Гранулятор

Гранулятор - это линия для переработки дробленого материала и создания гранулированного сырья. Оборудование используется в различных промышленных сферах, включая производство изделий из полимерных композиционных материалов.

Фото заимствовано с сайта ok-stanok.ru

При производстве полимерных материалов для формования изделий из ПКМ сырье проходит несколько этапов обработки. Грануляция – финальный этап, целью которого является удаление летучих веществ, введение дополнительных компонентов в состав сырья (красителя, наполнителя), формование гранул. Большинство видов технологического оборудования работает именно на гранулированном сырье.

Современное грануляционное оборудование подходит для переработки многих видов сырья, включая наиболее популярные материалы: полиэтилен любых видов (ПЭ), полипропилен (ПП), полиэтилентерефталат (ПЭТ), поливинилхлорид (ПВХ), полистирол (ПС).

Фото заимствовано с сайта kupi-othodov.ru

Принцип работы гранулятора

Принцип работы гранулятора основан на расплавлении исходного полимерного сырья в виде дробленки или агломерата с последующим продавливанием его через фильеру, охлаждением и нарезкой на гранулы. Конструкция грануляционного агрегата включает следующие узлы:

- загрузочный бункер;

- зона экструзии со шнеком;

- нагреватели;

- фильерная (формующая) головка.

Загрузочный бункер

Загрузочный бункер гранулятора представляет собой стальной бак прямоугольной или круглой формы с загрузочным и выпускным отверстиями. Диаметр нижней части уже диаметра загрузочного отверстия, что необходимо для контроля загрузки материала.

Бункер бывает с ручной и автоматизированной загрузкой. Для небольших производств достаточно использовать бункер с механической загрузкой. На мощных производственных линиях система подачи сырья в бункер автоматизирована. Для этого используется конвейер или погрузчик.

В отдельных моделях грануляторов бункер оснащается датчиком уровня сырья, что позволяет отслеживать степень опустошения бака в процессе работы агрегата.

Зона экструзии

В зоне экструзии проходят основные процессы смешивания и полимеризации сырья. Материал смешивается и дегазируется. Зона экструзии включает в себя цилиндрический корпус с окном для подачи дополнительных наполнителей, металлический шнек, приводимый в движение электроприводом, электронагревательные элементы, узел управления.

В зоне экструзии происходит гомогенизация расплава, его дегазация и фильтрация. Первый и самый важный процесс - гомогенизация (расплавление и перемешивание компонентов) для придания ему однородной текучей структуры. Измельченные на дробилках отходы, используемые в качестве сырья для гранулята, имеют различные физико-химические свойства, исходную рецептуру. Потому в процессе переработки они ведут себя по-разному. В процессе гомогенизации главная цель – добиться однородного состава.

Второй процесс, проходящий в зоне экструзии, - дегазация. В ходе дегазации из расплава удаляются все инородные включения, меняющие свое агрегатное состояние на газообразное. Для этого гранулятор должен быть оснащен системой вакуумной дегазации. После дегазации материал приобретает более высокую насыпную плотность, в полости гранул отсутствуют воздушные полости.

Третий важный процесс – фильтрация расплава. При стандартной мойке дробленого полимера перед грануляцией не все инородные включения могут быть удалены, поскольку часть из них находится внутри фрагментов пластика. При оснащении гранулятора системой фильтрации, например, фильтровальными сетками, из расплавленного сырья удаляются как крупные, так и достаточно мелкие частицы грязи. Расплав продавливается через сетки, а инородные включения оседают на фильтрах. Присутствие системы фильтрации в конструкции гранулятора не исключает предварительную очистку отходов в моечных ваннах.

Экструдер условно можно разделить на четыре технические зоны:

- зона питания;

- дозовая зона;

- дегазационная зона;

- зона давления.

В зоне питания осуществляется подача материала через загрузочный бункер, его расплавление до текучего состояния и перемешивание посредством вращения шнека. В дозовой зоне диаметр шнека расширяется, что позволяет дозировать гомогенную массу при подаче в следующую секцию. В зону дегазации из гомогенной смеси удаляются пузырьки воздуха и газов, что позволяет на выходе получить гранулы без воздушных полостей. В зоне давления расплав сжимается и подается под давлением к фильере экструдера. Деление на зоны в экструдере условное.

Нагреватели (ТЭНы)

В конструкции грануляторов предусмотрены электронагреватели, обеспечивающие нагрев корпуса и расплавление полимера. Для каждой зоны нагрева используются нагреватели различных типов.

