Jak wybrać odpowiedni granulator do maszyny do granulowania tworzyw sztucznych

Pellet może być „jedynie” półproduktem, jednak jego wielkość, kształt i konsystencja ma znaczenie w późniejszych operacjach przerobu.
Staje się to jeszcze ważniejsze, gdy weźmie się pod uwagę stale rosnące wymagania stawiane producentom mieszanek. Bez względu na to, jaki sprzęt aktualnie posiadają, nigdy nie wydaje się on nadawać do następnego wyzwania. Coraz większa liczba produktów może wymagać dodatkowej wydajności. Nowy polimer lub dodatek może być zbyt twardy, miękki lub żrący dla istniejącego sprzętu. A może praca wymaga innego kształtu pelletu. W takich przypadkach wytwórcy mieszanek potrzebują dogłębnej wiedzy inżynieryjnej w zakresie przetwarzania i ścisłej współpracy z dostawcą sprzętu do granulowania.
Pierwszy krok w stawianiu czoła takim wyzwaniom rozpoczyna się od wyboru sprzętu. Najpopularniejsza klasyfikacja procesów granulowania obejmuje dwie kategorie, zróżnicowane ze względu na stan tworzywa sztucznego w momencie jego cięcia:
• Pelletowanie w stanie stopionym (cięcie na gorąco): Stop pochodzący z matrycy, która jest niemal natychmiast cięta na granulki, które są transportowane i chłodzone cieczą lub gazem;
• Granulowanie pasm (cięcie na zimno): Stop pochodzący z głowicy matrycy jest przekształcany w pasma, które po ochłodzeniu i zestaleniu są cięte na granulki.
Odmiany tych podstawowych procesów można dostosować do konkretnego materiału wejściowego i właściwości produktu w przypadku zaawansowanej produkcji związków. W obu przypadkach na każdym etapie procesu można uwzględnić pośrednie etapy procesu i różne stopnie automatyzacji.
Aby znaleźć najlepsze rozwiązanie dla swoich wymagań produkcyjnych, zacznij od oceny status quo, a także zdefiniowania przyszłych potrzeb. Opracuj pięcioletnią prognozę materiałów i wymaganych wydajności. Rozwiązania krótkoterminowe bardzo często po pewnym czasie okazują się droższe i mniej satysfakcjonujące. Chociaż prawie każda linia granulowania w mieszalniku będzie musiała przetwarzać różnorodne produkty, każdy system można zoptymalizować tylko pod kątem niewielkiego zakresu całego portfolio produktów.
W rezultacie wszystkie pozostałe produkty będą musiały być przetwarzane w warunkach kompromisowych.
Wielkość partii w połączeniu z nominalną wydajnością systemu będzie miała bardzo duży wpływ na proces granulowania i dobór maszyn. Ponieważ łączenie partii produkcyjnych jest zwykle raczej małe, elastyczność sprzętu jest często dużym problemem. Czynniki te obejmują łatwy dostęp do czyszczenia i serwisu oraz możliwość prostego i szybkiego przejścia z jednego produktu na drugi. Rozruch i wyłączenie systemu granulującego powinno wiązać się z minimalnymi stratami materiału.
Linia wykorzystująca prostą kąpiel wodną do chłodzenia pasma często jest pierwszą opcją w przypadku instalacji mieszających. Jednakże indywidualny układ może się znacznie różnić ze względu na wymagania dotyczące przepustowości, elastyczności i stopnia integracji systemu. Podczas granulowania pasm pasma polimeru opuszczają głowicę matrycy, są transportowane przez łaźnię wodną i chłodzone. Po opuszczeniu kąpieli wodnej przez pasma, resztki wody są wycierane z powierzchni za pomocą noża ssącego. Wysuszone i zestalone pasma transportowane są do granulatora, gdzie sekcja podająca wciąga je do komory tnącej ze stałą prędkością linii. W granulatorze pasma są cięte pomiędzy rotorem a nożem dolnym na mniej więcej cylindryczne peletki. Można je poddać dodatkowej obróbce, takiej jak klasyfikacja, dodatkowe chłodzenie i suszenie, a także transport.
Jeśli wymagane jest ciągłe mieszanie, podczas którego wymagana jest mniejsza liczba zmian produktu, a wydajność jest stosunkowo duża, automatyzacja może być korzystna w obniżaniu kosztów przy jednoczesnym zwiększaniu jakości. Taka automatyczna linia do granulowania pasm może wykorzystywać samoskrętną odmianę tego typu granulatora. Charakteryzuje się zjeżdżalnią wody chłodzącej i perforowanym przenośnikiem taśmowym, które zastępują rynnę chłodniczą i linię odparowania oraz zapewniają automatyczny transport do granulatora.
Niektóre związki polimerowe są dość delikatne i łatwo pękają. Inne związki lub niektóre ich składniki mogą być bardzo wrażliwe na wilgoć. W przypadku takich materiałów najlepszym rozwiązaniem jest granulator taśmowy. Perforowany przenośnik taśmowy odbiera pasma z matrycy i płynnie przenosi je do krajarki. Różne opcje natrysku wody chłodzącej, mgiełki, dysze Venturiego na sprężone powietrze, wentylator powietrza lub ich kombinacje zapewniają dużą elastyczność.

