Як вибрати правильний гранулятор для вашої машини для гранулювання пластику

Гранули можуть бути «тільки» проміжним продуктом, але їх розмір, форма та консистенція мають значення для наступних операцій обробки.
Це стає ще важливішим, якщо врахувати постійно зростаючі вимоги до компаундерів. Незалежно від того, яке обладнання вони зараз мають, воно ніколи не здається придатним для наступного виклику. Для збільшення кількості продуктів може знадобитися додаткова потужність. Новий полімер або добавка можуть бути занадто жорсткими, м’якими або агресивними для існуючого обладнання. Або, можливо, робота вимагає іншої форми гранул. У таких випадках компаундувальникам потрібні глибокі інженерні ноу-хау з переробки та тісна співпраця з постачальником обладнання для пелетування.
Перший крок у вирішенні таких завдань починається з вибору обладнання. Найпоширеніша класифікація процесів гранулювання включає дві категорії, що розрізняються за станом пластикового матеріалу під час його різання:
• Пелетування з розплаву (гаряче різання): розплав, що надходить із матриці, який майже одразу розрізається на гранули, які транспортуються та охолоджуються рідиною або газом;
• Пелетування ниток (холодне різання): розплав, що надходить із головки матриці, перетворюється на стрічки, які після охолодження та затвердіння розрізаються на гранули.
Варіанти цих основних процесів можуть бути пристосовані до конкретних вхідних матеріалів і властивостей продукту в складному виробництві компаундів. В обох випадках проміжні етапи процесу та різні ступені автоматизації можуть бути включені на будь-якому етапі процесу.
Щоб знайти найкраще рішення для ваших виробничих вимог, почніть з оцінки статус-кво, а також визначення майбутніх потреб. Розробити п'ятирічний прогноз матеріалів і необхідних потужностей. Короткострокові рішення дуже часто виявляються дорожчими та менш задовільними через певний період часу. Хоча майже на кожній лінії пелетування компаундера доведеться обробляти різноманітні продукти, будь-яка система може бути оптимізована лише для невеликого діапазону всього портфоліо продуктів.
Отже, всі інші продукти доведеться переробляти в компромісних умовах.
Розмір партії в поєднанні з номінальною потужністю системи матиме дуже сильний вплив на процес гранулювання та вибір обладнання. Оскільки виробничі партії компаундування, як правило, досить малі, гнучкість обладнання часто є великою проблемою. Фактори включають легкий доступ для чищення та обслуговування, а також можливість простого та швидкого переходу від одного продукту до іншого. Запуск і зупинка системи пелетування повинні включати мінімальні відходи матеріалу.
Лінія, яка використовує просту водяну баню для охолодження нитки, часто є першим варіантом для комбінування рослин. Однак індивідуальний макет може значно відрізнятися через вимоги до пропускної здатності, гнучкості та ступеня системної інтеграції. Під час гранулювання полімерні нитки виходять із головки матриці, транспортуються через водяну баню й охолоджуються. Після того, як пасма залишають водяну баню, залишки води витирають з поверхні за допомогою всмоктуючого повітряного ножа. Висушені та затверділі пасма транспортуються до гранулювача, втягуючись у різальну камеру секцією подачі з постійною швидкістю лінії. У гранулювачі нитки між ротором і опорним ножем розрізаються на приблизно циліндричні гранули. Вони можуть бути піддані наступній обробці, як-от класифікація, додаткове охолодження та сушіння, а також транспортування.
Якщо необхідне безперервне компаундування, де задіяно менше змін продукту, а потужності відносно високі, автоматизація може бути вигідною для зниження витрат при підвищенні якості. Така автоматична лінія гранулювання ланцюгів може використовувати самокрутну варіацію цього типу гранулювача. Це характеризується ковзанням охолоджувальної води та перфорованою конвеєрною стрічкою, які замінюють охолоджувальний жолоб і лінію випаровування та забезпечують автоматичне транспортування в пелетизатор.
Деякі полімерні сполуки досить крихкі і легко руйнуються. Інші сполуки або деякі з їхніх інгредієнтів можуть бути дуже чутливими до вологи. Для таких матеріалів кращою відповіддю є стрічковий гранулятор стрічкового конвеєра. Перфорована конвеєрна стрічка забирає нитки з матриці та плавно передає їх до різального пристрою. Різноманітні варіанти розбризкування охолоджувальної води, мистерів, матриць Вентурі зі стисненим повітрям, повітряного вентилятора або їх комбінації забезпечують значну гнучкість.

