無(wú)機(jī)硅造粒裝置的研制與改進(jìn)

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

0 引言

目前，在工業(yè)生產(chǎn)中，無(wú)機(jī)硅是一種重要的材料，無(wú)機(jī)硅主要包括二氧化硅、硅酸鈉、偏硅酸鈉、原硅酸鈉等含硅無(wú)機(jī)物。無(wú)機(jī)硅化物被廣泛應(yīng)用于輕工、印染、造紙、機(jī)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(wú)機(jī)鹽工業(yè)重要的行業(yè)之一。

造粒裝置是一種將物料制造成特定形狀的機(jī)械設(shè)備，廣泛應(yīng)用于化工、醫(yī)藥、食品等領(lǐng)域。目前市場(chǎng)上的無(wú)機(jī)硅造粒裝置，在使用過(guò)程中，電機(jī)和減速機(jī)主要以皮帶傳動(dòng)，對(duì)皮帶沒(méi)有任何保護(hù)，在裸露的情況下運(yùn)轉(zhuǎn)，容易出現(xiàn)皮帶磨損和脫落的情況，使造粒裝置運(yùn)行的穩(wěn)定性不夠，且存在造粒產(chǎn)出低、顆粒成型度差、造粒速度慢、操作工序繁多等諸多問(wèn)題。

1 造粒裝置的研究及改進(jìn)

運(yùn)用濕法造粒生產(chǎn)具有污染少、高產(chǎn)、高效等優(yōu)點(diǎn)，在工業(yè)生產(chǎn)中獲得了有效應(yīng)用，并發(fā)揮了顯著的效果[1]?，F(xiàn)有的造粒裝置一般是圓盤造粒機(jī)和滾筒造粒機(jī)，結(jié)構(gòu)一般包括具有出料口和加料口的容器，容器內(nèi)設(shè)置有攪拌槳或者容器本身可以滾動(dòng)，同時(shí)容器設(shè)置有液體物料噴頭。工作時(shí)，容器內(nèi)預(yù)先放入晶種，開啟液體物料噴頭，同時(shí)開啟攪拌槳或滾動(dòng)容器本身，液體物料與晶種混溶結(jié)晶固化，而在攪拌槳或滾動(dòng)容器的攪拌、撞擊作用下，形成固態(tài)晶粒聚集體，當(dāng)晶粒在容器中的存量達(dá)到一定程度，就利用出料口將晶粒導(dǎo)出。

在上述結(jié)構(gòu)造粒裝置的基礎(chǔ)上，我們充分認(rèn)識(shí)到：非連續(xù)造粒時(shí)，容器應(yīng)該具有容納固體物料的能力，且使固體物料無(wú)法流出，以對(duì)其充分?jǐn)嚢瑁贿B續(xù)造粒時(shí)，也使固體物料在容器內(nèi)存留盡可能長(zhǎng)的時(shí)間，一般為5～60 min；攪拌槳的轉(zhuǎn)速必須高，才能將固態(tài)晶粒聚集體充分打散，形成小粒徑的顆粒。

基于以上幾點(diǎn)技術(shù)認(rèn)識(shí)，現(xiàn)階段的造粒過(guò)程過(guò)于復(fù)雜，機(jī)械龐大，占地面積大，增加了制造成本。加工物料時(shí)，物料處理的不夠徹底，不利于造粒，為人們工作人員帶來(lái)較多麻煩，在造粒過(guò)程中容易出現(xiàn)堵塞的情況，而一旦出現(xiàn)堵塞時(shí)，必須要整個(gè)設(shè)備停機(jī)疏通后才能繼續(xù)運(yùn)行，降低了生產(chǎn)的效率，浪費(fèi)了人力物力，且出料量有限、成品率較低?，F(xiàn)有的無(wú)機(jī)硅造粒裝置在結(jié)構(gòu)上很難得到進(jìn)一步的改進(jìn)，也就是說(shuō)，傳統(tǒng)造粒設(shè)備的能耗很難降低，生產(chǎn)的偏硅酸鈉類無(wú)機(jī)硅產(chǎn)品質(zhì)量也難以提高。改進(jìn)后，提高了造粒產(chǎn)品的質(zhì)量和產(chǎn)量，效果良好[2]。

1.1 新研制的無(wú)機(jī)硅造粒裝置

新研制的無(wú)機(jī)硅造粒裝置包括用以盛裝固體物料的料槽，料槽內(nèi)設(shè)有攪拌裝置，攪拌裝置安裝于料槽內(nèi)部，至少有兩根攪拌槳，攪拌軸連接有驅(qū)動(dòng)電機(jī)，料槽的開口上方設(shè)有料液噴頭，料槽的外壁設(shè)置有水冷夾層，出料邊沿連接有出料斜板，料槽安裝于支架上，且底部的一側(cè)設(shè)置有旋轉(zhuǎn)支撐。