KIEDY WYJŚĆ POD WODĘ
Jeśli preferowany kształt peletu jest bardziej kulisty niż cylindryczny, najlepszą alternatywą jest podwodny przecinak z gorącą powierzchnią. Dzięki zakresowi wydajności od około 20 funtów/godz. do kilku ton/godz. system ten ma zastosowanie do wszystkich materiałów zachowujących się termoplastycznie. Podczas pracy stop polimeru jest dzielony na pierścień pasm, które przepływają przez pierścieniową matrycę do komory cięcia zalanej wodą procesową. Obracająca się głowica tnąca w strumieniu wody tnie pasma polimeru na granulki, które są natychmiast wyprowadzane z komory cięcia. Pelety transportowane są w postaci zawiesiny do suszarki wirówkowej, gdzie oddzielane są od wody poprzez działanie obracających się łopatek. Suchy pellet jest wyładowywany i dostarczany do dalszego przetwarzania. Woda jest filtrowana, podgrzewana i zawracana do procesu.
Główne elementy systemu – głowica tnąca z komorą tnącą, płytą matrycy i zaworem rozruchowym, wszystko na wspólnej ramie nośnej – stanowią jeden główny zespół. Wszystkie pozostałe komponenty systemu, takie jak obieg wody procesowej z obejściem, wylot komory cięcia, wziernik, suszarka odśrodkowa, filtr taśmowy, pompa wodna, wymiennik ciepła i system transportowy, można wybrać z szerokiej gamy akcesoriów i połączyć w system dostosowany do konkretnego zadania.
W każdym podwodnym systemie granulowania w komorze cięcia i płycie matrycy istnieje delikatna równowaga temperatur. Płyta matrycy jest stale chłodzona wodą procesową i podgrzewana przez grzejniki głowicy i przepływ gorącego stopu. Zmniejszenie strat energii z płyty matrycy do wody procesowej skutkuje znacznie stabilniejszymi warunkami przetwarzania i wyższą jakością produktu. Aby zmniejszyć tę utratę ciepła, procesor może wybrać matrycę izolującą termicznie i/lub przejść na matrycę podgrzewaną płynem.
Wiele związków ma właściwości ścierne, co powoduje znaczne zużycie części stykowych, takich jak wirujące łopatki i sita filtrów w suszarce wirówkowej. Inne związki mogą być wrażliwe na uderzenia mechaniczne i generować nadmierne zapylenie. W przypadku obu tych specjalnych materiałów nowy typ suszarki do pelletu osadza mokre pelety na perforowanym przenośniku taśmowym, który przemieszcza się przez nóż powietrzny, skutecznie odsysając wodę. Zużycie części maszyny, a także uszkodzenie pelletu można znacznie zmniejszyć w porównaniu z suszarką udarową. Biorąc pod uwagę krótki czas przebywania na taśmie, zazwyczaj wymagane jest pewnego rodzaju suszenie po odwadnianiu (np. w złożu fluidalnym) lub dodatkowe chłodzenie. Zalety tego nowego, bezudarowego rozwiązania do suszenia peletu to:
• Niższe koszty produkcji ze względu na długą żywotność wszystkich części mających kontakt z peletami.
• Delikatne obchodzenie się z pelletem, co zapewnia wysoką jakość produktu i mniejsze wytwarzanie pyłu.
• Zmniejszone zużycie energii, ponieważ nie jest konieczne dodatkowe zasilanie.

