有机肥双模造粒机的工艺技术

有机肥双模造粒机的主体结构优化研究（一）造粒机在肥料工业中占有很重要的地位,是肥料生产线中的主要机械设备。目 前，国内肥料机械企业虽然在造粒机的设计、制造领域取得了很大进步，产品的 外观、性能指标不断提高，但是与国外同类型设备相比较，仍然存在结构不合理， 生产效率偏低、能耗偏高等缺陷，这极大地制约了肥料企业产品的市场竞争力。 研究有机肥双模造粒机理与结构优化技术，对提升我国有机肥行业产品的市场竞 争力、进而提升有机肥料设备机械整体设计、制造水平，促进有肥料工业的发展 具有重要的理论意义与实用价值。本公司研制的有机肥双模造粒机，通过机械结构原理分析与数值分析结合三 维设计软件对造粒机的结构进行了优化研究，通过2年多时间对10多种各种有 机肥发酵原料进行了试验与验证，最终提高了生产率、提高了产品品质，与现有 国内外同行业设备比较极大的降低了生产成本，取得了一系列的成效。下面综合介绍一下有机肥双模造粒机主要的技术工艺,解决方案包括以下方 面：（1）有机肥双模造粒机主体结构汇集了螺旋造粒技术、平模造粒技术、环模造 粒技术、即双向模具、双向压辊加螺旋推力组合的一种制粒新技术。（2）根据国家农业部颁发商品有机肥含水分标准，我们对环模、平模的模板压缩 比参数进行了优化计算设计，使造粒机在连续生产或停机后模孔不堵塞,模板损 耗费用大幅度降低（吨料模板耗材费用2-4元/t,压辊耗材费用1-2元/t,螺旋耗 材费用1-2元/t,吨料合计耗材费用4-8元/t）。（3）进料机.出料抛圆机采用变频PID控制运行，自动化程度高、装机容量： （C-40型主机功率30kw.C-60型主机功率55kw、生产能力分别为3-5t/h、 4-8t/h）、整机电耗较常规造粒设备降低30-60%以上，吨料最低造粒电耗V 7.5kw.h/t，具世界领先水平,（美国CPM公司、PCI公司、奥地利安德利兹等国 外公司制粒机吨料电耗9Kw.h/t）、我们在国内多个有机肥企业生产线配套造 粒运行，结果表明有机肥双模造粒机是能耗最低，生产率最高,（其造粒工段综合 电费吨料合计费用在5-10元/t）。（4）双模造粒机技术对平模与环模进行了组合优化，其模孔开孔率是目前国内 外压辊式造粒设备中模孔最多的专利技术（约5000多个模孔），生产验证，颗粒 抛圆成粒率95%以上,其颗粒产品后序不用（烘干）筛分处理。（5）有机肥双模造粒机在生产验证中，如果在有机质原料发酵完熟，其破碎、除 杂预处理及原料纤维细度（25-80目）合适、造粒粘合性适中，其造粒水分可以在 25%-40%幅度之间调正，造粒温度在40-60C,颗粒经冷却后水分可降低2-3%水分, 可以实现有机肥造粒后经冷却直接包装，省却了常规造粒设备在造粒后需烘干、 冷却、筛分、返料的工序，大大的减少了能耗，并且减去了在高温烘干中对产品养 分的消耗损失，（每吨降低烘干成本达40-80元/t）,（在有机.无机复混肥造粒生 产中如采用传统圆盘或转鼓造粒工艺氮元素在150C高温环境中有10%挥发在大 气中，其高温环境的温度与氮气挥发是呈正比的）。有机肥双模造粒机在生产验证中对大气污染的环境影响,对车间粉尘的控制， 劳动环境的影响，等等都是一个很好的改善，环保效益显著，是目前国内生产有机 肥、微生物肥、有机无机复混肥等企业厂家制粒装备更新换代技改的首选设备， 使有机肥企业在获得最大的经济效益的同时，实现了清洁生产和企业的可持续发 展,为发展我国的有机肥事业做更大的贡献。有机肥双模造粒专利新技术工艺与传统常规造粒工艺对比示意图有机肥双模造粒工艺流程图A有机肥（复合肥）造粒传统常规工艺流程图B近年来国外有关颗粒机的研究状况Keith C. Behnke介绍了环模颗粒机广泛应用于饲料加工业，具有降低饲料损耗、提高动物 生长性能等一系列优点；P. K. Adapa对干燥的与脱水的苜蓿草在相同的调制水分与温度下 进行了颗粒质量的对比试验，并建立了苜蓿草颗粒的硬度模型；Jens K. Holm建立了物料 通过环模模孔时的挤压力模型，并进行了试验验证。Tabil, L. Jr.研究了环模转速对颗粒 质量的影响，结果表明影响不是非常明显，Rolfe, L. A.