無機硅用整粒設(shè)備的研究與改進

王敬偉，紀發(fā)達(山東龍港硅業(yè)科技有限公司，山東 濰坊 261300)

0 引言

無機硅化物是指以石英砂為主要原料，通過化學合成的含硅的化合物，主要分為兩大類：一類是可溶性產(chǎn)品，包括硅酸鈉(泡花堿、水玻璃)、速溶硅酸鈉、偏硅酸鈉、層狀二硅酸鈉、硅酸鉀等；另一類是不溶性產(chǎn)品，包括白炭黑、硅膠、硅溶膠、分子篩、氣凝膠、分子篩(沸石)、聚硅化物、工業(yè)硅、硅微粉等。無機硅化物被廣泛應用于輕工、印染、造紙、機械鑄造、建材、涂料、橡膠、塑料、牙膏、農(nóng)藥、醫(yī)藥、飼料、食品、石油化工、紡織、催化劑、洗滌劑等行業(yè)，是無機鹽工業(yè)重要的行業(yè)之一。

目前，整粒機在制藥、化工、食品工業(yè)廣泛應用，在不同領(lǐng)域中使用，其使用特性不同。主要用來對半成品的物料進行整粒處理，產(chǎn)生規(guī)定大小的合格顆粒產(chǎn)品。這種整粒機的工作過程是，將造粒機中的物料轉(zhuǎn)至整粒機中[1]，經(jīng)整粒機整粒后進入冷卻機內(nèi)，現(xiàn)有的整粒機使用皮帶傳動、布袋軟管連接，機器有傳動容易磨損、密封性不好易產(chǎn)生粉塵的缺點，不符合衛(wèi)生的要求，從而影響產(chǎn)品質(zhì)量。整粒機整粒時，需要人工將造粒機中的物料轉(zhuǎn)至整粒機中，人工工作強度大、生產(chǎn)成本高、生產(chǎn)效率低。且無機硅用傳統(tǒng)整粒設(shè)備整粒后的固體顆粒在冷卻設(shè)備中急劇冷卻時，會黏結(jié)成大體積聚集塊，給篩分和粉碎工序帶來很大的負荷，造成成品收率低，質(zhì)量差等缺陷。

研究的新型整粒設(shè)備所要解決的技術(shù)問題是能夠?qū)腆w整粒處理，提高成品收率，從而消除傳統(tǒng)設(shè)備的技術(shù)缺陷。

1 新型整粒設(shè)備

設(shè)置于造粒設(shè)備與冷卻設(shè)備之間，如圖1所示，包括用以承接造粒設(shè)備導出固體物料的料槽，料槽一端具有進料口，另一端具有出料口；用于將固體物料進行打散且將固體物料輸送至出料口的攪拌裝置，攪拌裝置包括至少兩根平行并排安裝于料槽內(nèi)的螺旋攪拌槳。螺旋攪拌槳有兩根，包括轉(zhuǎn)動攪拌軸和攪拌軸表面的攪拌葉片，其中攪拌軸和攪拌葉片的內(nèi)部為空腔，可通冷卻水。

圖1 新型整粒設(shè)備結(jié)構(gòu)示意圖

兩根螺旋攪拌槳的推進方向相反，且推進方向朝出料口的螺旋攪拌槳推進速度大于另外一根螺旋攪拌槳的推進速度。推進方向相反表現(xiàn)為攪拌葉片安裝方式一致，而攪拌軸的轉(zhuǎn)動方向相反；或者攪拌軸的轉(zhuǎn)動方向一致，而攪拌葉片安裝方向相反。而推進速度則體現(xiàn)在轉(zhuǎn)速上，即推進方向朝出料口的螺旋攪拌槳轉(zhuǎn)速大于另外一根螺旋攪拌槳的轉(zhuǎn)速。

攪拌葉片為多個楔形葉片，多個楔形葉片螺旋排布于攪拌軸表面，且其中一根攪拌軸上的楔形葉片與另一根攪拌軸上的楔形葉片交錯。交錯的意義在于，使其中一根攪拌軸上的某一個楔形葉片在旋轉(zhuǎn)時處于另外一根攪拌軸上的某兩個楔形葉片之間，增加了對固體物料的剪切力，且每個楔形葉片的延伸方向與攪拌軸徑向之間的夾角為45度。

