無機硅用整粒設備的研究與改進

王敬偉，紀發達(山東龍港硅業科技有限公司，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、農藥、醫藥、飼料、食品、石油化工、紡織、催化劑、洗滌劑等行業，是無機鹽工業重要的行業之一。

目前，整粒機在制藥、化工、食品工業廣泛應用，在不同領域中使用，其使用特性不同。主要用來對半成品的物料進行整粒處理，產生規定大小的合格顆粒產品。這種整粒機的工作過程是，將造粒機中的物料轉至整粒機中[1]，經整粒機整粒后進入冷卻機內，現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、密封性不好易產生粉塵的缺點，不符合衛生的要求，從而影響產品質量。整粒機整粒時，需要人工將造粒機中的物料轉至整粒機中，人工工作強度大、生產成本高、生產效率低。且無機硅用傳統整粒設備整粒后的固體顆粒在冷卻設備中急劇冷卻時，會黏結成大體積聚集塊，給篩分和粉碎工序帶來很大的負荷，造成成品收率低，質量差等缺陷。

研究的新型整粒設備所要解決的技術問題是能夠對固體整粒處理，提高成品收率，從而消除傳統設備的技術缺陷。

1 新型整粒設備

設置于造粒設備與冷卻設備之間，如圖1所示，包括用以承接造粒設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的螺旋攪拌槳。螺旋攪拌槳有兩根，包括轉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部為空腔，可通冷卻水。

圖1 新型整粒設備結構示意圖

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。推進方向相反表現為攪拌葉片安裝方式一致，而攪拌軸的轉動方向相反；或者攪拌軸的轉動方向一致，而攪拌葉片安裝方向相反。而推進速度則體現在轉速上，即推進方向朝出料口的螺旋攪拌槳轉速大于另外一根螺旋攪拌槳的轉速。

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，出料口設置于U型槽的底部，且U型槽的開口設置有防護架。料槽的外壁設置有冷卻水夾層，夾層設置有進水口和出水口。

造粒設備生產的高溫固體物料從進料口進入料槽內，在料槽內未經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備之前，已經形成分散、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：造粒設備生產的高溫固體物料從進料口進入料槽1內，在料槽1內兩根旋轉方向相反的螺旋攪拌槳5的作用下，楔葉片會發生交錯旋轉，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的內部空腔內通有冷卻水，而且料槽1的外壁設置有冷卻水夾層9，因此固體物料可以在料槽1內邊分散邊逐步冷卻，防止急劇降溫造成固體物料黏連成大塊。

新型整粒設備的有益效果是：(1)設有料槽，并在料槽內設置至少兩根平行并排安裝于料槽內的螺旋攪拌槳，螺旋攪拌槳不但可以實現固體物料在料槽內輸送，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進行翻轉、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備、未充分冷卻之前充分打散，更易于冷卻和后續的篩分粉碎，并且產品收率高。(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，可以對料槽內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滯留較長時間，從而實現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品質量。(3)楔形葉片的設置，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，而設置的45°夾角是實現粉碎效果和推進效果的最佳結合，此夾角下，楔形葉片能夠將輸送出去的固體物料進行充分的分散，形成粒徑均勻的顆粒。(4)冷卻結構，可使固體物料在料槽內能夠邊分散邊初步冷卻，有效避免了傳統工藝中由于高溫固體物料在冷卻設備中直接急劇降溫導致黏結成大塊的問題，使得固體物料更易分散，提高了無機硅顆粒的產品質量。

2 改進后的整粒設備

經長期使用后，如圖2所示，對上述無機硅整粒設備再次進行了改進，技術改進如下：(1)攪拌部件改為傾斜設置在攪拌軸上半圓形攪拌塊，輔助攪拌部為設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置在攪拌軸上半圓形攪拌塊。(3)錐形塊的外表面設有多個凹槽。(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 整粒設備的俯視圖

改進后的整粒設備，包括筒體1，筒體的一端設有進料口，筒體1的另一端設有出料口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的外部設有冷卻結構(設置在筒體外壁上的冷卻夾套10)，筒體1內部設有攪拌裝置，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部，攪拌軸另一端通過軸承和軸承座固定在筒體的一端內壁上并通過驅動部件轉動，驅動部件包括電機4，減速機5和聯軸器6，電機4和減速機5配合使用，減速機5的輸出軸通過聯軸器6與攪拌軸2連接；攪拌軸2內部設有輔助冷卻結構(設置在攪拌軸內部的冷卻管21，冷卻管21上設有多個出水口；攪拌軸2通過旋轉接頭3連有供水管和出水管)，攪拌軸2上設有多個與攪拌軸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)。

改進后的整粒設備有益效果是：(1)攪拌部件為傾斜設置在攪拌軸上半圓形攪拌塊，輔助攪拌部為設置在半圓形攪拌塊上多個高度不等的錐形塊，冷卻管內的水分別從出水口排出后進入扇形或半圓形攪拌塊內部以及錐形塊內部。攪拌部件和輔助攪拌部件協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)錐形塊的外表面設有多個凹槽，整粒時，隨著攪拌軸以及攪拌塊的轉動，物料會置于凹槽內，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。這一設計，便于對物料的輸送。

3 結語

通過對整粒設備進行改進及優化，使固體物料在進入冷卻設備之前充分打散，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，提升了產品收率。攪拌部件和輔助攪拌部件協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。該整粒機整體結構簡單、整粒效率高、操作簡便，且能耗低，占地面積小，實現節能減排[2]，使用效果好。投資成本低，作業率高，運行維護費用低[3]，提升了產品成品率，提高了顆粒的均勻性，取得良好的經濟效益和社會效益，具有推廣應用價值。