如圖1所示，一種無(wú)機(jī)硅造粒裝置，包括料槽、攪拌裝置、和噴頭，料槽安裝于支架上，且底部的一側(cè)設(shè)置有旋轉(zhuǎn)支撐，該旋轉(zhuǎn)支撐包括絲杠、液壓桿、氣壓桿等可伸縮支撐桿，一般采用絲杠，絲杠可以伸縮，從而能夠?qū)α喜鄣膬A斜角度進(jìn)行微調(diào)；料槽為U型槽，具有盛裝固體物料的槽腔，固體物料在槽腔內(nèi)盛滿后會(huì)溢出，溢出物料的一側(cè)稱之為出料邊沿，在出料邊沿連接有出料斜板，以利于固體物料的導(dǎo)出，料槽的外部設(shè)置有水冷夾層，利于內(nèi)部物料的結(jié)晶；攪拌裝置安裝于所述料槽內(nèi)部，用來(lái)攪拌翻動(dòng)料槽內(nèi)的固體物料，攪拌裝置一般包括安裝于所述料槽內(nèi)部的兩根攪拌槳，兩根攪拌槳均具有轉(zhuǎn)動(dòng)安裝的攪拌軸和安裝于攪拌軸上的攪拌葉片，兩根攪拌軸平行并排安裝于所述料槽內(nèi)，并且都連接有動(dòng)力電機(jī)(圖中未示出)，在工作時(shí)靠近料槽出料邊沿一側(cè)的攪拌軸8的轉(zhuǎn)速高于另一側(cè)攪拌軸的轉(zhuǎn)速，且附圖中靠近料槽出料邊沿一側(cè)的攪拌軸順時(shí)針旋轉(zhuǎn)，而靠近所述料槽出料邊沿一側(cè)的攪拌軸8逆時(shí)針旋轉(zhuǎn)；噴頭設(shè)置于料槽的開口上方，用以向所述料槽內(nèi)噴射液體物料。

圖1 一種無(wú)機(jī)硅造粒裝置

與傳統(tǒng)設(shè)備的區(qū)別在于：(1)料槽設(shè)有利于內(nèi)部固體物料溢出的傾斜角度，其角度為25～35°，利于內(nèi)部固體物料傾倒的角度是指料槽的開口會(huì)朝向一側(cè)傾斜，利于料槽內(nèi)部的固體物料流出，而這個(gè)傾斜的角度則為25～35°；(2)水冷夾層內(nèi)通入冷凝水為料槽內(nèi)的物料降溫，利于液體物料結(jié)晶；(3)兩根攪拌軸的旋轉(zhuǎn)方向相反，且相對(duì)旋轉(zhuǎn)，靠近所述料槽出料邊沿一側(cè)的攪拌槳會(huì)給固體物料施加一個(gè)翻向槽內(nèi)的力，而遠(yuǎn)離所述料槽出料邊沿一側(cè)的攪拌槳會(huì)給固體物料施加一個(gè)向槽外溢出的力，兩根攪拌軸中，靠近所述料槽出料邊沿一側(cè)的攪拌軸與另一側(cè)攪拌軸的轉(zhuǎn)速比在1.3∶1～2.1∶1之間；(4)旋轉(zhuǎn)支撐包括絲杠、液壓桿、氣壓桿等可伸縮支撐桿，利于調(diào)節(jié)料槽的傾斜角度。

新研制的無(wú)機(jī)硅造粒裝置有益效果如下：

(1)在設(shè)計(jì)本造粒裝置時(shí)，也曾沿用以前的技術(shù)構(gòu)思，即：將料槽水平安裝，使料槽的側(cè)壁垂直于水平面，從而可以保證固體物料在料槽內(nèi)存留盡可能長(zhǎng)的時(shí)間，直至固體物料充滿料槽才會(huì)溢出。但是在使用料槽傾倒固體物料時(shí)意外發(fā)現(xiàn)：當(dāng)設(shè)備工作時(shí)，料槽保持一個(gè)利于內(nèi)部固體物料傾倒的角度，使之開口朝出料一側(cè)傾斜，尤其是該傾斜角度在25～35°時(shí)，具有幾點(diǎn)意料之外的效果：①固體物料在料槽內(nèi)邊翻動(dòng)邊向料槽出料邊沿轉(zhuǎn)移，從而液體物料噴射到固體物料表面時(shí)，不會(huì)出現(xiàn)固體物料與液體物料反復(fù)接觸的情況，每一個(gè)固體顆粒與液體物料接觸的概率大大提高，固體物料顆粒會(huì)非常接近圓珠狀，不容易形成大塊的固態(tài)晶粒聚 集體，提高了產(chǎn)品的質(zhì)量；②由于設(shè)置該傾斜角度，固體物料更容易溢出，液體物料結(jié)晶速率更快，生產(chǎn)連續(xù)性更強(qiáng)，效率更高；③由于固體物料存在轉(zhuǎn)移現(xiàn)象，固體物料更易溢出，尤其在遠(yuǎn)離料槽出料邊沿的一側(cè)攪拌槳阻力小，需要的功率也相應(yīng)減小，從而降低了整套設(shè)備的能耗。

