吡丙醚系列懸浮劑自動化加工工藝研究

苑志軍，成慶勇，郭 聰，徐海燕，張芝平

（上海生農生化制品股份有限公司，上海 201613）

智能化懸浮劑加工車間是利用計算機技術、自動化技術和信息化集成技術，通過液體投料自動化、粉塵除塵自動化、VOC處理自動化，懸浮劑生產的連續化和生產工藝精細化，以實現智能化生產。上海生農生化制品股份有限公司于2017年5月建成國內首家智能化懸浮劑加工車間，其設計并完成智能中控系統，通過智能中控系統，實現投料、配料、砂磨和過濾的中間過程智能化管理，無需人員參與，節省勞動力成本。PLC（可編程邏輯控制器）系統對懸浮劑的整個加工工藝進行控制，采用了大量的數據性能探測和傳感裝置，對懸浮劑生產過程中的物料參數、設備性能參數進行實時監控和及時傳輸，便于操作人員對物料和設備監督、及時調試，最終保證產品質量。剪切攪拌裝置采用梅特勒電子稱重模塊，精確度高，在中控系統的工藝流程圖中將物料重量在大屏幕顯示，實現現場無人操作。此外在除塵方面，采用先進的水幕除塵，并且與固體料倉設置了聯鎖裝置，即開啟料倉門系統默認打開除塵裝置，實現操作環境無粉塵的安全化，車間還設置VOC處理裝置，采用活性炭吸附，去除車間的異味，有效降低環境危害。

最易被生物體捕獲并能取得最佳防治效果的農藥霧滴直徑或尺度為生物最佳粒徑。農藥霧化后可形成不同細度的霧滴。但對于某種特定的生物體或生物體上某一特定部位，只有一定細度的霧滴能被捕獲并發揮藥效。這種現象總結為生物最佳粒徑理論[1]，而懸浮劑本身的懸浮顆粒粒徑，是影響噴霧霧滴的粒徑大小的主要決定因素，粒徑在一定范圍內可以更好的發揮最佳生物效果。根據物理化學原理，小顆粒的溶解度與其粒徑有關，粒徑愈小，其溶解度愈大，易發生奧氏熟化現象，而粒徑越大，則會影響制劑的懸浮率指標，因此懸浮劑的生產需要對粒徑進行嚴格的控制，使其處于最佳的粒徑范圍[2]。

1 實驗部分

1.1 試驗藥劑

10%吡丙·吡蟲啉懸浮劑（商品名：施定益）、20%甲維·吡丙醚懸浮劑（商品名：愛秋）、30%吡丙·蟲螨腈懸浮劑（商品名：穩敵），上海生農生化制品股份有限公司。

1.2 儀器設備

RTSM-60AJ圓盤式臥式砂磨機、95%氧化鋯珠（0.8～1.0 mm、1.2～1.4 mm），上海儒特機電設備有限公司；S4B03-1250/T棒硝式臥式砂磨機，耐馳（上海）機械儀器有限公司；FMB220弗魯克高剪切分散乳化機、FJSX200捷流式剪切機（捷流分散混合機）、FDX1-165在線剪切機，上海弗魯克科技發展有限公司；BT-9300Z激光粒度儀，丹東百特儀器有限公司；HPLC-1200液相色譜儀，安捷倫科技有限公司。

1.3 工藝流程

智能化懸浮劑加工工藝采用二級砂磨串聯，利用前后緩沖釡實現連續化生產。液體物料采用隔膜泵自動進料和自動稱量，粉體物料利用螺桿進料裝置進入前剪切釡中，通過高剪切和錨式攪拌達到均質目的，混懸液通過中控系統的控制進入在線剪切、前緩沖釡、一級砂磨、二級砂磨、成品剪切、放料等工藝，在每個工藝過程中增加溫度監測、數據傳感裝置、設備穩定性監控和報警系統，成品剪切工藝階段加入黃原膠水溶液，剪切完成后進行中檢測。