则指出随环模转速的增高，挤压 力会减小，但是比机械能会增加，颗粒温度会升高。国外典型的环模颗粒机有：三辊式颗粒压制机三辊式颗粒压制机是以英国UMT公司为代表的一种典型颗粒压制机。国内外多家公 司均生产类似的产品，传动方式分为齿轮式和皮带式两种。UMT公司生产的皇冠牌三辊式颗 粒压制机均采用同步齿形带传动，其中350B型采用双电机同步齿形带一级传动，其他型号 均采用双电机三角带、同步齿形带二级传动。UMT颗粒压制机特点： 采用三辊式结构，配有专用导料板，喂料、挤压效果好。 采用同步齿形带双电机传动，负荷均匀，传动效率高，噪声低；机器外形长X宽 X高比例匀称。 采用摩擦片式液压过载保护装置，确保设备安全运行，复位方便。 配有自动润滑系统，确保机器运转正常。 环模外配置3把切刀，有利于出料颗粒均匀。 机体和机座采用钢板焊接后正火处理消除应力，结构轻巧，造型美观。 同少齿形带和主轴承使用寿命长，分别为34万小时和58年。UMT皇冠型双级传动颗粒压制机结构见图1-4。I.制触室&旁谑土辰物调节系统安装槽4一环模S,段棋册梨瓦传劫电机 7-V席带8-双驱动同步齿形带传前9.述我护1图L4 VMT皇冠型双圾骨劫颗粒压制机结构环模造粒机的主体结构优化设计齿轮传动式，以CPM公司的产品为代表：单级三角皮带传动式，以Buhler公司的产品为代 表：双电机三角皮带传动式，以Munch公司的产品为代表。世界各国生产的同类产品种类很 多，但原理和结构基本相同。CPM公司颗粒机CPM公司生产的颗粒压制机采用斜齿齿轮减速箱传动结构，齿轮减速箱可以通过手动 换挡实现双速交换。环模固定在大齿轮传递的空心轴上旋转，压辊则固定在用制动装置固定 的实心轴上，为动模型颗粒机。环模采用三分式环模夹固定，装拆方便，配有自动循环润滑 系统设备，使用更安全。主要结构见图1-5。1.调质器E蒸汽进曰梁叶惜列3,防尘密封4.过或保护5.主轴色单或双速卵动轴7,喂料调速电机S.不锈耦可调桨叶9一换模装.罚三分式环模夬M,峦到 速排料门13.进料导料板和制粒腔 图1-5 CPM会司颗粒压制机持构sw公司颗粒压制机SW公司生产的颗粒压制机有二辊式和三辊式结构，传动方式为齿轮式，速度分双速及单 速两种机型。大型颗粒机喂料采用强制喂料，确保进料量均匀稳定，三辊式装配及结构见图 1-6。图三耦式结构 Buhler公司颗粒压制机Buihler公司生产的颗粒压制机米用双压辊、环模式、单电机三角 皮带传动结构。单位生产效率高，运行费用低，结构比较简单，操作维修方便。系统可以方 便地实行自动润滑和自动控制。采用单电机侧传动，空心轴、环模、主轴、压辊和大皮带传 动等总成，外加皮带传动的张力等均由主轴尾部悬臂支承，承载负荷大、且属于偏载荷状态。 设计、验算和装配的配合要求较高。主要结构见图1-7。进料口上可调速供料器3.调质器4一温度计土颗粒机操作门&搭扣7.切刀调节杵8,腐察孔9谜板Q过朝排料门II一复位开凭2均料器13-压抠、压捉座和主辅M环模 国压模座、空心轴和大皮带轮16,压模座17-加油贿 很过载安全装置19,机座剥一倘操作门.换模装？T戏.颗粒出口 图1-7 RUhler公司生产的融粒压制结构 Munch公司颗粒压制机（环模）Munch公司生产的颗粒压制机有环模、锥形压辊平模颗粒机两种，环模颗粒压制机的结构 形式和英国UMT公司单级同步齿形带传动的形式基本相同Mt/nch公司环模颗粒压制机采 用三角带传动，大皮带轮的宽度比较宽，采用铸铁铸造整体机座，整机重量偏重，但运转平 稳、噪声低，大皮带轮的惯性作用有利于节能。环模的固定结构宜改用CPM三分式环模夹， 如采用螺栓固定式，则单侧操作大大延长了换模时间。系统可以实现自动润滑和自动控制。 主要结构见图1-8。I.操作门2喂料盆3一爵盘前定位环4.环模型5一用提轴6一环蛆座L同定蝶柱&空心轴9-大皮带推1队三角吱甫II.主电粗0机年13支撑架14-IB.制的及过技安全保护装置】9日|,前后铜荒网一主轴盛既队主釉雨蔑洗到甜一门密封条康.用辑底座29J1-32压幅安装总成30.1司;i螺栓鬻1-S MUiirh公司额粒压制粒结构 PCI公司新型颗粒压制机（动辊型）PCI型颗粒压制机是美国PCI公司专利产品，整机采用蒸汽闭压制粒系统。