(2)在料槽的外壁設(shè)置有水冷夾層，水冷夾層內(nèi)通入冷凝水為料槽內(nèi)的物料降溫，利于液體物料結(jié)晶，提高了無(wú)機(jī)硅的結(jié)晶質(zhì)量。

(3)在料槽內(nèi)部設(shè)置有兩根攪拌槳，兩根攪拌槳旋轉(zhuǎn)方向相反，且遠(yuǎn)離所述料槽出料邊沿一側(cè)的攪拌軸與另一側(cè)攪拌軸的轉(zhuǎn)速比在1∶1.3～1∶2.1之間，基于這種結(jié)構(gòu)，料槽內(nèi)的固體物料會(huì)受到旋轉(zhuǎn)方向相反的兩根攪拌槳的摩擦、撞擊，不會(huì)粘結(jié)成大塊聚集體，同時(shí)會(huì)進(jìn)行有效的翻動(dòng)并發(fā)生轉(zhuǎn)移，液體物料會(huì)均勻的噴灑到固體物料上，與之混合均勻，不易形成大塊的固態(tài)結(jié)晶體， 攪拌槳也因此不需要太高的轉(zhuǎn)速對(duì)形成的結(jié)晶體撞擊、剪切和粉碎，只起到攪拌的作用即可，遠(yuǎn)離料槽出料邊沿一側(cè)的攪拌軸轉(zhuǎn)速一般在20～40 r/min就能滿足攪拌的需求。同樣的，降低了設(shè)備的能耗，提高了產(chǎn)品的質(zhì)量。

(4)料槽安裝于支架上，且底部的一側(cè)設(shè)置有旋轉(zhuǎn)支撐，利用該旋轉(zhuǎn)支撐可以調(diào)節(jié)料槽的傾斜角度，實(shí)現(xiàn)對(duì)傾斜角度的微調(diào)。

1.2 改進(jìn)后的造粒裝置

經(jīng)長(zhǎng)期使用后，對(duì)上述無(wú)機(jī)硅造粒裝置再次進(jìn)行了改進(jìn)，技術(shù)改進(jìn)如下：

在料槽的出料口設(shè)有除鐵器，攪拌葉片上設(shè)有多個(gè)V形凸起，相鄰V形凸起之間設(shè)有多個(gè)通孔；攪拌葉輪的形狀為紡錘形，攪拌葉輪的表面設(shè)有多個(gè)錐形凸起部；料液噴頭改為螺旋噴頭，并且與料液螺旋噴頭相連通的料液管上設(shè)有溫度檢測(cè)器；在靠近出料口一側(cè)的料槽的槽體上設(shè)有溫度檢測(cè)器；料槽的形狀為U形，安裝在支架上，且料槽的底部一側(cè)設(shè)有旋轉(zhuǎn)支撐，如圖2所示。