INNE PROCESY GRELETOWANIA
Niektóre inne procesy granulowania są raczej nietypowe w dziedzinie mieszania. Najłatwiejszym i najtańszym sposobem rozdrobnienia tworzyw sztucznych do odpowiednich rozmiarów w celu dalszej obróbki może być prosta operacja szlifowania. Jednakże powstały kształt i rozmiar cząstek są wyjątkowo niespójne. Niektóre ważne właściwości produktu również ucierpią na negatywnym wpływie: gęstość nasypowa drastycznie spadnie, a właściwości swobodnego przepływu masy będą bardzo słabe. Dlatego taki materiał będzie akceptowalny tylko w gorszych zastosowaniach i musi być sprzedawany po raczej niskich kosztach.
Krojenie w kostkę było powszechnym procesem zmniejszania rozmiaru od początku XX wieku. Znaczenie tego procesu stale maleje od prawie 30 lat i obecnie ma znikomy wkład w obecny rynek pelletu.
Podwodne granulowanie pasm to wyrafinowany proces automatyczny. Jednak tę metodę produkcji stosuje się głównie do produkcji niektórych pierwotnych polimerów, takich jak poliestry, nylony i polimery styrenowe, i nie ma ona powszechnego zastosowania we współczesnym procesie mieszania.
Granulowanie z matrycą chłodzoną powietrzem jest procesem mającym zastosowanie wyłącznie do produktów nielepkich, zwłaszcza PVC. Jednak materiał ten jest częściej mieszany w mieszalnikach okresowych z ogrzewaniem i chłodzeniem i odprowadzany w postaci suchych mieszanek. Tylko znikome ilości związków PCW przekształcane są w pelety.
Granulowanie z pierścieniem wodnym jest również operacją automatyczną. Nadaje się jednak również tylko do mniej lepkich materiałów i znajduje swoje główne zastosowanie w recyklingu poliolefin oraz w niektórych mniejszych zastosowaniach przy mieszaniu.

WPŁYW NA WŁAŚCIWOŚCI PRODUKTU

Wybór odpowiedniego procesu granulowania wymaga rozważenia czegoś więcej niż tylko kształtu peletek i objętości przerobu. Na przykład temperatura peletu i wilgotność resztkowa są odwrotnie proporcjonalne; to znaczy, im wyższa temperatura produktu, tym niższa wilgotność resztkowa. Niektóre związki, takie jak wiele rodzajów TPE, są lepkie, szczególnie w podwyższonych temperaturach. Efekt ten można zmierzyć, zliczając aglomeraty – bliźniacze i wielokrotne – w masie peletek.
W podwodnym systemie granulowania takie aglomeraty lepkich peletek można wytwarzać na dwa sposoby. Po pierwsze, bezpośrednio po cięciu temperatura powierzchni peletu jest tylko o około 50°F wyższa od temperatury wody technologicznej, podczas gdy rdzeń peletu jest nadal stopiony, a średnia temperatura peletu jest tylko o 35° do 40°F niższa od temperatury stopu. Jeśli zetkną się dwa pelety, odkształcają się one nieznacznie, tworząc powierzchnię styku pomiędzy peletami, która może być wolna od wody procesowej. W tej strefie kontaktu zestalony naskórek natychmiast się stopi pod wpływem ciepła przenoszonego ze stopionego rdzenia, a peletki stopią się ze sobą.
Po drugie, po wyładowaniu peletek z suszarki, temperatura ich powierzchni wzrasta w wyniku transportu ciepła z rdzenia na powierzchnię. Jeśli miękkie peletki TPE są przechowywane w pojemniku, peletki mogą się odkształcać, ciepłe powierzchnie styku pomiędzy poszczególnymi peletami stają się większe i zwiększa się przyczepność, co ponownie prowadzi do aglomeratów. Zjawisko to prawdopodobnie nasila się w przypadku mniejszych granulek – np. mikropeletek – ponieważ stosunek pola powierzchni do objętości wzrasta wraz z mniejszą średnicą.
Aglomerację pelletu można zmniejszyć dodając do wody technologicznej pewną ilość substancji woskopodobnej lub sproszkując powierzchnie pelletu bezpośrednio za suszarką peletu.
Wykonanie kilku testów granulacji przy stałej wydajności pozwoli uzyskać wyobrażenie o maksymalnej praktycznej temperaturze peletek dla tego rodzaju materiału i wielkości peletek. Wszystko powyżej tej temperatury zwiększy ilość aglomeratów, a wszystko poniżej tej temperatury spowoduje wzrost wilgoci resztkowej.
W kilku przypadkach operacja granulowania może być zbędna. Dotyczy to tylko zastosowań, w których pierwotne polimery można przekształcić bezpośrednio w gotowe produkty – na przykład bezpośrednie wytłaczanie arkusza PET z reaktora polimerowego. Jeśli jednak połączenie dodatków i innych składników dodaje realną wartość, bezpośrednia konwersja nie jest możliwa. Jeśli konieczne jest granulowanie, zawsze najlepiej jest znać dostępne opcje.
O AUTORZE
Horst Mueller dołączył do Automatik Plastics Machinery GmbH, wiodącego niemieckiego producenta sprzętu do granulowania tworzyw sztucznych, w 1997 roku. Mueller zajmuje się inżynierią, rozwojem, standaryzacją, administracją własności intelektualnej, dokumentacją i marketingiem.