农药造粒设备和生产工艺浅析

万义忠，邢海萍

（广州甘蔗糖业研究所 广东省甘蔗改良与生物炼制重点实验室，广州 510316）

0 前言

农作物在生长过程中的不同阶段，不可避免地受到自然环境中病、虫、草的为害或受不适宜环境条件（非生物因素）的影响，致使作物生产受到较大的损失，因而受到越来越普遍的关注。我国对农作物病虫草害的防治始终贯彻“预防为主，综合防治”的方针，采取选育抗性品种、选用健康种苗，综合生物防治、化学防治、物理防治、农业防治、利用昆虫性信息素迷向防治和害虫预测预报等方法，使病虫害的为害受到最大限度的控制。

作物病害对农业生产造成很大的威胁，但因其各种病症是因病原物入侵作物组织内部，使其首先在组织上、形态上和生理上发生病理变化才表现出来，而大多数杀菌剂无法进入作物组织内部发挥作用，因而，其防治方法以加强引种检疫、选育和利用抗病品种、选种健康种苗、对种子进行消毒和实行农业防治等为主。

而作物害虫因其种类繁多，世代重叠，分布广泛，对农业生产的为害程度亦不可小觑，较之作物病害有过之而无不及。近年来，由于受气候等多种因素影响，农作物重大虫害的发生呈上升态势，成为影响作物产量和品质质量最重要的因素，已引起广泛的高度重视。尽管防治作物害虫的方法很多，但目前施用低毒高效的化学农药仍不失为一种行之有效的措施。

目前，生产中常用的农药剂型分为粉剂、可湿性粉剂、乳油、悬浮剂和颗粒剂等。其中，颗粒剂农药因其具有:①施药时方向性强，使药剂能充分到达靶标生物而对天敌等有益生物安全；②药粒不易附着于植物的茎叶上，可避免直接接触产生药害；③施药时无粉尘飞扬，可减少操作人员身体附着或吸入药量，有效避免中毒事故；④使高毒农药低毒化，避免人畜中毒；⑤可控制粒剂中有效成分的释放速度，延长持效期；⑥使用方便，效率高等其他剂型农药无法比拟的特点而成为较为常用的农药剂型，得到普遍的推广应用。

1 问题的提出

在原油和粉剂农药加工成颗粒剂的过程中，首先须有承载农药颗粒的载体。一般生产中使用的载体大约分为两种:自然砂粒、为人造颗粒。前者因为是自然生成，加工成本较低，只需将采集到的砂粒筛分成所需粒径的砂粒便可利用。然而，因为是自然生成的，所以，随着挖掘、采集的不断进行，自然界中的存有量会越来越少，最终将不能满足农药颗粒剂生产所需的量，影响农药颗粒剂的产量。为此，研究者不得不寻求成本低且效果最佳的人工造粒方法。

2 造粒材料

人工造粒的生产工艺并不复杂，但是，对作为农药的载体却有一定的要求。造粒的材料其化学特性和物理特性对农药的原药均将造成影响。

2.1 化学特性

主要指造粒材料的pH值对农药带来的影响。农药大部分偏酸性，如果遇到碱性材料造粒出来的颗粒就会发生酸碱中和化学反应，降低甚至失去农药的药性，达不到杀灭害虫的目的。所以，所选的造粒材料一定要适合被载农药的化学特性的要求，即两者的pH值相近或等同。

2.2 物理特性

影响的因素比较多，如造粒出来的颗粒的内吸性、吸潮性、水溶性、材料的粘性、湿水性、密度等特性，都会对造粒和农药颗粒剂的生产、使用带来极大的影响。所以，必须对化学特性适用的造粒材料在物理特性上进行比对，筛选出比较适用的材料。所谓适用是指容易造粒，干燥后做颗粒剂农药时不易松散，并且内吸性合适，使加工的颗粒剂农药的均匀性有保证，这需要做大量的材料试验。

3 造粒设备

我国造粒设备主要有以下几种:圆盘造粒机、转鼓造粒机、对辊挤压造粒机、平模挤压造粒机、环模挤压造粒机、螺杆挤压造粒机和高塔造粒机。造粒是粉粒体过程处理中的一环，粉粒体是指生产中工艺物料为粉粒体或其混合物，且以物理变化为主的多种作业的操作，其装置称为过程处理装置。

