Как правильно выбрать гранулятор для вашей машины для гранулирования пластика

Гранулы могут быть «всего лишь» промежуточным продуктом, но их размер, форма и консистенция имеют значение для последующих операций обработки.
Это становится еще более важным, если принять во внимание постоянно растущие требования, предъявляемые к производителям смесей. Независимо от того, какое оборудование у них есть в настоящее время, оно никогда не подойдет для следующего испытания. Для увеличения количества продуктов могут потребоваться дополнительные мощности. Новый полимер или добавка могут оказаться слишком жесткими, мягкими или коррозионными для существующего оборудования. Или, возможно, для работы требуется другая форма гранул. В таких случаях производителям компаундов необходимы глубокие инженерные ноу-хау в области переработки и тесное сотрудничество с поставщиком оборудования для гранулирования.
Первый шаг в решении таких задач начинается с выбора оборудования. Наиболее распространенная классификация процессов гранулирования включает две категории, различающиеся по состоянию пластикового материала в момент его резки:
• Грануляция из расплава (горячая резка): расплав, поступающий из фильеры, почти сразу разрезается на гранулы, которые транспортируются и охлаждаются жидкостью или газом;
• Грануляция прядей (холодная резка): расплав, поступающий из фильерной головки, преобразуется в пряди, которые после охлаждения и затвердевания разрезаются на гранулы.
Вариации этих основных процессов могут быть адаптированы к конкретному исходному материалу и свойствам продукта при производстве сложных смесей. В обоих случаях промежуточные этапы процесса и различные степени автоматизации могут быть включены на любой стадии процесса.
Чтобы найти лучшее решение для ваших производственных требований, начните с оценки текущего положения дел, а также определения будущих потребностей. Разработать пятилетний прогноз материалов и необходимых мощностей. Краткосрочные решения очень часто со временем оказываются более дорогими и менее удовлетворительными. Хотя почти каждая линия гранулирования на предприятии по производству компаундов должна перерабатывать множество продуктов, любую конкретную систему можно оптимизировать только для небольшого диапазона всего ассортимента продукции.
Следовательно, все остальные продукты придется перерабатывать в компромиссных условиях.
Размер партии в сочетании с номинальной производительностью системы будет иметь очень сильное влияние на процесс гранулирования и выбор оборудования. Поскольку производственные партии компаундирования, как правило, довольно малы, гибкость оборудования часто является большой проблемой. К факторам относятся легкий доступ для чистки и обслуживания, а также возможность просто и быстро переходить от одного продукта к другому. Запуск и остановка системы гранулирования должны осуществляться с минимальными потерями материала.
Линия, использующая простую водяную баню для охлаждения ручья, часто является первым вариантом для установок компаундирования. Однако индивидуальная компоновка может существенно различаться в зависимости от требований пропускной способности, гибкости и степени интеграции системы. При гранулировании прядей полимерные нити выходят из фильерной головки, транспортируются через водяную баню и охлаждаются. После того, как пряди выйдут из водяной бани, остатки воды вытираются с поверхности при помощи всасывающего воздушного ножа. Высушенные и затвердевшие пряди транспортируются в гранулятор, а секция подачи втягивает их в камеру резки с постоянной скоростью линии. В грануляторе пряди разрезаются между ротором и станковым ножом на гранулы примерно цилиндрической формы. Их можно подвергнуть последующей обработке, такой как классификация, дополнительное охлаждение и сушка, а также транспортировка.
Если требуется непрерывное приготовление компаундов, при котором требуется меньшее количество смен продукта и производительность относительно высока, автоматизация может оказаться выгодной для снижения затрат при одновременном повышении качества. Такая автоматическая линия гранулирования стренги может использовать вариант гранулятора этого типа с самоскручиванием. Он характеризуется желобом для охлаждающей воды и перфорированной конвейерной лентой, которые заменяют охлаждающий лоток и линию испарения и обеспечивают автоматическую транспортировку в гранулятор.
Некоторые полимерные соединения довольно хрупкие и легко ломаются. Другие соединения или некоторые их ингредиенты могут быть очень чувствительны к влаге. Для таких материалов наилучшим решением является ленточный конвейер. Перфорированная конвейерная лента снимает пряди с матрицы и плавно подает их к режущему станку. Различные варианты распыления охлаждающей воды, распылителей, форсунок Вентури со сжатым воздухом, воздушного вентилятора или их комбинаций обеспечивают большую гибкость.

