粉体造粒技术的“前世今生”

粉体造粒技术的“前世今生”

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粉体造粒技术的概况

从广义上讲，任何使小颗粒团聚成较大实体的过程和任何“巨大”物块分成较小颗粒的过程都可称为造粒过程。前者称为粉体造粒，后者可称为破碎造粒。其中，粉体造粒技术从广义上也可分为两大类，一类是成型加工法，主要是将粉状物料通过特定的设备和方法，处理成为满足特定形状、尺寸、成分、密度等的团块物料，此方法特别注意控制单个团块的性质；另一类是粒径增大法，主要是把细粉体团聚成比较粗的颗粒，这类方法注意的是控制整堆物料的性质。

成型造粒加工方法在目前工业中应用比较广泛，但是工艺系统相对比较复杂，并且生产能力比较低，生产成本相对要高一些。而粒径增大法大多应用对颗粒形状和密度要求不高的工艺情况，其工艺系统简单且容易操作，生产能力通常比较大，生产和运行成本比较低。

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粉体造粒技术的应用

制造颗粒的过程，可以说自从有了人类的活动就已经有了造粒技术的出现。属于破碎造粒的有：摩擦生火过程的摩擦粉末的产生；石器时代制造石刀的生产过程中产生的石粉等。属于粉体造粒的有：做面食的和面过程；手工团制中药丸剂过程等。

然而粉体技术及其生产装备的研究真正成为一门专门的学科和独立技术，起步比较晚。在国外可追溯到20世纪40年代。在科技飞速发展的当代，粉体造粒技术作为粉粒体加工处理的一个主要方法，随着对环境保护的重视、生产过程自动化程度的提高以及生产工艺的特定要求，其重要性日益彰显。 粉状产品粒状化已成为世界粉体后处理技术的必然趋势。对粉状产品进行造粒的深度加工已成为很多行业生产过程中必备的生产工艺。

以下结合实例，将粉体造粒的应用及好处做简单介绍。

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粉体造粒技术的方法

从造粒途径的角度来讲，粉体物料的造粒主要可分为两种：①药剂造粒，即通过加粘合剂的方法使粉体团聚；②机械设备造粒。事实上这两种途径是无法严格分开的，因为工业上的造粒方法往往是两种途径的组合。一方面加粘合剂的同时有时需要机械设备对粉体进行塑型；另一方面机械造粒的过程中也往往要加入粘合剂以增加可团聚性，因此只能说某一造粒过程是以某种途径为主体而已。

按照实现小颗粒团聚的基本原理，可以把现有的粉体处理技术分为搅拌法、压力成型法、喷雾和分散弥雾法、热熔融成型法等4类。

常用的粉体物料造粒方法

（1）搅拌法造粒

是将某种液体或粘结剂渗入固态细粉末并适当地搅拌，使液体和固态细粉末相互密切接触，产生粘结力而形成团粒。最常用的搅拌方法是通过圆盘、锥形或筒形转鼓回转时的翻动、滚动以及帘式垂落运动来完成的。根据成型方式又可分为滚动团粒、混合团粒及粉末成团3类。

典型的设备有造粒鼓、斜盘造粒机、锥鼓造粒机、盘式造粒机、滚筒造粒机、捏合机、鼓式混料机、粉末掺合机（锤式、立轴式、带式）、落幕团粒机（鼓式、振动给料器、连续流动喷射混合系统）等。

一种圆球状搅齿造粒机工作原理简图

其优点是成型设备结构简单、单机产量大、所形成的颗粒易快速溶解、湿透性强，缺点是颗粒均匀性不好，所形成的颗粒强度较低。目前这类设备单机处理能力可达500t/h，颗粒直径可到600mm，多用于选矿、化肥、精细化工、食品等行业。

（ 2）压力成型法

是将粉体物料限定在特定的空间中，通过施加外力而压紧为密实状态。压力成型的成功与否，一方面取决于施加外力的有效利用和传递，另一方面取决于颗粒物料的物理性质。根据所施加外力的物理系统不同，压力成型法又可分为两大类，即模压法和挤压法。

典型的模压法设备有重型压块机、台式压榨机、混凝土块压制机、压砖机、重型制片机等。其优点是可制造较大的团块，所制成的物料也有相当的机械强度，缺点是设备的适用范围较小，对有的物料不易脱模。这类设备多用于建筑、制药等行业。