粉体造粒技术是粉粒体过程处理的主要分支。随着环保需求和生产过程自动化程度的提高，粉状产品粒状化已成为世界粉体后处理技术的必然趋势。

我国粉体造粒技术及装备研究始于20世纪80年代中期，经过多年努力，目前我国粉体造粒技术已具有一定水平，设备规模基本可满足粉粒体颗粒化要求。现有粉粒体处理技术可分为四类:①搅拌法；②压力成型法；③喷雾和分散弥雾法；④热熔融成型法。但作为复合肥和农药颗粒剂而言，大致分为两类:①利用重力滚动自然造粒；②利用压力硬性挤压成型。

其中第一类处理技术生产产量高，消耗动力能源小，但对多种材料混成的颗粒，无法保证产品颗粒中各种材料的均匀性，特别是在pH中和时，无法保证每一粒都是pH中和后的颗粒，会形成有的颗粒呈碱性，而有的颗粒则呈酸性。

第二类生产设备对多种材料混成，在造粒前进行充分搅拌均匀后，基本能保证各种材料比例的配比，但能耗大，产量低，设备故障多。

3.1 圆盘造粒机

图1 圆盘造粒机

该系列产品的工作原理是:主电机通过皮带带动减速机，由其输出轴上的齿轮转动固定在圆盘上的大齿轮，使圆盘匀速旋转运动，工艺物料进入旋转的圆盘后，随圆盘旋转而带上落下，在喷雾装置不断喷雾下，使工艺物料显湿粘结，圆球越大，越不易带上，而漫出圆盘，细小物料继续被带上喷湿，落下翻滚粘结，如此循环往复，直至停机。圆球颗粒的大小，由圆盘倾角来决定。倾角越大，颗粒越小，调整圆盘倾角有手工和电机两种，调整好倾角后，将圆盘支座与固定底座固定好，配好混匀的物料在进入圆盘后，随圆盘旋转带上落下时，实际是一个簸扬分离的过程，根据物料的粗细、比重不同而被重新分离，根据物料的亲和力和粘结性而使得颗粒不可能按事先调好的比例而结球。

3.2 转鼓造粒机

转鼓造粒机主要由转鼓、前大托轮、后大托轮、大齿轮、减速器、电机等组成。转鼓是一个长圆柱筒，内分两到三个区间，第一区间为造粒区，第二区间为整形除粉刺区，第三区间为抛光区。有些只分两个区，即造粒区和抛光区，各区由环形挡圈分开。

图2 转鼓造粒机

工作时，工艺物料及返料由进料口加入后，旋转的筒体带动物料层向上转动，至一定高度时，在重力和惯性力的作用下，物料沿鼓壁下滑，滚落。筒体内部通入蒸汽或喷洒水雾在滚动的料层上，使物料团聚成粒，造粒时要保持一定的返料率。物料在造粒区成粒，然后越过环形挡料圈进入整形区整形除粉刺，之后越过第二级环形挡料圈进入抛光区。在抛光区，粒子经过陈化、抛光后，从转鼓出料口落到皮带传送带上，送至干燥机。造粒区长度越长，造粒越充分。一般根据材料造粒的难易程度而加长或缩短造粒区，难造的应长，易造的益短。

3.3 高塔造粒机组

高塔造粒机组是一种可以同时完成干燥和造粒的装置，机组主要由空气过滤器、蒸汽加热器或电加热器、热风分配器、料液高压泵、造粒塔、旋风分离器、除尘器等组成。

工作时，将配好的料液通过料液隔膜泵高压输入，由喷孔喷出雾状液滴，然后同热空气并流下降。料液经雾化后表面积迅速膨化增大，在下降过程中，碰撞、合并、长大、成粒。在热风气流中，水分瞬间便可蒸发，在空中完成干燥、膨化。颗粒为球形，其速溶性强。

3.4 挤压造粒设备

3.4.1 对辊挤压造粒机

主要由电机、减速器、联轴器、对辊、碎粒辊、旋振筛组成。工作时，将配好并具有适宜湿度的物料从对辊挤压造粒机的顶端灌入，其槽内有一个竖直的螺旋杆，通过螺旋杆的旋转，物料被强行送到底部的双辊之间进行挤压，双辊表面为所造粒的模型，相对旋转，使输入的物料被压成颗粒形的条状带，条状带通过碎粒辊时，被辊上的刀排破碎，由旋振筛分离，合格颗粒通过被送到外部，而筛出的粉状物被送回原料仓进行二次辊压。挤压力的大小可根据造粒机需要，由液压系统进行控制。其工作主要分为两步:第一步挤压，干物料和微湿物料在压力作用下团聚，成致密坚硬的颗粒带，称为挤压过程；第二步造粒颗粒带再被破碎筛分后成为颗粒料，称为造粒过程。挤压的作用一是将颗粒间的空气排挤掉，二是使粉与粉之间距离达到足够近，以产生分子之间的吸引力，挤压造粒的颗粒主要是靠分子之间的作用力形成的颗粒强度。