В цилиндрический корпус устанавливаются нагреватели хомутового или полухомутового типа. Для плоских поверхностей применяются пластинчатые теплоэлектронагреватели. Для локального нагрева отдельных участков экструдера востребованы пальчиковые теплоэнергонагреватели. В зоне фильеры, где температура расплава полимера достигает максимального значения, применяются латунные нагреватели. Они не повреждаются при контакте с расплавленным полимером, не подвержены химическому воздействию.

Температура нагрева теплоэлементами в зоне подачи достигает 160-230⁰С. Точное значение определяется на практике. Нагрев должен быть таким, чтобы полимер не прилипал к стенкам корпуса. В следующей температурной зоне уровень нагрева повышается, ориентировочно, на 60⁰С. Точка плавления различается для каждого типа полимера. В зоне дегазации температура снижается на 13⁰С от точки плавления полимерного материала. Для контроля температуры в различных участках экструдера устанавливаются термодатчики, обеспечивающие отключение нагревателей при достижении заданной температуры в соответствии с технологическим процессом. Это предотвращает перегрев полимеров.

Фильера гранулятора

Фильера – это формующая головка, обеспечивающая формование расплавленного полимера в стренги. Фильера имеет калибровочные каналы и работает по принципу решетки бытовой мясорубки.

Через калибровочные отверстия расплав подается под давлением из экструдера, далее охлаждается и срезается ножами, вращающимися параллельной рабочей поверхности фильеры. Корпус фильеры изготовлен из твердых сплавов или композиционных сплавов, обладает большим запасом прочности, коррозионной стойкости и износостойкости.

Грануляторы могут оснащаться фильерами с плоскими и кольцевыми фильерными матрицами. Для производства гранул из полимеров применяются кольцевые матрицы.

Классификация линий грануляции

Все существующие на рынке линии грануляции можно разделить по следующим признакам:

- тип гранулятора (каскадный, планетарный);

- система резки (стренговая, воздушная, водокольцевая, подводная);

- комплектация (с системой дегазации, фильтрации, частотниками);

- диаметр шнека (от 125 мм и выше).

Тип гранулятора

Для переработки полимерных материалов наибольшее распространение получили каскадные шнековые гранулирующие устройства, которые используются для переработки любых типов полимеров. Также востребованы барабанные планетарные грануляторы, отличающиеся от каскадных устройством и принципом работы.

Каскадные грануляторы

Каскадный гранулятор – это тип оборудования с последовательно расположенными экструдерами. Использование однокаскадного или двухкаскадного грануляционного оборудования обусловлено типом полимера и чистотой полимерных отходов.

Однокаскадные грануляторы

Однокаскадный гранулятор имеет один экструдер. Агрегат используется для гомогенизации и формования гранул из чистых отходов пластмасс: дробленки или агломерата. Гранулирующее устройство используется для переработки полиэтилена, полипропилена. Готовый гранулят подходит для изготовления изделий на термопластавтоматах, экструдерах, прессах.

Фото заимствовано с сайта ok-stanok.ru

Однокаскадный агрегат показывает невысокую производительность от 50 кг/час. Более производительные модели обеспечивают изготовление гранулята в объеме 150-200 кг/час.

К преимуществам однокаскадных устройств относится их мобильность, компактность и экономичность. Большинство моделей характеризуется низким энергопотреблением, повышенным запасом мощности шнека.

Базовая комплектация включает один экструдер, охлаждающую установку, систему резки, бункер для гранулята и загрузочный бункер. Важной особенностью является возможность установки дополнительной комплектации: дробилки для переработки отходов, системы просушки стренг, моечная ванна.

Двухкаскадные грануляторы

Двухкаскадный гранулятор оснащен двумя экструдерами, расположенными последовательно. При этом полимерное сырье, проходя через первый экструдер, расплавляется, подвергается фильтрации и дегазации. Пластик, освобожденный от лишней влаги, воздуха, газов, инородных твердых включений, подается во второй экструдер. Здесь гомогенизированное сырье тщательно перемешивается и подается в зону формования стренговых нитей. Далее стренги охлаждаются и нарезаются.

На двухкаскадных экструдерах осуществляется переработка несильно загрязненных твердых отходов пластмасс. Производительность агрегата составляет 150-800 кг/час. Точный показатель зависит от модели, от типа перерабатываемого сырья, его фракции и степени загрязнения. Основной тип перерабатываемого сырья – полиэтилен, полипропилен в формате дробленки или агломерата.