圖2 改進(jìn)后的無(wú)機(jī)硅造粒裝置

改進(jìn)后的無(wú)機(jī)硅造粒裝置，如圖2所示，包括料槽1，料槽1內(nèi)設(shè)有攪拌裝置，料槽1的開口上方設(shè)有料液螺旋噴頭2，料槽1的槽體外部設(shè)有冷卻夾套3；攪拌裝置包括平行設(shè)置的多個(gè)轉(zhuǎn)軸4(相鄰轉(zhuǎn)軸之間通過(guò)皮帶輪傳動(dòng)連接)轉(zhuǎn)軸4沿軸向設(shè)有第一攪拌機(jī)構(gòu)和第二攪拌機(jī)構(gòu)，第一攪拌機(jī)構(gòu)包括設(shè)置在轉(zhuǎn)軸上的轉(zhuǎn)盤5，轉(zhuǎn)盤5沿周向設(shè)有多個(gè)方形、扇形或梯形攪拌葉片6(攪拌葉片與轉(zhuǎn)盤焊接連接)，攪拌葉片6上設(shè)有V形凸起，相鄰V形凸起之間設(shè)有多個(gè)通孔；第二攪拌機(jī)構(gòu)包括設(shè)置在轉(zhuǎn)軸上的攪拌框7(攪拌框和轉(zhuǎn)軸焊接連接)，攪拌框7上均勻設(shè)有多個(gè)紡錘形攪拌葉輪8(攪拌葉輪與攪拌框焊接連接)，且攪拌葉輪8的表面設(shè)有多個(gè)錐形凸起。其中料液噴頭2為料液螺旋噴頭，并且與料液螺旋噴頭相連通的料液管10上設(shè)有溫度檢測(cè)器11，并且在靠近出料口一側(cè)的料槽1的槽體上設(shè)有溫度檢測(cè)器12。

在造粒時(shí)，先將晶種預(yù)先放入料槽中，打開料液管上的電磁閥，料液管內(nèi)的料液從螺旋噴頭噴出，同時(shí)開啟電機(jī)，在電機(jī)的作用下轉(zhuǎn)軸上設(shè)有的轉(zhuǎn)盤、轉(zhuǎn)盤上設(shè)有的攪拌葉片以及攪拌框、攪拌框上設(shè)有的攪拌葉輪在轉(zhuǎn)軸的作用下周向運(yùn)動(dòng)并對(duì)料槽內(nèi)的物料進(jìn)行攪拌混合，第一攪拌機(jī)構(gòu)和第二攪拌機(jī)構(gòu)協(xié)同對(duì)料槽內(nèi)的物料進(jìn)行均勻混合，并將成團(tuán)物料進(jìn)行分散，攪拌裝置按照15～20 r/min的轉(zhuǎn)速就可以將料槽內(nèi)的物料混勻，并且料液與晶種形成的固態(tài)晶粒聚集體充分打散，形成小粒徑的顆粒。造粒過(guò)程中，通過(guò)料液管道上設(shè)有的溫度檢測(cè)器以及料槽槽體一側(cè)設(shè)有的溫度檢測(cè)器，可以隨時(shí)檢測(cè)造粒時(shí)液體物料溫度以及料槽內(nèi)的溫度。

料槽1的出料口設(shè)有梯形除鐵器9(或方形)，除鐵器9的殼體設(shè)有進(jìn)料口和出料口，殼體的內(nèi)部活動(dòng)設(shè)有與殼體形狀相適應(yīng)的由磁鐵制作的吸鐵箱，吸鐵箱的箱體頂部和底部分別設(shè)有多個(gè)鐵性異物排出孔。吸鐵箱與殼體滑動(dòng)連接，吸鐵箱9的兩側(cè)外壁上分別設(shè)有滑塊，殼體的兩側(cè)內(nèi)壁上分別設(shè)有與滑塊相適配的滑道。晶粒從出料口進(jìn)入除鐵器內(nèi)，晶粒中含有的鐵性異物吸附在吸鐵箱內(nèi)部，將吸鐵箱從殼體內(nèi)滑出，鐵性異物從鐵性異物通孔中排出。

其中料槽1的形狀為U形，料槽1安裝在支架13上，且料槽1的底部一側(cè)設(shè)有旋轉(zhuǎn)支撐14，旋轉(zhuǎn)支撐14包括可伸縮的絲桿或氣壓桿，調(diào)整料槽的角度，使晶粒排出。

采用了上述改進(jìn)后的有益效果是：

(1)攪拌裝置包括平行設(shè)置的多個(gè)轉(zhuǎn)軸，轉(zhuǎn)軸沿軸向設(shè)有第一攪拌機(jī)構(gòu)和第二攪拌機(jī)構(gòu)，第一攪拌機(jī)構(gòu)包括設(shè)置在轉(zhuǎn)軸上的轉(zhuǎn)盤，轉(zhuǎn)盤沿周向設(shè)有多個(gè)攪拌葉片；第二攪拌機(jī)構(gòu)包括設(shè)置在轉(zhuǎn)軸上的攪拌框，攪拌框上均勻設(shè)有多個(gè)攪拌葉輪。在造粒時(shí)，先將晶種預(yù)先放入料槽中，電機(jī)驅(qū)動(dòng)轉(zhuǎn)軸轉(zhuǎn)動(dòng)，轉(zhuǎn)軸上設(shè)有的轉(zhuǎn)盤、轉(zhuǎn)盤上設(shè)有的攪拌葉片以及攪拌框、攪拌框上設(shè)有的攪拌葉輪在轉(zhuǎn)軸的作用下周向旋轉(zhuǎn)并對(duì)料槽內(nèi)的物料進(jìn)行攪拌混合，第一攪拌機(jī)構(gòu)和第二攪拌機(jī)構(gòu)協(xié)同對(duì)料槽內(nèi)的物料進(jìn)行均勻混合，并將成團(tuán)物料進(jìn)行分散，攪拌裝置結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)合理，攪拌裝置按照15～20 r/min的轉(zhuǎn)速就可以將料槽內(nèi)的物料混勻，并且料液與晶種形成的固態(tài)晶粒聚集體充分打散，形成小粒徑的顆粒。