图3 对辊挤压造粒机

3.4.2 其它挤压造粒设备

平模挤压造粒、环模挤压造粒、螺杆挤压造粒等设备虽构造不同，但原理相同，都是利用压力将工艺物料从模板孔洞中挤出成圆柱形的粒条，再用刮刀切断成一粒一粒的圆柱形颗粒。若要加工成球形颗粒，还需一道工序——整形，即利用整形设备将圆柱形颗粒整形成球形。

4 设备选型分析

以上简要介绍了农药和肥料造粒中的几种主要造粒设备，对于选什么形式的造粒设备，须根据具体工艺和材料、不同的工艺要求和造粒材料的要求而定。各种设备有各自的优劣性，下面就具体几种工艺进行设备选型的分析。

1）将农药与造粒材料相混合，配好比例、搅拌均匀后一起造粒，这种工艺的优点是一次造粒便可完成产品，避免了造粒后再加药带来的重复搅拌，而使颗粒散化的问题。

针对这种工艺，圆盘造粒机、转鼓造粒机等都不适应。理由是，配好并搅拌均匀的工艺物料，会在扬起、落下的造粒过程中，将物料重新分离，造出的颗粒无法保证农药的均匀性和含药量。

高塔造粒的优点是产出量大，产品的速溶性与农药要求的速效性非常吻合，但是，对农药和载体材料要求较高，必须具有一定的流动性和可喷雾性，且在干燥过程中，农药对温度的要求有一定承受性。

对辊挤压造粒和其它几种挤压造粒设备都比较适应。这一类设备都能保证预先搅拌均匀后的工艺物料不会发生变化，但这类设备产量相对较低，能耗较大，速溶性不及高塔造粒。

2）先造粒，后包药。这种工艺与现存生产工艺一样，惟一不同的是将砂粒改为人工造的粒。这种工艺所用的颗粒又分为两种情况:

①单一材料或几种化学性质即pH值相近且同农药pH值近似或相同，对农药没有影响的材料。对于这类材料，圆盘造粒机和转鼓造粒机都比较适用，而圆盘造粒优于转鼓造粒，因其产出率较高；高塔造粒不大适用，因为其对材料要求高，且造出的颗粒太疏松不可二次加工；对辊挤压造粒机和其它几种挤压造粒机都适用，但缺点是产量低，能耗大。

②两种或两种以上的不同化学性质即pH值不同的工艺物料，为了完成中和反应，适应农药的pH值，避免农药的降解而配备的材料。对这类材料的造粒，圆盘造粒机、转鼓造粒机、高塔造粒机都不适用，因为无法保证材料中复配的均匀性，造出的粒难以达到所要求的pH值；对辊挤压造粒机和其它几种挤压造粒机都比较适用，缺点是产量低，能耗大。

5 结语

综合以上分析，对于第一种工艺（将农药与造粒材料相混合，配好比例、搅拌均匀后一起造粒），最好是利用粉碎后的蔗渣为载体，利用高塔造粒，产量高，颗粒小，速溶快；其次是挤压成型设备，不适用的是圆盘造粒和转鼓造粒。

对于第二种工艺（先造粒，后包药）的第一类形式，最好选用圆盘造粒，产出量高，颗粒结实，比较适用于再加工；其次是转鼓造粒。它只比圆盘造粒机成粒率稍低，其它都优于圆盘造粒机，特别是便于仪表自动控制；再次是挤压成型设备。不适用的是高塔造粒。

对于第二种工艺的第二类形式，最好选用挤压成型设备。可保证配比好的材料不变，其它几种类型的设备均不可用。

为了解决农药厂用于造粒的砂源紧缺的问题，可利用石料厂的尾料或矿石尾料，在筛分、水磨后用作农药载体。这种尾/脚料来源十分广泛，除了要选用pH值适应农药pH值的材料外，设计制作用于抛光、水磨石料或矿石尾料的设备并非难事。

此外，制砂机也有成套的定型设备，可有效解决生产问题。新型制砂机运用先进的选择性破碎和解理破碎原理，直接对物料施加足够的动能，并通过冲击将动能转换成克服物料所需的破碎能而破碎。物料基本沿其自然的纹理面、解理面断裂，粒形好、自身消耗低，能够实现“石打石”和“石打铁”两种工作原理的转换。从而达到良好的破碎和整形的效果。