料槽為U型槽，其上的開口作為進料口，出料口設(shè)置于U型槽的底部，且U型槽的開口設(shè)置有防護架。料槽的外壁設(shè)置有冷卻水夾層，夾層設(shè)置有進水口和出水口。

造粒設(shè)備生產(chǎn)的高溫固體物料從進料口進入料槽內(nèi)，在料槽內(nèi)未經(jīng)冷卻的固體物料會在攪拌葉片的作用下被充分打散，同時冷卻水夾層對固體物料進行初步冷卻，從而使得固體物料在進入冷卻設(shè)備之前，已經(jīng)形成分散、均勻的固體顆粒，避免了之前因為冷卻過程中急劇冷卻帶來的固體物料黏連所形成的大塊。

工作原理如下：造粒設(shè)備生產(chǎn)的高溫固體物料從進料口進入料槽1內(nèi)，在料槽1內(nèi)兩根旋轉(zhuǎn)方向相反的螺旋攪拌槳5的作用下，楔葉片會發(fā)生交錯旋轉(zhuǎn)，對固體顆粒進行充分的打散，防止形成大塊，同時，推進方向朝出料口的螺旋攪拌槳5推進速度大于另外一根螺旋攪拌槳5的推進速度，固體物料最終會從出料口4輸出；由于攪拌軸6和攪拌葉片7的內(nèi)部空腔內(nèi)通有冷卻水，而且料槽1的外壁設(shè)置有冷卻水夾層9，因此固體物料可以在料槽1內(nèi)邊分散邊逐步冷卻，防止急劇降溫造成固體物料黏連成大塊。

新型整粒設(shè)備的有益效果是：(1)設(shè)有料槽，并在料槽內(nèi)設(shè)置至少兩根平行并排安裝于料槽內(nèi)的螺旋攪拌槳，螺旋攪拌槳不但可以實現(xiàn)固體物料在料槽內(nèi)輸送，同時螺旋攪拌槳可以將從造粒機導出的高溫固體物料在料槽內(nèi)進行翻轉(zhuǎn)、攪拌，利用螺旋攪拌槳對固體物料的攪拌、剪切作用以及固體物料之間的相互撞擊，防止高溫固體物料在急劇降溫時黏連形成大塊的聚集體，也就是將固體物料在進入冷卻設(shè)備、未充分冷卻之前充分打散，更易于冷卻和后續(xù)的篩分粉碎，并且產(chǎn)品收率高。(2)兩根推進方向相反的螺旋攪拌槳的安裝，由于攪拌葉片會交錯旋轉(zhuǎn)，可以對料槽內(nèi)的固體物料進行充分的剪切、攪拌，也增加了固體物料之間的撞擊力，而且利于固體物料在料槽內(nèi)滯留較長時間，從而實現(xiàn)對固體物料進行非常充分的分散，進一步提高了無機硅顆粒的產(chǎn)品質(zhì)量。(3)楔形葉片的設(shè)置，可以增強對固體物料的剪切力和撞擊力，利于固體物料的分散，而設(shè)置的45°夾角是實現(xiàn)粉碎效果和推進效果的最佳結(jié)合，此夾角下，楔形葉片能夠?qū)⑤斔统鋈サ墓腆w物料進行充分的分散，形成粒徑均勻的顆粒。(4)冷卻結(jié)構(gòu)，可使固體物料在料槽內(nèi)能夠邊分散邊初步冷卻，有效避免了傳統(tǒng)工藝中由于高溫固體物料在冷卻設(shè)備中直接急劇降溫導致黏結(jié)成大塊的問題，使得固體物料更易分散，提高了無機硅顆粒的產(chǎn)品質(zhì)量。