挤压法是目前我国粉体造粒的主要方法之一，挤压法造粒设备根据工作原理和结构可分为真空压杆造粒机、单（双）螺杆挤出造粒机、模型冲压机、柱塞挤出机、辊筒挤出机、对辊齿轮造粒机等。这类设备可广泛用于石油化工、有机化工、精细化工、医药、食品、染料、农药、饲料、肥料等行业。具有适应能力强、产量大、造粒品粒度均匀、颗粒强度好、成粒率高等优点。

一种对齿滚压式造粒机工作原理简图

（3）喷雾和分散弥雾法

是在特定的设备中使处于高度分散状态的液相或半液相物料直接成为固体颗粒。这种造粒设备有喷雾干燥塔、喷雾干燥器、造粒塔、喷动床和流化床干燥器以及气流输送干燥器等。

在喷雾时，液态进料（液体、胶质液、膏状物、乳化液、泥浆液或熔融物）弥散在气体（一般为空气）中通过热量传递或质量传递（或者两个传递过程同时进行）而生成固体颗粒。有关颗粒生成的机理包括液态进料形成小滴而硬化成固体颗粒、液料沉敷在已有的粒核表面而形成固体颗粒、许多小粒子在喷入的粘结剂作用下粘聚在一起而形成团粒等。

这类设备的优点在于物料的造粒过程和干燥过程同时进行，可广泛应用于各种行业的物料造粒，如制药、食品、化工、矿业以及陶瓷工业等。其缺点是颗粒强度较低，粒度较小。

（4）热熔融成型法

热熔融成型法是利用产品的低熔点特性（一般低于300℃），将熔融的物料通过特殊的冷凝方式，使其冷凝结晶成所要求的片状、条状、块状及半球状等形状。根据成型设备的工作原理，主要可分为转鼓结片机和回转冷带落模成型装置。由于球体表面积最大，所造粒时以球形为最佳外形。

转鼓结片机具有设备紧凑，转鼓精度高，冷却效果好，适用范围广，既可结片又可干燥等优点，可广泛应用于石油树脂、聚乙烯低聚物等高分子类产品以及苯酐、顺酐、高级脂肪醇等有机化工产品。回转冷带落模成型装置是利用产品的低熔点特性，将熔融的物料，依物性和使用要求，可选择连续滴落、连续出条和全宽度溢流等布料方式，以形成半球状、条状和薄片状产品，经喷淋冷却、固化，从而定型。

除了以上4类方法，还有从液体中团聚造粒法，即对分散在液体中的固体粒子直接在液体中造粒成团。通过液中造粒，可实现液中固体微粒的增径，简化固液分离过程，亦可通过选择性造粒实现不同性质颗粒的分离。因此，液中造粒技术的研究引起选矿、洗煤、水处理及制药等领域的广泛重视。

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粉体造粒技术的趋势

（1）设备大型化

随着科学技术的进步和发展，生产装置大型化的优点越来越明显，同时，CAD/CAM技术和精确应力分析技术的应用促进了机械结构设计和加工制造技术的发展，为粉体造粒设备的大型化提供了坚实的技术保障。

（2）结构紧凑化

设备的结构设计更合理，更紧凑，更符合人体工学原理，从而降低了制造成本，减少了占地面积，提高了劳动效率。

（3）加工工艺高技术化

随着粉体造粒设备应用领域的拓展，传统的机械加工手段已不能满足粉体设计技术的需要。粉体设备的加工工艺正向着高技术化方向发展，如采用计算机辅助设计/制造（CAD/CAM）技术进行螺杆螺纹型线的设计、加工，采用专用深孔加工设备加工冷带落模机布料器细长孔，采用激光、电火花加工微小孔径模板等。

（4）功能多样化

粉体后处理工程是一个包括多学科、多门类的诸多单元操作的系统工程，要求粉体造粒设备的选用最好能减少中间工序，以节约投资；同时，产品的市场化需求也要求生产厂家能提供多种形式的产品。

（5）效率高效化

随着人们节能意识的提高，对粉体造粒设备的效率提出了更高的要求。要求这类设备不但要满足功能需求，而且还要节能、耐用，使用、保养、维修费用低，以降低产品成本。

（6）控制系统自动化

随着自控技术的发展，是否采用流水线作业和自动化控制已成为衡量粉体后处理技术先进与否的重要指标。控制系统采用自动化控制，不但可保证生产工序的流水作业，减轻操作人员劳动强度，更重要的是可保证生产过程的精确化和实时反馈，提高产品质量，降低设备故障率。

参考来源：

杨炳飞，复合人工沸石颗粒脱氮除磷性能研究

荣宝军，复合摩擦材料原料颗粒化混料技术及设备

李建平等，我国粉体造粒技术的现状与展望

2021第三届全国医药粉体

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