第三節(jié)　濕粉碎的影響因素

農(nóng)藥的粉碎是在液相中進行，也說是所謂的“濕式粉碎”。粉碎前后的粒子狀態(tài)見圖2-23。這不僅是簡單的物理粉碎過程，在粉碎過程中，有時伴有化學變化或機械力化學變化的產(chǎn)生，影響因素繁多，因此，單從物理學的角度去研究農(nóng)藥的濕粉碎是不夠的。根據(jù)中外學者的研究結果，總結了影響濕式粉碎效率的主要因素，見圖2-24。

從圖2-24中可以看出，影響粉碎效率的因素達幾十項，主要響影因素有十多項。認清各因素在粉碎過程中所起的作用有助于提高農(nóng)藥的粉碎質量，降低能耗。在影響粉碎效果的諸多因素中，有許多因素是相互依存、相互轉化、相互矛盾的關系，所以在處理這些關系的時候不能顧此失彼。另外，每一個因素本身都有一定的允許范圍，超出或達不到所要求的指標會起相反作用。基于上述原因，對這些因素進行探討很有必要。

一、農(nóng)藥參數(shù)

1. 農(nóng)藥含固率

濕粉碎應把農(nóng)藥與助劑配制成漿狀物料。如果物料的含固率過低，單位體積料液中固體顆粒少，介質研磨到農(nóng)藥粒子的機會就少，磨效反而降低。如果含固率過高，使農(nóng)藥之間的內(nèi)摩擦加劇，耗能也會增加。一般情況下，在具有一定流動性的情況下，含固率盡可能高一些。

2. 農(nóng)藥初始粒徑

砂磨機對農(nóng)藥主要是以研磨介質對其進行摩擦、剪切等形式完成粉碎。懸浮液往往是由農(nóng)藥、助劑、填料和水組成，這就難免有一些原藥的團塊或大顆粒。粒子所受的力與農(nóng)藥粒子的粒徑成反比，見表2-10。

這就是說，在同一個應力場中，7μm粒子所受應力是70μm粒子的100倍左右。由于砂磨機結構的限制，對小粒子的粉碎效率較高，所以在進入砂磨機前懸浮液應進行預分散。預分散可以用高速打漿機，也可以用各種乳化機，預分散能夠有效提高砂磨機的生產(chǎn)能力。當進入砂磨機的農(nóng)藥粒徑小于50μm時粉碎效率明顯提高，經(jīng)驗證明，進入砂磨機的粒子粒徑在50μm以下比較合適。

用砂磨機粉碎時研磨介質的直徑應為原始物料粒徑的10～20倍。例如，進入砂磨機的原藥最大粒徑為100μm，研磨介質直徑應為1～2mm。

二、助劑參數(shù)

物質的分散度越大，比表面積也越大，相應的表面自由焓也越大。當把邊長為1cm的立方體粉碎到邊長為1×10-7cm時，其表面積由6cm2增加到幾百萬倍，具有很高的表面自由焓的高度分散系統(tǒng)是熱力學不穩(wěn)定的，它必然會引起系統(tǒng)內(nèi)物料的理化性質的變化。

為了降低系統(tǒng)的表面自由焓，使其穩(wěn)定，就要降低系統(tǒng)的比表面積，因此已被粉碎的微粉將有重新聚結為大粒子的趨勢。分散與聚結在超微粉碎過程中同時存在，并且最后達到動態(tài)平衡。為了使粉碎向正方向移動，就要加入分散劑等物質，以防止其聚結。農(nóng)藥的濕粉碎離不開分散劑，分散劑的性能對研磨效率有直接影響。

1. 助劑的起泡性

助劑多為表面活性劑，易起泡是表面活性劑的性質之一，但加入農(nóng)藥懸浮液中的助劑起泡，使空氣進入懸浮液中，泡沫對研磨介質的撞擊起到一定的緩沖作用，降低了撞擊力，因此降低研磨效率。起泡性也是選擇助劑時控制的一個重要因素，如果選用的助劑易起泡沫，最好使用（立式）密閉式砂磨機或臥式砂磨機，必要時還要加入消泡劑。分散劑是助劑的一種，在所加入的助劑中，分散劑一般都占較大的比例，所以分散劑的起泡性對磨效的影響最大，表2-11是國外木質素類分散劑的起泡情況。