КОЛИ ПІДХОДИТИ ПІД ВОДУ
Якщо бажана форма гранули більше сферична, ніж циліндрична, найкращою альтернативою є підводний різак з гарячою поверхнею. З діапазоном продуктивності від приблизно 20 фунтів/год до кількох тонн/год ця система застосовна до всіх матеріалів з термопластичною поведінкою. Під час роботи розплав полімеру поділяється на кільце ниток, які протікають через кільцеву головку в камеру різання, заповнену технологічною водою. Обертова ріжуча головка в потоці води розрізає полімерні нитки на гранули, які негайно транспортуються з ріжучої камери. Гранули транспортуються у вигляді суспензії до відцентрової сушарки, де вони відокремлюються від води за допомогою обертових лопатей. Сухі пелети вивантажуються та надходять на подальшу переробку. Вода фільтрується, темперується та повертається назад у процес.
Основні компоненти системи — ріжуча головка з ріжучою камерою, матриця та пусковий клапан — усі на загальній опорній рамі — є одним основним вузлом. Усі інші компоненти системи, такі як контур технологічної води з байпасом, випуск камери різання, оглядове скло, відцентровий осушувач, стрічковий фільтр, водяний насос, теплообмінник і транспортна система, можна вибрати з широкого асортименту аксесуарів і об’єднати в спеціальну систему.
У кожній системі підводного гранулювання існує крихка температурна рівновага в камері різання та матриці. Пластина матриці постійно охолоджується технологічною водою та нагрівається нагрівачами головки матриці та потоком гарячого розплаву. Зменшення втрат енергії від матриці до технологічної води призводить до набагато стабільніших умов обробки та підвищення якості продукції. Щоб зменшити цю втрату тепла, процесор може вибрати термоізоляційну матрицю та/або перейти на матрицю з нагріванням рідиною.
Багато сполук є досить абразивними, що призводить до значного зносу контактних частин, таких як прядильні лопаті та фільтруючі сітки у відцентровій сушарці. Інші сполуки можуть бути чутливими до механічного впливу та утворювати надмірну кількість пилу. Для обох цих спеціальних матеріалів новий тип сушарки для гранул розміщує вологі гранули на перфорованій конвеєрній стрічці, яка рухається через повітряний ніж, ефективно відсмоктуючи воду. Знос деталей машини, а також пошкодження гранул можна значно зменшити порівняно з ударною сушаркою. Враховуючи короткий час перебування на стрічці, зазвичай потрібне деяке сушіння після зневоднення (наприклад, у псевдозрідженому шарі) або додаткове охолодження. Переваги цього нового безударного рішення для сушіння гранул:
• Низькі витрати на виробництво завдяки тривалому терміну служби всіх частин, які контактують з гранулами.
•Дбайливе поводження з гранулами, що забезпечує високу якість продукту та менше утворення пилу.
•Зменшене споживання енергії, оскільки не потрібне додаткове енергопостачання.