КОГДА ПОЙДАТЬ ПОД ВОДОЙ
Если предпочтительная форма гранул скорее сферическая, чем цилиндрическая, лучшей альтернативой является подводный резак с горячей головкой. Эта система с диапазоном производительности от примерно 20 фунтов/час до нескольких тонн/час применима ко всем материалам с термопластичными свойствами. В процессе работы расплав полимера разделяется на кольцо нитей, которые через кольцевую фильеру поступают в камеру резки, залитую технологической водой. Вращающаяся режущая головка в потоке воды разрезает полимерные нити на гранулы, которые немедленно выводятся из камеры резки. Гранулы транспортируются в виде суспензии в центробежную сушилку, где они отделяются от воды под действием вращающихся лопастей. Сухие окатыши выгружаются и доставляются на дальнейшую переработку. Вода фильтруется, темперируется и возвращается обратно в процесс.
Основные компоненты системы: режущая головка с режущей камерой, матрица и пусковой клапан, расположенные на общей несущей раме, представляют собой один основной узел. Все остальные компоненты системы, такие как контур технологической воды с байпасом, выпускное отверстие камеры резки, смотровое стекло, центробежная сушилка, ленточный фильтр, водяной насос, теплообменник и транспортная система, можно выбрать из широкого спектра аксессуаров и объединить в систему, специфичную для конкретной задачи.
В каждой системе подводного гранулирования внутри режущей камеры и фильеры существует хрупкое температурное равновесие. Матрица непрерывно охлаждается технологической водой и нагревается нагревателями фильерной головки и потоком горячего расплава. Снижение потерь энергии от фильеры в технологическую воду приводит к гораздо более стабильным условиям обработки и повышению качества продукции. Чтобы уменьшить эти тепловые потери, процессор может выбрать теплоизолирующую матрицу и/или переключиться на матрицу с жидкостным нагревом.
Многие соединения являются весьма абразивными, что приводит к значительному износу контактирующих частей, таких как вращающиеся лопасти и фильтрующие сетки в центробежной сушилке. Другие соединения могут быть чувствительны к механическому воздействию и сильно пылить. Для обоих этих специальных материалов новый тип сушилки гранул укладывает влажные гранулы на перфорированную конвейерную ленту, которая проходит через воздушный нож, эффективно отсасывая воду. Износ деталей машины, а также повреждение пеллет можно значительно уменьшить по сравнению с ударной сушилкой. Учитывая короткое время пребывания на ленте, обычно требуется какая-либо сушка после обезвоживания (например, с помощью псевдоожиженного слоя) или дополнительное охлаждение. Преимущества этого нового решения для безударной сушки гранул:
• Снижение производственных затрат благодаря длительному сроку службы всех частей, контактирующих с гранулами.
• Бережное обращение с пеллетами, что обеспечивает высокое качество продукции и меньшее образование пыли.
•Снижение энергопотребления, поскольку не требуется дополнительного энергоснабжения.