2. 分散劑加入量對磨效的影響

分散劑的助磨機理人們已經(jīng)熟知，加分散劑是農(nóng)藥濕式粉碎的必要條件。也就是說，沒有分散劑的加入農(nóng)藥幾乎不可能達到所要求的粒度。分散劑在農(nóng)藥顆粒的表面包圍一層電荷保護層，防止粉碎后再凝聚。隨著粉碎的進行，顆粒的比表面積迅速增大。當分散劑不能全部包圍顆粒表面時，已經(jīng)被磨碎的顆粒就有重新凝聚的趨勢。當這個可逆過程向負方向移動時，粉碎速率下降。但是，過多地加入分散劑會使農(nóng)藥表面形成較厚的保護層，一些未被吸附的分散劑不能溶解而形成團塊，輸入的能量大部分都消耗在粉碎分散劑的團塊上。另外，介質在較厚分散劑的表面上滑動并不能有效研磨農(nóng)藥粒子，所以研磨效率反而不高。分散劑的加入量應該控制在一個合適的范圍。

3. 木質素分散劑的磺化度

如果制劑配方中有木質素類分散劑，其磺化度對研磨效率的影響是不可忽略的問題。一般情況下，分子量小、磺化度高的分散劑溶解性能好，黏度低，助磨性能好，研磨效率高；而分子量大、磺化度低的分散劑溶解性能差，黏度高，泡沫多，研磨效率低。

木質素類磺酸鹽在水中生成大量的負電荷，包圍在農(nóng)藥粒子的表面，一般情況下，陰離子型分散劑能供給的電荷越多，分散體的穩(wěn)定性就越好。所以，高磺化度木質素分散劑的研磨效率就較高。

三、砂磨機參數(shù)

眾所周知，濕粉碎是高耗能過程，能量的有效利用率在0.01%～0.8%內(nèi)波動，見圖2-25。所以研究粉碎規(guī)律有較大的經(jīng)濟意義。

1. 砂磨機幾何關系

砂磨機的動力是由主軸帶動分散盤傳遞給研磨介質，研磨介質受分散盤的離心力作用向磨室壁運動，使介質沿徑向有一定的密度變化。能量主要集中在分散盤和磨室筒壁處，見圖2-26。

從理論上講，分散盤到磨室壁的距離越小越好。這個距離越小能量密度越高，粉碎效率越高。但是，這個距離越小越加劇研磨介質的磨損，工業(yè)用砂磨機都把這個間隙控制在一定范圍內(nèi)。各砂磨機制造企業(yè)都有自己的企業(yè)標準。

2. 分散盤型式

國內(nèi)外砂磨機的分散盤已經(jīng)有多種形式，如開口圓盤形、溝槽圓盤形、風車形、偏心盤形、棒狀形、布孔圓盤形、環(huán)形、螺旋形等。為了更好地進行能量傳遞，希望研磨介質獲得更大的徑向力，減少軸向流動。實踐證明，研磨操作出現(xiàn)軸向流動會降低剪切力，削弱能量傳遞，加寬粒度分布。分散盤的結構形式有的復雜有的簡單，結構過于復雜除不便加工外，還會加快分散盤的磨損。在各種分散盤中，圓盤形能夠有效降低軸向流動，避免介質和物料出現(xiàn)“短路”現(xiàn)象，目前使用較多的是圓盤形分散盤。

3. 磨室容積

通常認為，砂磨機的生產(chǎn)能力隨磨室容積的增加而增加。按理論計算，砂磨機的生產(chǎn)能力與磨室容積成正比。日本的試驗結果表明，砂磨機磨室容積在2～30L，生產(chǎn)能力與容積基本成正比。而60L以上的砂磨機情況略顯不同，實際生產(chǎn)情況與理論值差距較大，生產(chǎn)效率隨磨室容積的增大而降低。所以選擇砂磨機時應從生產(chǎn)能力和研磨效率的角度綜合考慮。

四、研磨介質參數(shù)