ІНШІ ПРОЦЕСИ ГРАНУЮВАННЯ
Деякі інші процеси гранулювання є досить незвичними у сфері компаундування. Найпростішим і найдешевшим способом зменшення пластику до відповідного розміру для подальшої обробки може бути проста операція подрібнення. Однак отримана форма та розмір частинок надзвичайно суперечливі. Деякі важливі властивості продукту також зазнають негативного впливу: насипна щільність різко зменшиться, а властивості сипучості будуть дуже поганими. Ось чому такий матеріал буде прийнятним лише для неякісних застосувань і повинен продаватися за досить низькою ціною.
Нарізання кубиками було поширеним процесом зменшення розміру з початку 20-го століття. Важливість цього процесу неухильно зменшувалася протягом майже 30 років і наразі робить незначний внесок на поточні ринки пелет.
Підводне гранулювання пасом — це складний автоматичний процес. Але цей метод виробництва використовується переважно у виробництві деяких первинних полімерів, наприклад для поліефірів, нейлону та стирольних полімерів, і не має загального застосування в сучасному компаундуванні.
Пелетування з повітряним охолодженням — це процес, застосовний лише для нелипких продуктів, особливо ПВХ. Але цей матеріал частіше змішують у змішувачах періодичної дії з нагріванням і охолодженням і вивантажують у вигляді сухих сумішей. Лише незначна кількість сполук ПВХ перетворюється на гранули.
Пелетування водяним кільцем також є автоматичною операцією. Але він також підходить лише для менш липких матеріалів і знаходить своє основне застосування у переробці поліолефінів і в деяких незначних застосуваннях у компаундуванні.

ВПЛИВ НА ВЛАСТИВОСТІ ПРОДУКТУ

Вибір правильного процесу гранулювання передбачає розгляд не тільки форми гранул і об’єму пропускної здатності. Наприклад, температура пелет і залишкова вологість обернено пропорційні; тобто чим вища температура продукту, тим менша залишкова вологість. Деякі сполуки, наприклад багато типів TPE, є липкими, особливо при підвищених температурах. Цей ефект можна виміряти шляхом підрахунку подвійних і кратних агломератів в масі гранул.
У системі підводного гранулювання такі агломерати липких гранул можуть утворюватися двома способами. По-перше, відразу після розрізання температура поверхні гранули лише приблизно на 50°F вище температури технологічної води, тоді як серцевина гранули все ще розплавлена, а середня температура гранули лише на 35°-40°F нижче температури плавлення. Якщо дві гранули вступають у контакт, вони злегка деформуються, утворюючи контактну поверхню між гранулами, яка може бути вільною від технологічної води. У цій контактній зоні затверділа оболонка негайно розплавиться за рахунок тепла, що транспортується від розплавленого ядра, і гранули сплавляться одна з одною.
По-друге, після вивантаження пелет із сушарки температура поверхні пелет підвищується через перенесення тепла від ядра до поверхні. Якщо м’які гранули TPE зберігаються в контейнері, гранули можуть деформуватися, теплі контактні поверхні між окремими гранулами стають більшими, а адгезія збільшується, що знову призводить до утворення агломератів. Це явище, ймовірно, посилюється з меншим розміром гранул, наприклад, мікро-гранул, оскільки відношення площі поверхні до об’єму збільшується з меншим діаметром.
Агломерацію гранул можна зменшити, додавши деяку кількість воскоподібної речовини до технологічної води або присипавши поверхні гранул відразу після сушарки для гранул.
Виконання кількох тестових прогонів гранулювання з постійною продуктивністю дасть вам уявлення про максимальну практичну температуру гранул для цього типу матеріалу та розміру гранул. Все, що вище цієї температури, збільшить кількість агломератів, а все, що нижче цієї температури, збільшить залишкову вологість.
У деяких випадках операція гранулювання може бути витратною. Це вірно лише в тих випадках, коли первинні полімери можна перетворювати безпосередньо на готову продукцію, наприклад, пряма екструзія ПЕТ-листів із полімерного реактора. Однак, якщо змішування добавок та інших інгредієнтів додає реальну цінність, пряме перетворення неможливе. Якщо необхідне гранулювання, завжди краще знати свої варіанти.
ПРО АВТОРА
Горст Мюллер приєднався до Automatik Plastics Machinery GmbH, провідного німецького виробника обладнання для гранулювання пластмас, у 1997 році. Мюллер займається проектуванням, розробкою, стандартизацією, управлінням інтелектуальною власністю, документацією та маркетингом.