敌百虫连续化造粒工艺

2022-05-05孟长春孙春楼

江苏工程职业技术学院学报 2022年1期

孟长春，吉伟，蒋俊，孙春楼

（南通江山农药化工股份有限公司，南通 226017）

敌百虫是一种磷酸酯类有机磷杀虫剂，1952年由德国拜耳公司研究开发，对昆虫以胃毒和触杀为主，具有高效、低毒、低残留、水溶性等特点，被广泛用于农林、园艺、畜牧、渔业、卫生等领域，用于防治双翅目、鞘翅目、膜翅目害虫等。[1-4]纯品敌百虫为白色晶体粉末，具有芳香气味，熔点为83℃～84℃。目前工业上主要以三氯乙醛和亚磷酸二甲酯为原料经重排缩合合成出液态敌百虫物料，液态敌百虫物料再进一步结晶得到固体。传统结晶工艺采用耐高温塑料袋对液态敌百虫进行人工灌装，经24 h～48 h固化成块，粉碎后即可得到敌百虫原药颗粒。该工艺存在以下几点缺陷：①生产所需场地的占地面积大，生产效率低；②包装材料浪费严重；③敌百虫在液包以及粉碎时会产生大量粉尘，影响操作人员的身体健康，造成职业伤害；④进行间歇性液体包装后，清理设备或场地会产生含磷量高的废水。针对敌百虫结晶工艺，刘安平等人[5]对传统敌百虫结晶工艺进行了改进，将液态敌百虫用电伴热加热以保证物料的流动性，再通过造粒机的布料器均匀滴落至钢带上进行冷却结晶，待形成晶体后将敌百虫晶体卸入粉碎机中，从而实现敌百虫原药连续化造粒。笔者结合刘安平等人的专利对敌百虫的结晶工艺进行了研究，经实践总结，摸索出敌百虫物料的实际结晶温度，并通过控制结晶潜热释放时间，保证物料流动性的同时满足连续化造粒需求，并将研究结果进行工业化应用。

1 敌百虫造粒小试工艺

1)仪器与物料。仪器：日本岛津高效液相色谱仪（型号：LC-20A）；黏度仪（上海精密仪表有限公司，型号：NDJ-5S）。物料：敌百虫原药（工业品，南通江山农药化工股份有限公司）。

2)试验方法。在1 L带有夹套的三口烧瓶中加入质量浓度为90%的敌百虫液态物料1 110 g，使用冷热一体机进行预热，控制夹套温度为85℃，开启搅拌；当物料全部熔解后，开启降温，控制水浴温度为70℃，一段时间后，物料开始变浑浊；测试物料黏度，当黏度为100厘泊～200厘泊时，使用胶头滴管将物料滴落至自制的不锈钢器皿内，观察25℃～30℃条件下物料析出坚硬固体的时间。为满足后续工业化生产要求，在此基础上使用冷热一体机提供不同冷却温度，摸索出不同冷却温度下敌百虫物料结晶潜热释放时间。通过控制结晶潜热释放时间，在实现造粒的同时保证物料的流动性，避免物料堵塞管道。

3)结果与讨论。如表1所示，将液态敌百虫物料直接滴落在25℃～30℃的钢板上进行造粒，小液滴容易在钢板上铺展，但在一段时间内一直是黏稠的固液混合物，需要约10 min后才有白色的敌百虫固体析出，故此时的温度不利于后期的连续化造粒。开启夹套冷却，降低物料温度后，液态敌百虫物料开始变浑浊，黏度较澄清液体略有上升，150 s后烧瓶内敌百虫物料逐步析出大量固体，物料开始放热，黏度增大；当物料黏度为150厘泊～200厘泊时，物料析出固体的时间进一步缩短。进一步延长物料析晶时间，物料黏度进一步增大，造粒时长进一步缩短，但物料的流动性变差，不利于后期连续化造粒生产。试验发现，敌百虫造粒较理想的物料黏度为150厘泊～200厘泊，此时物料的流动性较好，不易堵塞管道，同时造粒时长也能控制在2 min内，缩短了后续造粒机所需钢带长度，得到的敌百虫颗粒直径在3 mm～5 mm，能适应工业化生产需要。

表1 不同温度下敌百虫物料对应的黏度及造粒时长

为实现敌百虫连续化造粒工业化应用，在表1试验结果基础上进一步研究如何维持敌百虫物料的黏度，以满足后续连续化造粒的需求。试验发现，在50℃～70℃，夹套冷却水温度越低，结晶潜热释放时间越短，单位时间内放热量越大，温度值升得越大，越不利于造粒，较好的夹套冷却温度为70℃。控制水浴温度为70℃，对液体敌百虫物料进行冷却，能够较好地控制结晶过程中潜热的释放，让结晶过程中晶体析出来的速度变慢，从而稳定物料的黏度，保证物料流动性的同时满足造粒要求。如表2所示，通过探索外界冷却温度对敌百虫物料结晶的影响，确定在水浴温度70℃条件下，敌百虫物料结晶过程中的固含量在一段时间内能够稳定控制在合适范围。在此基础上，进一步尝试当结晶潜热大量释放后，物料黏度在逐渐增大时，加入新鲜的85℃的液态敌百虫物料来稀释原有物料，使物料黏度下降，试验发现，当加入量为原有物料的5%～20%时，物料的流动性就有明显改观，能满足造粒要求。

表2 冷却温度对敌百虫物料初结晶温度、温升变化及结晶潜热释放时长的影响

通过控制冷却温度和补充新鲜物料方式，能够稳定物料的黏度，保证物料流动性的同时，满足后续造粒要求，为实现敌百虫连续化造粒工业化生产提供理论支持。

2 敌百虫连续化造粒生产应用

在小试验基础上对敌百虫连续化造粒工艺进行工业化设计。[5-6]整体工艺流程如图1所示：在保温釜中加入7.2 t的敌百虫物料，使用热水给物料进行保温，控制敌百虫物料内部温度为70℃；打开底部物料阀门，启动保温釜出料泵，控制出料泵的流量为3 m3/h，将敌百虫物料输送至预结晶器中，通过预结晶器循环泵强制循环，加强换热，保证物料在较短的时间内形成带有晶体的浆料；经预结晶器冷却形成的部分结晶的敌百虫物料，通过回路管道重新回至保温釜中；在回路管道上，安装黏度仪，当黏度为100厘泊～200厘泊时，打开造粒机进料泵的进口阀门，启动造粒机进料泵，控制敌百虫浆料以1 m3/h的流量输送至造粒机的布料器中，通过布料器上的喷嘴，将敌百虫浆料进一步均匀喷至钢带上，钢带自带冷却水降温系统，敌百虫物料在钢带上进一步冷却降温，固化成型，能够在1 min～2 min内形成硬质半球状的敌百虫颗粒。钢带运转至终点时，用刮刀将敌百虫颗粒铲下，送入自动包装系统。为保证连续造粒，不断将物料以1 m3/h的速率加入保温釜中，与从预结晶器冷却后重新回至保温釜中的物料充分混合，以降低物料的黏度，确保保温釜中无固体料析出，实现连续化生产。在生产过程中，造粒机上安装的引风机将生产过程中的尾气引入尾气吸收装置，在钢带末端安装的刮刀直接将造粒好的直径为3 mm～5 mm的敌百虫颗粒铲入吨袋进行包装，避免人员直接接触敌百虫物料，降低了对操作人员的职业健康伤害。