圖1 智能化懸浮劑工藝流程圖

1.4 性能指標

吡丙醚系列懸浮劑有效成分質量分數、懸浮率分別參考企業標準：《10%吡丙·吡蟲啉懸浮劑》（Q31/0117000121C044—2017）、《20%甲維·吡丙醚懸浮劑》（Q31/0117000121C011—2017）、《30%吡丙·蟲螨腈懸浮劑》（Q31/0117000121C041—2017）。

2 結果與分析

2.1 剪切設備的選型

剪切式均質技術作為新型微米技術，已廣泛應用于食品、醫藥、輕工、微生物等諸多行業，并得到迅速發展，已成為這些行業對有關流體、半流體產品品質所必不可少的工藝過程[3]。其工作原理為：物料經初粉碎后，與大量水混合物，使物料有一定的流動性。轉子（帶葉片）高速旋轉產生強大的離心力場，在轉子中心形成的負壓區，料液（纖維物料與流體混合物）從定轉子中心被吸入，在離心力作用下，物料由中心向四周擴散，在向四周擴散過程中，物料首先受到葉片的攪拌、并在葉片端面與定子齒圈內側窄隙間被剪切，然后進入內圈轉齒與定齒的窄小間隙內，在機械力和流體力學效應的作用下，產生很大的剪切、摩擦、撞擊以及物料間的相互碰撞和摩擦作用使物料破碎。隨著轉齒的線速度由內圈向外圈逐漸加快，粉碎環境不斷改善，物料在向外圈運動過程中受到越來越強烈的剪切、摩擦、沖擊、碰撞等作用而被粉碎得越來越細[4]。

在對3個吡丙醚系列懸浮劑的剪切設備研究應用中，分別對截流式剪切和高剪切進行了詳細的粒徑對比，不同剪切形式對粒徑影響結果見表1。

由表1可以看出，在同樣處理時間的條件下，高剪切設備處理的3個懸浮劑產品，其D50、D90粒徑均小于截流式剪切設備相應粒徑，表明高剪切設備更能滿足剪切均質的要求。3個產品高剪切后粒徑圖譜見圖2。

表1 不同剪切形式對粒徑的影響μm

圖2 高剪切粒徑

2.2 在線剪切設備的驗證

管線式剪切均質是在電機的高速運轉下，物料在轉子與定子狹窄間隙高速運動，在機械運動和離心力的作用，物料承受高速剪切均勻混合，研磨破碎、攪拌乳化等。3個產品在線剪切粒徑變化對比見表2。在線剪切粒徑圖譜見圖3。

由圖3可知，在線剪切工藝后，物料的粒徑有所降低，降幅不明顯。對比圖2和圖3可知，在線剪切后，物料的粒徑均勻度提高，大顆粒粒徑的數量減少，結果表明在線剪切設備有助于改善產品的粒徑范圍。

表2 在線剪切前后粒徑的變化結果μm

圖3 在線剪切粒徑

2.3 一級砂磨機進料速度的調試

砂磨是懸浮劑生成工藝中最重要的環節，需要把前處理的物料砂磨到一定細度，便于優化藥效和理化指標。影響砂磨機砂磨效率的因素有砂磨機類型、鋯珠填充率、鋯珠純度、砂磨時間、物料流量等。本實驗一級砂磨采用盤式砂磨機、95%氧化鋯珠，分別對鋯珠填充率和物料流量進行研究。一級砂磨機鋯珠填充率對物料粒徑結果見表3。由表3數據發現，鋯珠填充量越多，物料粒徑越小，砂磨效果越好，因此3個產品一級砂磨鋯珠填充量均選擇填充率85%。

表3 一級砂磨機鋯珠填充率對物料粒徑的影響 μm

一級砂磨機物料流量對物料粒徑的影響見表4。

由表4可知，10%吡丙·吡蟲啉SC進料量速度越大，物料粒徑越大；20%甲維·吡丙醚SC物料進料量在360 kg/h時，收益最高；30%吡丙·蟲螨腈SC物料流量為420 kg/h時，收益最高。結合產能和生產效率因素，10%吡丙·吡蟲啉SC和20%甲維·吡丙醚SC選擇物料進料流量為360 kg/h，30%吡丙·蟲螨腈SC選擇物料進料流量為420 kg/h。