砂磨機對物料的粉碎靠研磨介質實現(xiàn)，將機械能傳遞給研磨介質，通過介質間產(chǎn)生的各種機械力對物料進行粉碎。因此，研磨介質的理化指標以及應用方法將直接影響砂磨機的使用效果。

1. 介質直徑對磨效的影響

砂磨機的粉碎是通過介質之間的擠壓、摩擦和剪切而實現(xiàn)的。兩介質球體間接觸產(chǎn)生一個區(qū)域，農(nóng)藥粒子只有進入這個區(qū)域內(nèi)才有可能被粉碎，這個區(qū)域稱為“活化區(qū)”，見圖2-27。

如果加入相同體積的研磨介質，小直徑要比大直徑磨效高，因為小直徑介質相比大直徑介質活化區(qū)增大。

曾經(jīng)做過一個實驗，分別用φ1mm和φ2mm玻璃介質在200mL的微型砂磨機中研磨除草劑，研磨到d97=3.3μm的時間分別為3h和5h，實驗的結果也證明了這一結論的正確性。但是，使用的研磨介質不能太小，介質太小摩擦產(chǎn)生的熱量多，會使料液升溫。農(nóng)藥是熱敏性物料，當料液達到一定溫度時，農(nóng)藥的熱運動加劇造成重新凝聚，磨效反而降低。介質直徑與原藥初始直徑有如下關系：

根據(jù)進入砂磨機原藥的粒度，砂磨機使用的介質直徑應在1～2mm，砂磨鍋使用的介質直徑應為3～5mm。

2. 研磨介質的均勻度

球形研磨介質也有均勻度（粒度分布）問題，對這個問題也有兩種說法，這兩種說法的結論恰好相反。一種從動力學的角度解釋，認為研磨介質的直徑盡可能要一致。以兩個球形介質為研究對象，如果球徑相等，它們的質量也相等，即m1=m2，在高速旋轉分散盤的帶動下能夠產(chǎn)生相同的速度，那么，m1v1=m2v2。也就是說，兩個等徑介質可以獲得相等的動量。相撞時，產(chǎn)生相同的擠壓力和剪切力。如果兩球不等，相撞時造成大球追小球的局面，磨效會下降。另一種說法從幾何學的角度考慮，認為如果大球和小球混裝，小球會充填大球的空隙，增多了介質的接觸點，可以提高研磨效率。據(jù)介紹，德國的Drais公司在設備的使用說明書中要求將幾種不同粒徑的介質按一定比例混裝。實踐證明，在具有一定的抗磨、抗沖擊性能的前提下，介質采取混裝效果頗佳。主要原因是在研磨的初始階段，料液中有較大的固體團塊，需要較大的撞擊力才能將其分散，大研磨介質能夠提供足夠的能量。當進入超微粉碎階段，需要利用介質的研磨特性，小介質可以起到這個作用。不同粒徑的研磨介質混裝，使不同粒徑的介質在不同階段發(fā)揮各自的優(yōu)勢，能夠達到預期目的。

3. 研磨介質的相對密度

對于同一種料液，介質的相對密度不同則磨效也不同。相對密度大的介質撞擊能量也較大，應該有較高的磨效。但事實并非如此，相對密度大的介質容易沉積到磨室的底部，介質之間的接觸點減少。從這個角度分析，追求介質的相對密度也不一定有更好的研磨效果。一般認為，研磨介質的相對密度應與料液的黏度和砂磨機的型式相適應。高黏度料液選擇大相對密度介質，低黏度選擇小相對密度介質。立式砂磨機選擇相對密度小的研磨介質。農(nóng)藥料液的黏度在0.04～0.08Pa·s，用高強度的玻璃珠（真相對密度在2.4～2.7）比較合適。相對密度超過3.0的研磨介質易沉積到底部，磨效反而降低。但當采用臥式砂磨機時，選擇相對密度為3.75的氧化鋯研磨介質效果很好，各種研磨介質的應用條件見表2-12。

4. 介質的球形度

介質在磨室中既有隨分散盤的公轉也有本身的自轉。顯然，自轉速度越高，產(chǎn)生的附加動能也就越大。如果球形度不好，自轉運動受阻，附加動能也就減小，在一定程度上影響了磨效，因此球形度越高越好。