ДРУГИЕ ПРОЦЕССЫ ГРАНУЛИРОВАНИЯ
Некоторые другие процессы гранулирования довольно необычны в области производства компаундов. Самым простым и дешевым способом измельчения пластика до соответствующего размера для дальнейшей обработки может быть простое шлифование. Однако получаемая в результате форма и размер частиц крайне непостоянны. Некоторые важные свойства продукта также пострадают: объемная плотность резко уменьшится, а сыпучие свойства будут очень плохими. Вот почему такой материал будет приемлем только для некачественных применений и должен продаваться по довольно низкой цене.
Нарезка кубиками была распространенным процессом уменьшения размера с начала 20 века. Важность этого процесса неуклонно снижалась на протяжении почти 30 лет и в настоящее время вносит незначительный вклад в нынешний рынок пеллет.
Подводное гранулирование прядей представляет собой сложный автоматический процесс. Но этот метод производства используется в основном при производстве некоторых первичных полимеров, например полиэфиров, нейлонов и стирольных полимеров, и не имеет общего применения в современных рецептурах.
Грануляция с воздушным охлаждением поверхности матрицы — это процесс, применимый только для неклейких продуктов, особенно для ПВХ. Но этот материал чаще всего смешивают в смесителях периодического действия с нагревом и охлаждением и выгружают в виде сухих смесей. Лишь незначительное количество соединений ПВХ преобразуется в гранулы.
Водокольцевое гранулирование также является автоматической операцией. Но он также подходит только для менее липких материалов и находит свое основное применение при переработке полиолефинов, а также в некоторых второстепенных случаях при производстве компаундов.

ВЛИЯНИЕ НА СВОЙСТВА ПРОДУКТА

Выбор правильного процесса гранулирования включает в себя не только форму гранул и объем производительности. Например, температура пеллет и остаточная влажность обратно пропорциональны; то есть, чем выше температура продукта, тем ниже остаточная влажность. Некоторые соединения, например многие виды ТПЭ, являются липкими, особенно при повышенных температурах. Этот эффект можно измерить, подсчитав агломераты-двойники и кратные частицы в массе окатышей.
В подводной системе гранулирования такие агломераты липких гранул можно получать двумя способами. Во-первых, сразу после разрезания температура поверхности окатышей всего лишь примерно на 50° F выше температуры технологической воды, в то время как сердцевина окатышей все еще расплавлена, а средняя температура окатышей всего на 35–40° F ниже температуры плавления. Если две гранулы вступают в контакт, они слегка деформируются, создавая поверхность контакта между гранулами, которая может быть свободной от технологической воды. В этой зоне контакта затвердевшая оболочка немедленно расплавится за счет тепла, передаваемого от расплавленного ядра, и гранулы сольются друг с другом.
Во-вторых, после выгрузки окатышей из сушилки температура поверхности окатышей увеличивается за счет переноса тепла от сердцевины к поверхности. Если мягкие гранулы ТПЭ хранятся в контейнере, они могут деформироваться, поверхности теплого контакта между отдельными гранулами становятся больше, а адгезия увеличивается, что снова приводит к образованию агломератов. Это явление, вероятно, усиливается при меньшем размере гранул (например, микропеллет), поскольку отношение площади поверхности к объему увеличивается с меньшим диаметром.
Агломерацию гранул можно уменьшить, добавив в технологическую воду какое-либо воскоподобное вещество или измельчив поверхность гранул сразу после сушилки гранул.
Выполнение ряда пробных запусков гранулирования с постоянной производительностью даст вам представление о максимальной практической температуре гранул для данного типа материала и размера гранул. Все, что выше этой температуры, увеличит количество агломератов, а все, что ниже этой температуры, увеличит остаточную влажность.
В некоторых случаях операция гранулирования может оказаться расходной. Это справедливо только в тех случаях, когда первичные полимеры могут быть преобразованы непосредственно в готовые продукты — например, прямая экструзия ПЭТ-листа из полимерного реактора. Однако если сочетание добавок и других ингредиентов создает реальную ценность, прямая конверсия невозможна. Если гранулирование необходимо, всегда лучше знать возможные варианты.
ОБ АВТОРЕ
Хорст Мюллер присоединился к Automatik Plastics Machinery GmbH, ведущему немецкому производителю оборудования для гранулирования пластмасс, в 1997 году. Мюллер занимается проектированием, разработками, стандартизацией, управлением интеллектуальной собственностью, документацией и маркетингом.