В базовой комплектации фильтр устанавливается только на один каскад. Дополнительно можно установить фильтр на второй каскад гранулятора для максимальной очистки полимера от инородных включений.

Планетарные грануляторы

Планетарные грануляционные установки используются для получения гранул из порошкообразных материалов. При этом получаются сферические гранулы, которые используются в различных отраслях промышленности.

На раме гранулятора установлен вал, приводимый в движение приводом, и закрепленный на нем подвижный формующий барабан. Под действием центробежной силы частицы порошкообразного материала соударяются друг о друга, их движение становится хаотичным. Часть частиц движется сонаправленно вращению барабана, вторая часть – противонаправленно, третья остается относительно спокойной. При этом происходит комкование и последующее гранулирование материала.

Система нарезки гранул

Грануляторы отличаются не только каскадностью, но и типом резки. Это второй важный критерий классификации. Существует четыре типа резки:

- холодная стренговая резка;

- горячая водокольцевая резка;

- горячая воздушная резка;

- подводная резка.

Грануляторы с водокольцевой резкой

Гранулятор с водокольцевой резкой используется для резки горячего полимера, выходящего из фильерной матрицы. В результате получаются гранулы сферической формы. Средняя производительность устройства с водокольцевым типом резки составляет 100 кг/ч и более.

Технология производства сферических гранул выглядит следующим образом: нити расплавленного полимера поступают в камеру с циркулирующей водой непосредственно из фильеры. В камере установлены вращающиеся ножи, обеспечивающие нарезку стренговых нитей. Гранулированный материал перемещается в сушилку с вращающимися лопастями, где удаляются остатки воды.

Просушенный гранулят полностью готов к переработке методом литья под давлением или экструзии.

Грануляторы со стренговой резкой

Стренговая резка необходима для нарезки стренговых нитей, выходящих из фильерной головки. Длина гранулы определяется фактическим числом оборотов вращения фрезы. Стренговый резак используется для гранулирования уже охлажденного сырья.

Технология процесса грануляции выглядит следующим образом: стренги, выходящие из фильерной матрицы, поступают в ванну с водой для охлаждения.

Далее стренговые заготовки просушиваются под действием воздушных потоков и перемещаются в режущую камеру с неподвижными ножами, где и происходит их нарезка. Гранулы имеют цилиндрическую форму.

Из-за хрупкости отдельных полимеров в процессе резки могут производиться гранулы неправильной формы (с отклонением от цилиндрической формы). Также в массе гранулята могут содержаться примеси в виде крошки полимеров.

Грануляторы с воздушной резкой

Гранулятор с воздушной системой резки чаще используется для высоконаполненных полимерных композиционных материалов и жесткого поливинилхлорида, работает с каскадными экструдерами. Преимуществом воздушной системы резки является отсутствие необходимости подводить воду к линии гранулирования. Гранулы на выходе имеют форму чечевичного боба. Средняя производительность устройства с воздушным типом резки до 100 кг/ч и более.

Технология резки гранул выглядит следующим образом: расплавленный полимер проходит через фильеры, после чего на выходе из формующих каналов нарезается движущимися ножами. Воздушная система охлаждения избавляет от необходимости просушивать сырье, заправлять стренги для дальнейшей нарезки. Гранулирование стренговых нитей осуществляется непосредственно на голове фильеры. Охлаждение нарезанных гранул происходит за счет направленного воздушного потока. По причине отсутствия воды в технологической линии таким способом можно гранулировать гигроскопичные материалы.

Грануляторы с подводной резкой

Грануляторы с подводной резкой - наиболее высокоэффективное оборудование, которое подходит для любых типов полимеров, включая материалы с низкой твердостью по Шору. Подводная нарезка гранулята наиболее востребована в условиях крупнотоннажного производства вторичного полимерного сырья.

При подводной резке материал, выходящий из фильеры, рубится острыми движущимися ножами непосредственно у формующей плиты в потоке воды. Далее водным потоком гранулы транспортируются в полостьцентрифуги, где отделяются от воды. Техническая вода проходит через фильтры, подогревается до требуемой температуры 50-70°С и подается обратно в режущую камеру к фильере.