5. 介質填充率

在各種能夠影響磨效的因素中，介質的填充率影響最為顯著。也就是說，它是影響磨效的主要因素。介質填充率不能過大，否則會產(chǎn)生大量的熱量，造成已經(jīng)被粉碎的粒子重新凝聚。介質的填充率前面已有介紹，臥式砂磨機填充率要高于立式砂磨機。

6. 介質表面光滑度

由于研磨介質生產(chǎn)方法不同，表面的光滑程度也不同。在介質粉碎物料的同時，本身也有一定的磨損。被研磨下來的介質材料就混入料液中，用通常的方法很難分離，對產(chǎn)品造成污染，這是生產(chǎn)者所不希望的。相同材料的研磨介質，磨耗率與表面光滑程度有關，表面光滑的介質耐磨性較好，所以選擇介質時一定認真觀察，表面有氣泡或有凸凹不平表面的介質最好不用。

7. 介質的機械強度

介質的機械強度主要是指在正常工作情況下介質抗壓、抗沖擊能力。對于金屬類介質一般不存在此類問題，而非金屬類介質機械強度的指標非常重要。國產(chǎn)玻璃介質的機械強度較差，1985年以來，生產(chǎn)企業(yè)改進了研磨介質生產(chǎn)工藝，試制成功了高強度玻璃珠，抗壓強度比普通玻璃珠提高了3.5～8倍，改善了介質的使用壽命。

五、過程參數(shù)對磨效的影響

1. 砂磨機的線速度

在其他幾何參數(shù)不變的情況下，分散盤應具有一定的線速度。假設在分散盤邊緣有一個質量為G的球形介質，以12m/s的線速度做圓周運動。如果分散盤的半徑為100mm，則產(chǎn)生的離心力是本身重力的147倍。實踐證明，試驗用半工業(yè)砂磨機的線速度為3～6m/s，工業(yè)用砂磨機的線速度為10～16m/s。

2. 料液溫度

砂磨機有60%的能量轉化為熱能損失掉，在產(chǎn)生大量熱量的同時也提高了料液溫度。料液溫度升高加劇了粒子的布朗運動，造成已被粉碎的粒子再凝聚。所以應控制料液溫度，注意冷卻效果。一般料液溫度在35～50℃時磨效較高。砂磨機內(nèi)溫度分布見圖2-28。

3. 研磨時間

隨著研磨時間的延長，農(nóng)藥粒子逐漸變小，當達到一定粒度時，再延長研磨時間已無實際意義，見圖2-29。圖中分別代表三種不同性質物料在研磨時表現(xiàn)出的規(guī)律，所以一定要恰當把握研磨終點時間，否則事倍功半，a、b、c分別表示對三種物料操作的最佳終點時間。

4. 砂磨機的流程設置

砂磨機是連續(xù)性研磨設備，農(nóng)藥通過一遍砂磨不能達到要求的粒度，這就要求多次通過砂磨機。通常采取的方法有兩個，一個方法是多臺串聯(lián)［見圖2-30（c）］，另一個方法是一臺循環(huán)［見圖2-30（a）、（b）、（d）］。

相對應的粒度分布見圖2-31。

當采用多臺砂磨機串聯(lián)的工藝流程，按照物料經(jīng)過的先后順序，裝入的研磨介質的直徑依次減小。物料經(jīng)過一遍研磨就可以達到要求的細度，三機串聯(lián)流程見圖2-32。

三機串聯(lián)流程中的第一臺砂磨機介質直徑為2.5～2mm；第二臺為1.8～1.2mm；第三臺為1.0～0.8mm。如果第一臺轉速為v1，第二臺為1.15v1，第三臺為1.25v1。料液通過三臺砂磨機總停留時間為5～12min，顆粒直徑可以達到5～1.0μm。

圖2-33、圖2-34為農(nóng)藥濕式粉碎常采用的設備的布置流程。

懸浮劑的質量主要由加工配方的組成、濕粉碎工藝及干燥工藝決定。這些質標有產(chǎn)品的商業(yè)質標、和應用質標。表2-13列出了農(nóng)藥濕式粉碎中易出現(xiàn)的問題和解決方法。