(2)料槽的出料口設(shè)有除鐵器，除鐵器包括殼體，殼體設(shè)有進(jìn)料口和出料口，殼體內(nèi)活動(dòng)設(shè)有與吸鐵箱，吸鐵箱的箱體頂部和底部分別設(shè)有多個(gè)鐵性異物排出孔。造粒時(shí)一些鐵性異物的混入，除鐵器可以吸附晶粒中鐵性異物，有效解決鐵性異物的混入導(dǎo)致后續(xù)設(shè)備損壞，且影響產(chǎn)品質(zhì)量這一技術(shù)問(wèn)題。

(3)攪拌葉片上設(shè)有多個(gè)V形凸起，相鄰V形凸起之間設(shè)有多個(gè)通孔。在造粒過(guò)程中，攪拌葉片對(duì)料槽內(nèi)的物料進(jìn)行混合，V形凸起和通孔協(xié)同作用將成塊物料分散開，使物料混合更加均勻。攪拌葉輪的形狀為紡錘形，且攪拌葉輪的表面設(shè)有多個(gè)錐形凸起部。采用這一設(shè)計(jì)，更有助于將成團(tuán)物料進(jìn)行分散，形成小粒徑的顆粒。

(4)料液噴頭改為螺旋噴頭，并且與料液螺旋噴頭相連通的料液管上設(shè)有溫度檢測(cè)器。液體料溫度過(guò)高，導(dǎo)致晶種熔化，結(jié)晶受阻、二次結(jié)晶及多次結(jié)晶等問(wèn)題，通過(guò)溫度檢測(cè)器可以隨時(shí)測(cè)定料液管內(nèi)的料液的溫度，進(jìn)而便于調(diào)控料液管內(nèi)的料液溫度。

(5)在靠近出料口一側(cè)的料槽的槽體上設(shè)有溫度檢測(cè)器。通過(guò)溫度檢測(cè)器可以檢測(cè)料槽內(nèi)物料的溫度，進(jìn)而及時(shí)調(diào)整料槽內(nèi)物料造粒時(shí)所需的適宜溫度。

2 結(jié)語(yǔ)

通過(guò)對(duì)造粒裝置進(jìn)行設(shè)計(jì)、改進(jìn)及優(yōu)化，使造粒裝置不需要攪拌裝置高速旋轉(zhuǎn)可將物料混合均勻，避免固體物料與液體物料反復(fù)接觸，不容易形成大塊的固態(tài)晶粒聚集體，使顆粒更加圓潤(rùn)，使造粒裝置的成球更加均勻，有效提升造粒裝置的生產(chǎn)效率及產(chǎn)品質(zhì)量；設(shè)置的傾斜角度利于固體物料的溢出，出料快，生產(chǎn)連續(xù)性強(qiáng)，效率高；同時(shí)可降低整套裝置的能耗，增設(shè)的除鐵器、螺旋噴頭、溫度檢測(cè)器，還可以除去鐵性異物的干擾，防止晶種熔化，結(jié)晶受阻、二次結(jié)晶及多次結(jié)晶等問(wèn)題，同時(shí)料液溫度可控，現(xiàn)場(chǎng)運(yùn)行安全可靠，實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化控制。造粒裝置的創(chuàng)新與應(yīng)用具有實(shí)用性、經(jīng)濟(jì)型，且效益明顯，已獲得實(shí)際應(yīng)用[3]。突破了現(xiàn)有技術(shù)中的傳統(tǒng)思維觀念，從而大大提高造粒的生產(chǎn)效率，且能耗低，生產(chǎn)工藝簡(jiǎn)單，生產(chǎn)過(guò)程穩(wěn)定，方法簡(jiǎn)單易操作，有效降低生產(chǎn)成本，大大提高了產(chǎn)品成品率，提高了顆粒大小的可控性，取得良好的經(jīng)濟(jì)效益和社會(huì)效益，具有推廣應(yīng)用價(jià)值。