無(wú)機(jī)硅用整粒設(shè)備的研究與改進(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

無(wú)機(jī)硅化物是指以石英砂為主要原料，通過(guò)化學(xué)合成的含硅的化合物，主要分為兩大類(lèi)：一類(lèi)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(lèi)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(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。

目前，整粒機(jī)在制藥、化工、食品工業(yè)廣泛應(yīng)用，在不同領(lǐng)域中使用，其使用特性不同。主要用來(lái)對(duì)半成品的物料進(jìn)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(jī)的工作過(guò)程是，將造粒機(jī)中的物料轉(zhuǎn)至整粒機(jī)中[1]，經(jīng)整粒機(jī)整粒后進(jìn)入冷卻機(jī)內(nèi)，現(xiàn)有的整粒機(jī)使用皮帶傳動(dòng)、布袋軟管連接，機(jī)器有傳動(dòng)容易磨損、密封性不好易產(chǎn)生粉塵的缺點(diǎn)，不符合衛(wèi)生的要求，從而影響產(chǎn)品質(zhì)量。整粒機(jī)整粒時(shí)，需要人工將造粒機(jī)中的物料轉(zhuǎn)至整粒機(jī)中，人工工作強(qiáng)度大、生產(chǎn)成本高、生產(chǎn)效率低。且無(wú)機(jī)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(shí)，會(huì)黏結(jié)成大體積聚集塊，給篩分和粉碎工序帶來(lái)很大的負(fù)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(wèn)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(dǎo)出固體物料的料槽，料槽一端具有進(jìn)料口，另一端具有出料口；用于將固體物料進(jìn)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(dòng)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(jìn)方向相反，且推進(jìn)方向朝出料口的螺旋攪拌槳推進(jìn)速度大于另外一根螺旋攪拌槳的推進(jìn)速度。推進(jìn)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(dòng)方向相反；或者攪拌軸的轉(zhuǎn)動(dòng)方向一致，而攪拌葉片安裝方向相反。而推進(jìn)速度則體現(xiàn)在轉(zhuǎn)速上，即推進(jìn)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(gè)楔形葉片，多個(gè)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(cuò)。交錯(cuò)的意義在于，使其中一根攪拌軸上的某一個(gè)楔形葉片在旋轉(zhuǎn)時(shí)處于另外一根攪拌軸上的某兩個(gè)楔形葉片之間，增加了對(duì)固體物料的剪切力，且每個(gè)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(kāi)口作為進(jìn)料口，出料口設(shè)置于U型槽的底部，且U型槽的開(kāi)口設(shè)置有防護(hù)架。料槽的外壁設(shè)置有冷卻水夾層，夾層設(shè)置有進(jìn)水口和出水口。

造粒設(shè)備生產(chǎn)的高溫固體物料從進(jìn)料口進(jìn)入料槽內(nèi)，在料槽內(nèi)未經(jīng)冷卻的固體物料會(huì)在攪拌葉片的作用下被充分打散，同時(shí)冷卻水夾層對(duì)固體物料進(jìn)行初步冷卻，從而使得固體物料在進(jìn)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?yàn)槔鋮s過(guò)程中急劇冷卻帶來(lái)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(jìn)料口進(jìn)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(huì)發(fā)生交錯(cuò)旋轉(zhuǎn)，對(duì)固體顆粒進(jìn)行充分的打散，防止形成大塊，同時(shí)，推進(jìn)方向朝出料口的螺旋攪拌槳5推進(jìn)速度大于另外一根螺旋攪拌槳5的推進(jìn)速度，固體物料最終會(huì)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(shí)現(xiàn)固體物料在料槽內(nèi)輸送，同時(shí)螺旋攪拌槳可以將從造粒機(jī)導(dǎo)出的高溫固體物料在料槽內(nèi)進(jìn)行翻轉(zhuǎn)、攪拌，利用螺旋攪拌槳對(duì)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(shí)黏連形成大塊的聚集體，也就是將固體物料在進(jìn)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(jìn)方向相反的螺旋攪拌槳的安裝，由于攪拌葉片會(huì)交錯(cuò)旋轉(zhuǎn)，可以對(duì)料槽內(nèi)的固體物料進(jìn)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(zhǎng)時(shí)間，從而實(shí)現(xiàn)對(duì)固體物料進(jìn)行非常充分的分散，進(jìn)一步提高了無(wú)機(jī)硅顆粒的產(chǎn)品質(zhì)量。(3)楔形葉片的設(shè)置，可以增強(qiáng)對(duì)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(shí)現(xiàn)粉碎效果和推進(jìn)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(jìn)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(dǎo)致黏結(jié)成大塊的問(wèn)題，使得固體物料更易分散，提高了無(wú)機(jī)硅顆粒的產(chǎn)品質(zhì)量。

2 改進(jìn)后的整粒設(shè)備

經(jīng)長(zhǎng)期使用后，如圖2所示，對(duì)上述無(wú)機(jī)硅整粒設(shè)備再次進(jìn)行了改進(jìn)，技術(shù)改進(jìn)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(gè)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(gè)凹槽。(4)進(jìn)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(jìn)后的整粒設(shè)備，包括筒體1，筒體的一端設(shè)有進(jìn)料口，筒體1的另一端設(shè)有出料口0，進(jìn)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(gè)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(guò)軸承和軸承座固定在筒體的一端內(nèi)壁上并通過(guò)驅(qū)動(dòng)部件轉(zhuǎn)動(dòng)，驅(qū)動(dòng)部件包括電機(jī)4，減速機(jī)5和聯(lián)軸器6，電機(jī)4和減速機(jī)5配合使用，減速機(jī)5的輸出軸通過(guò)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(gè)出水口；攪拌軸2通過(guò)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(gè)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(gè)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(gè)與攪拌部件20相連通的輔助攪拌部200(多個(gè)高度不等的錐形塊)。

改進(jìn)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(gè)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(jìn)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(duì)筒體的物料進(jìn)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(duì)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(gè)凹槽，整粒時(shí)，隨著攪拌軸以及攪拌塊的轉(zhuǎn)動(dòng)，物料會(huì)置于凹槽內(nèi)，延長(zhǎng)了物料與錐形塊的接觸時(shí)間，更有助于對(duì)物料的冷卻。(4)進(jìn)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(jì)，便于對(duì)物料的輸送。

3 結(jié)語(yǔ)

通過(guò)對(duì)整粒設(shè)備進(jìn)行改進(jìn)及優(yōu)化，使固體物料在進(jìn)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(shí)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(duì)固體物料進(jìn)行冷卻降溫，大大提高了降溫效果，同時(shí)能夠保證物料顆粒均勻。半圓形攪拌塊，可增加對(duì)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(zhǎng)了物料與錐形塊的接觸時(shí)間，有助于對(duì)物料的冷卻。該整粒機(jī)整體結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、整粒效率高、操作簡(jiǎn)便，且能耗低，占地面積小，實(shí)現(xiàn)節(jié)能減排[2]，使用效果好。投資成本低，作業(yè)率高，運(yùn)行維護(hù)費(fèi)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(jì)效益和社會(huì)效益，具有推廣應(yīng)用價(jià)值。