Комплектация

Базовая комплектация включает стандартные рабочие узлы, описанные выше. При этом линию гранулирования можно расширить и усовершенствовать, что позволить увеличить производительность, снизить затраты на производство гранулированного полимерного сырья. К дополнительным узлам гранулятора можно отнести компактор, систему дегазации, систему фильтрации.

Грануляторы с компактором

Использование грануляторов с пласткомпактором позволяет исключить из производственной линии узлы дробления и агломерации. Пласткомпакторы преобразуют исходный полимерный материал (производственный брак, отходы) в комкообразные фрагменты для уменьшения насыпной плотности сырья в бункере загрузки.

Фото заимствовано с сайта p-z-o.com

Компакторами могут оснащаться различные модели грануляционных машин. Трехкаскадные грануляторы с водокольцевой резкой и компактором – один из наиболее производительных и современных видов оборудования для переработки пленочных отходов, производственного полимерного брака. Они имеют три экструдера, две вакуумные зоны дегазации, два очищающих фильтра. На выходе получаются максимально очищенные гранулы без пузырьков воздуха внутри. Для управления процессом грануляции используется пульт управления линией.

Грануляторы с вакуумной дегазацией

Система дегазации необходима для получения более качественного сырья без пузырьков воздуха внутри. При последующей переработке на производственном оборудовании такие пузырьки газа будут лопаться, пениться, что приведет к браку готовой продукции.

Система дегазации позволяет отводить пузырьки воздуха, пары влаги и иные газы из зоны экструзии, образующиеся при расплавлении и гомогенизации полимеров. Для этого на корпусе предусмотрены специальные отводящие отверстия с клапанами. Клапаны выпускают газообразные вещества из полости экструдера, не впуская воздух из внешней среды.

Грануляторы с системой фильтрации

Опционально грануляторы могут комплектоваться системами фильтрации.

Фильтры необходимы для того, чтобы удалить из расплава частицы нерасплавленных полимеров, инородных включений. Поскольку сырьем для вторичного гранулята служат отходы производства (брак, облой) и полигонные отходы, наличие пыли, твердых включений неизбежно даже при условии тщательной мойки вторсырья. Их присутствие в составе гранул, а, позднее, в составе полимерных изделий, влияет не только на внешний вид, но и на эксплуатационные характеристики.

Для очистки расплава в модуль фильтрации устанавливается фильтрующий элемент в виде последовательно расположенных съемных металлических сеток.

Фильтры могут быть одноканальными или двухканальными. При использовании двухканального фильтра можно менять кассеты без остановки производства, что важно для крупных предприятий.

Тип шнека

Шнек, подверженный механическому воздействию со стороны полимерного материала, нагреву, силе трения, должен выдерживать длительные регулярные нагрузки. Поэтому его изготавливают из легированной стали с последующим азотирование металлической поверхности. В результате металл приобретает заданную твердость и износостойкость.

Шнеки могут иметь диаметры от 125 мм и более. Скорость вращения шнека в экструдере в различных моделях грануляторов варьируется от 50 до 500 оборотов.

Преимущества гранулированного сырья

В сравнении с крупными отходами, гранулированное сырье более предпочтительно при производстве изделий из ПКМ. Оно обладает следующими преимуществами:

- Повышенная сыпучесть. Это свойство гранул предотвращает слеживание сырья в процессе складского хранения и после загрузки в бункер технологического оборудования.

- Однородность. После гранулирования сырье приобретает однородный состав, что облегчает процесс переработки, обеспечивает равномерность расплавления материала, сокращает технологический цикл производства конечных изделий.

Гранулы имеют малый размер, что обеспечивает их прохождение через горловину бункера и равномерное распределение в зоне экструзии без заторов. Использование сырья в виде крупных фрагментов может привести к образованию заторов и залеганию материала в корпусе гранулятора, что приведет к аварийной остановке процесса гранулирования и возможной поломке отдельных узлов оборудования.

Применение гранулятора в отраслях промышленности

Гранулятор для полимеров используется для производства гранул из сырья, которые могут быть использованы в различных отраслях промышленности, включая производство пластмасс, резиновых изделий и других материалов. Гранулы обладают более высокой плотностью и удобны в транспортировке и хранении, что делает их более удобными в использовании по сравнению с сырым материалом. Гранулятор для полимеров позволяет получить однородные гранулы нужного размера и формы, что повышает качество и эффективность производства пакетов, пленки, труб, различных емкостей и т.д.

Фото заимствовано с сайта avantpack.ru