2 改進后的整粒設(shè)備

經(jīng)長期使用后，如圖2所示，對上述無機硅整粒設(shè)備再次進行了改進，技術(shù)改進如下：(1)攪拌部件改為傾斜設(shè)置在攪拌軸上半圓形攪拌塊，輔助攪拌部為設(shè)置在半圓形攪拌塊上多個高度不等的錐形塊。(2)攪拌部件改為傾斜設(shè)置在攪拌軸上半圓形攪拌塊。(3)錐形塊的外表面設(shè)有多個凹槽。(4)進料口距離地面的距離大于出料口距離地面的距離。

圖2 整粒設(shè)備的俯視圖

改進后的整粒設(shè)備，包括筒體1，筒體的一端設(shè)有進料口，筒體1的另一端設(shè)有出料口0，進料端距離地面的距離大于出料端距離地面的距離筒體1的外部設(shè)有冷卻結(jié)構(gòu)(設(shè)置在筒體外壁上的冷卻夾套10)，筒體1內(nèi)部設(shè)有攪拌裝置，攪拌裝置包括兩個相互平行的攪拌軸2(攪拌軸一端伸出筒體內(nèi)部，攪拌軸另一端通過軸承和軸承座固定在筒體的一端內(nèi)壁上并通過驅(qū)動部件轉(zhuǎn)動，驅(qū)動部件包括電機4，減速機5和聯(lián)軸器6，電機4和減速機5配合使用，減速機5的輸出軸通過聯(lián)軸器6與攪拌軸2連接；攪拌軸2內(nèi)部設(shè)有輔助冷卻結(jié)構(gòu)(設(shè)置在攪拌軸內(nèi)部的冷卻管21，冷卻管21上設(shè)有多個出水口；攪拌軸2通過旋轉(zhuǎn)接頭3連有供水管和出水管)，攪拌軸2上設(shè)有多個與攪拌軸2相連通的攪拌部件20，攪拌部件20為傾斜設(shè)置在攪拌軸上的多個扇形攪拌塊(或者半圓形攪拌塊)，扇形攪拌塊由四塊不銹鋼板焊接而成；攪拌部件20上與設(shè)有多個與攪拌部件20相連通的輔助攪拌部200(多個高度不等的錐形塊)。

改進后的整粒設(shè)備有益效果是：(1)攪拌部件為傾斜設(shè)置在攪拌軸上半圓形攪拌塊，輔助攪拌部為設(shè)置在半圓形攪拌塊上多個高度不等的錐形塊，冷卻管內(nèi)的水分別從出水口排出后進入扇形或半圓形攪拌塊內(nèi)部以及錐形塊內(nèi)部。攪拌部件和輔助攪拌部件協(xié)同作用對筒體的物料進行冷卻降溫，大大提高了降溫效果。(2)采用半圓形攪拌塊，可增加對物料的攪拌范圍以及換熱面積。(3)錐形塊的外表面設(shè)有多個凹槽，整粒時，隨著攪拌軸以及攪拌塊的轉(zhuǎn)動，物料會置于凹槽內(nèi)，延長了物料與錐形塊的接觸時間，更有助于對物料的冷卻。(4)進料口距離地面的距離大于出料口距離地面的距離。這一設(shè)計，便于對物料的輸送。

3 結(jié)語

通過對整粒設(shè)備進行改進及優(yōu)化，使固體物料在進入冷卻設(shè)備之前充分打散，利用螺旋攪拌槳的攪拌、剪切作用，防止高溫固體物料在急劇降溫時黏連形成大塊的聚集體，從而也提高了整粒效率，提升了產(chǎn)品收率。攪拌部件和輔助攪拌部件協(xié)同作用對固體物料進行冷卻降溫，大大提高了降溫效果，同時能夠保證物料顆粒均勻。半圓形攪拌塊，可增加對物料的攪拌范圍以及換熱面積。錐形塊的外表面凹槽的設(shè)置，延長了物料與錐形塊的接觸時間，有助于對物料的冷卻。該整粒機整體結(jié)構(gòu)簡單、整粒效率高、操作簡便，且能耗低，占地面積小，實現(xiàn)節(jié)能減排[2]，使用效果好。投資成本低，作業(yè)率高，運行維護費用低[3]，提升了產(chǎn)品成品率，提高了顆粒的均勻性，取得良好的經(jīng)濟效益和社會效益，具有推廣應用價值。