从螺旋喂料器 出口至颗粒机环模压制室处于正压状态，蒸汽压力控制在2070kPa，环模内料层厚度达到 3mm就可形成料封。整个物料流动和制粒成型过程相当于个较长时间闭压调质器（1.5 30s），调质效果好，制粒温度处于普通颗粒机和膨胀、膨化机之间。采用动辊式环模、压辊 组合，单级皮带或齿轮箱传动。结构简单、操作方便、制粒成本低。颗粒切料装置由电机传 动、切刀架、切刀等组成，电动机安装于操作门上。主要结构见图1-9。I一摞曜喂料器2削压装置3.调质器，主轴和用辍5.周定阵幅（5-蠡汽进口 7,排气曲I匿PCI装司新型顼粒压制机靖构由于PCI闭压颗粒机具有强制调质的功能，使用效果和价格性能比比较好。PCI系列闭 压颗粒机由于调质充分，肉鸡饲养试验结果表明增重效果明显。高粱、豆粕型同粮：03 周龄提高9.60%，36周龄提高1-32%:玉米豆粕型日粮：03周龄提高2.77%，36周 龄提高4.26%。淀粉的糊化度达到58%73% （高粱、豆粕型）和51%67%（玉米、豆粕型）。PCI系列闭压颗粒机目前有2种机型：PCI 1100（75100kW）及PCI 1200（150225kW）。 其中PCI 1100型配75kw主电动机，模孔尺寸为3.97mmX25.4 mm，产量为11t/h。大、小压辊式环模颗粒压制机大、小压辊式环模颗粒压制机在国际上使用并不普及，欧洲Walter公司已形成系列产品投 入市场。此类环模压辊组合方式实现了集大、小压辊制粒效果的优势，根据不同物料的特性，调整大、小压辊在环模中的相对位置，形成不同的挤压成形中心，使制粒腔内的物料达到均 衡，尤其对于难以制粒的物料更为有效，其主要结构见图1-10。-i=年三1卫操作门3.服模座4舟模5酒质器&主塔工大压雄土小反辗9,压辄座 lOjLjffifeSl 03息定销孔14.压辄周定前板15.喂料盆图大.小压舰式环模颗粒压制机错衿双环模颗粒压制机双环模颗粒压制机是伴随着饲料生产技术的发展而开发的又一种新型颗粒压制机。其基 本结构有2种形式：一类是前后环模组合型，另一类是内外环模组合型。基本工作原理类似 于二次制粒工艺，第一级环模、压辊组合粗制粒，采用大孔径、薄型环模，颗粒成形质量较 差，主要起到调质和预压缩的作用。第二级环模、压辊组合，根据加工产品的要求配置环模 的孔径和厚度。(1)前后组合式双环模颗粒压制机由意大利Berga公司设计和制造的PCM /P6型双环模颗粒压制机，主要工作原理，传动方 式和BQhler公司的颗粒机基本一致，主要差异在颗粒机的环模前增加一级环模。主要优点：从质量观点来看，改善了营养价值和粉化率指数(PDI)，降低了颗粒的易碎性： 从成本观点来看，降低了颗粒饲料生产和管理的成本。PCM / P6型颗粒压制机的结构见图 1-11。，现梅净1耳也冏定环4,后压规5.伍场* 6.S1S 期珏齿自.的压犯9.而后压脱用若机帽1Q,前耳摧座11.导料成U.胃足蜉栓 图1-11葫后沮合式超环摸卷粒压罚E站峋(2)内外组合式双环模颗粒压制机内外组合式双环模颗粒压制机为动辊式结构，其工作原理为：物料进入二辊式内环模预 制粒，环模的孔径为外环模孔径的1.61.8倍，挤出的大直径颗粒进入第二级四辊式环模再 制粒。传动方式分为两级，内环模压辊轴和外环模压辊轴，分别由2台电动机传动。专利 KD500型内外组合双环模颗粒压制机的主要技术参数：内压辊座主轴转速300r/min，内环 模孔径078mm，厚度4050mm，动力配备110kw150kw;外压辊座空心轴转速220r / min，外环模厚度100mm，环模孔径078mm，配用动力100220kW。英国Kerry公司开发的4050t / h内外组合双环模颗粒压制机的主要参数为：内压辊座 主轴转速300r / min，内环模孔径08mm，壁厚35 mm；外压辊座空心轴转速210r/min， 外环模孔径为04.5mm注机总动力为315kW。由i-u内外坦台我瑚环Alia薮压褊机蚌却广泛应用于高品质畜禽饲料、鱼用颗粒饲料、复合肥、棉籽壳及其他物料的制粒。