破碎和解理破碎原理，直接對物料施加足夠的動能，并通過沖擊將動能轉(zhuǎn)換成克服物料所需的破碎能而破碎。物料基本沿其自然的紋理面、解理面斷裂，粒形好、自身消耗低，能夠?qū)崿F(xiàn)“石打石”和“石打鐵”兩種工作原理的轉(zhuǎn)換。從而達到良好的破碎和整形的效果。