表4 一級砂磨機物料流量對粒徑的影響 μm

2.4 二級砂磨機鋯珠填充率調試

二級磨砂工藝是將顆粒砂磨到理想粒徑的工藝過程，因此二級砂磨采用棒削式砂磨機，以滿足粒徑需求。二級磨砂機鋯珠填充率對物料粒徑影響結果見表5。

由表5可知，二級磨砂機鋯珠填充率越高，所制物料粒徑越小。10%吡丙·吡蟲啉SC和20%甲維·吡丙醚SC隨著鋯珠填充率為由60%上升至85%時，其磨砂物料粒徑逐漸減小，但30%吡丙·蟲螨腈SC鋯珠填充率為85%時的物料粒徑與填充率為80%時的物料粒徑差異較小，因此10%吡丙·吡蟲啉SC和20%甲維·吡丙醚SC二級磨砂機選用85%鋯珠填充率，30%吡丙·蟲螨腈SC二級磨砂機選用80%鋯珠填充率。

表5 二級砂磨機鋯珠填充率對物料粒徑的影響 μm

2.5 二級砂磨機物料流量調試

二級砂磨機物料流量對物料粒徑影響結果見表6。

由表6可以看出，10%吡丙·吡蟲啉SC物料流量為300 kg/h時，砂磨粒徑最好，但產能較低，物料流量控制在360 kg/h時，其粒徑也符合應用需求，因此，10%吡丙·吡蟲啉SC二級磨砂機物料流量定為360 kg/h。20%甲維·吡丙醚SC和30%吡丙·蟲螨腈SC隨著物料流量的增加，顆粒粒徑逐漸減小，但物料流量為420 kg/h時，其顆粒粒徑符合應用要求，綜合產能和成本考慮，20%甲維·吡丙醚SC和30%吡丙·蟲螨腈SC二級磨砂機物料流量選擇420 kg/h。

表6 二級砂磨機物料流量對物料粒徑的影響 μm

2.6 最佳工藝參數的確定

通過以上工藝參數的研究，確定了吡丙醚系列懸浮劑產品的不同生產工藝，為進一步驗證工藝的可靠性，按上述工藝參數對3個吡丙醚懸浮劑產品進行工業化生產，并按照產品標準進行檢測，結果見表7。吡丙醚系列懸浮劑的企業標準（上海生農生化制品有限公司）見表8。

由表7可知，根據設定的工藝參數進行工業化生產，產品各項指標符合標準，其粒徑范圍滿足實際應用需求。

表7 吡丙醚系列懸浮劑檢測結果

表8 吡丙醚系列懸浮劑企業標準%

3 結論

本文研究了工業化條件下的物料粒徑控制參數，高剪切設備可以很好的控制砂磨前物料的粒徑，為后期的砂磨工藝提供基礎。在線剪切設備雖然不能進一步減小前處理的顆粒粒徑，但可以改善粒徑范圍，使得粒徑更加均勻一致。最終確定10%吡丙·吡蟲啉SC的最佳砂磨工藝參數為一級砂磨物料流量360 kg/h，鋯珠填充率為85%；二級砂磨物料流量360 kg/h，鋯珠填充率85%。20%甲維·吡丙醚SC一級砂磨物料流量360 kg/h，鋯珠填充率85%；二級砂磨物料流量420 kg/h，鋯珠填充率為85%；30%吡丙·蟲螨腈SC一級砂磨物料流量420 kg/h，鋯珠填充率85%；二級砂磨物料流量420 kg/h，鋯珠填充率為80%。不同產品由于其藥劑本身的粘度、物料硬度不同，所需的鋯珠填充率和物料流量也不同，需要在生產過程中進一步摸索和建立最佳的生產條件。