Линия грануляции полимеров: подводная, воздушная и жгутовая системы - выбор и сравнение

Введение в технологию грануляции полимеров

Грануляция полимеров представляет собой завершающий этап переработки пластических масс, в ходе которого расплавленный материал преобразуется в сыпучий продукт определенной формы и размера. Этот технологический процесс играет ключевую роль в современной полимерной промышленности, обеспечивая удобство транспортировки, хранения и последующей переработки материала.

Гранулированные материалы обладают рядом существенных преимуществ: повышенной насыпной плотностью, высокой прочностью, отличной сыпучестью и стабильными физико-химическими свойствами даже при длительном хранении. Кроме того, гранулят легко дозируется и не образует пыли при пересыпании, что важно для поддержания чистоты на производстве.

Линия грануляции представляет собой комплекс оборудования, включающий экструдер для получения расплава полимера, систему фильтрации, гранулирующую головку с фильерой, систему охлаждения и нарезки, а также устройства для сушки и транспортировки готовой продукции. Выбор конкретного типа системы грануляции зависит от свойств перерабатываемого полимера, требуемой производительности и характеристик конечного продукта.

Стренговая (жгутовая) грануляция

Принцип работы

Стренговая грануляция является наиболее распространенным и экономически выгодным методом получения полимерных гранул. Процесс основан на формировании непрерывных жгутов (стренг) расплавленного полимера, которые затем охлаждаются и нарезаются на гранулы определенного размера.

Технологический процесс включает следующие стадии: расплав полимера продавливается через формующие каналы фильеры экструдера, образуя несколько жгутов круглого или иного поперечного сечения диаметром от 2 до 7 мм. Количество жгутов соответствует числу отверстий в фильере. Далее стренги проходят через систему охлаждения и подаются на режущее устройство.

Типы стренговой грануляции

Стренговая грануляция с водяным охлаждением предусматривает пропускание жгутов через ванну с охлаждающей водой. После отвердевания материала стренги проходят через систему направляющих роликов, отжимаются от влаги вентиляторами и подаются в режущую камеру со стренгорезом. Этот метод обеспечивает высокое качество гранул с точными геометрическими размерами.

Стренговая грануляция с воздушным охлаждением применяется для материалов на основе поливинилхлорида. В этом случае жгуты охлаждаются направленным потоком воздуха, что исключает контакт с водой и упрощает процесс сушки.

Преимущества и недостатки

Подводная система грануляции

Принцип работы

Подводная грануляция представляет собой современный высокоэффективный метод получения полимерных гранул сферической формы. Отличительной особенностью этой технологии является то, что резка расплавленного полимера происходит непосредственно в потоке воды, что обеспечивает мгновенное охлаждение и формирование гранул правильной формы.

Технологический процесс организован следующим образом: расплав полимера экструдируется через специальную термоизолированную фильеру непосредственно в гранулирующую головку. Вращающиеся ножи, расположенные у торца фильеры, режут выходящие жгуты расплава в ламинарном потоке воды. Образующиеся гранулы мгновенно охлаждаются и транспортируются водой к вертикальной центрифуге, где происходит отделение воды и предварительная сушка. Далее гранулы проходят через вибросито для отсева некондиционной фракции и подаются в накопительный бункер.

Особенности конструкции

Система подводной грануляции включает отводной клапан для пуска и очистки фильеры, гранулятор с термоизолированной фильерой и режущим узлом, систему технологической воды с контролем температуры, центрифугу для отделения воды, систему сушки гранул и автоматизированную систему управления. Термоизоляция фильеры предотвращает затвердевание расплава в отверстиях и обеспечивает стабильность процесса.

Преимущества и недостатки

Применяемые материалы

Подводная грануляция оптимальна для переработки полиолефинов (полиэтилен низкой плотности, линейный полиэтилен низкой плотности, полиэтилен высокой плотности, полипропилен), полистиролов (полистирол, ударопрочный полистирол, АБС-пластик), акриловых смол, полиформальдегидов и других термопластичных материалов, которые сложно перерабатывать стренговой или водокольцевой грануляцией из-за налипания на фильеру и режущие ножи.

Воздушная (горячая) грануляция

Принцип работы

Воздушная грануляция относится к методам горячей резки, при которых жгуты полимера режутся непосредственно на выходе из фильеры экструдера, еще в расплавленном состоянии, вращающимися ножами на торце гранулирующей головки. Образующиеся гранулы немедленно охлаждаются направленным потоком воздуха и транспортируются пневматическим способом в накопитель.

Система воздушной грануляции включает гранулятор с режущим узлом, пневмотранспортер с звуконепроницаемой защитой, транспортный трубопровод, выгрузной циклон и систему управления. Интенсивный воздушный поток одновременно выполняет функции охлаждения гранул и их транспортировки, что упрощает конструкцию линии.

Особенности применения

Воздушная грануляция специально разработана для обработки материалов, чувствительных к влаге, обладающих невысокой теплоемкостью и незначительной склонностью к прилипанию на металлические поверхности. Метод особенно эффективен при переработке компаундов на основе древесно-полимерных композитов, где использование водяного охлаждения потребовало бы дополнительных энергозатрат на последующую сушку материала.

Преимущества и недостатки

Водокольцевая грануляция

Принцип работы

Водокольцевая грануляция представляет собой метод горячей резки с водяным охлаждением. Расплавленный полимер в виде жгутов выходит из фильеры непосредственно в режущую камеру, где организовано водокольцевое охлаждение. Вращающиеся ножи режут горячие стренги на гранулы, которые мгновенно охлаждаются в водяном кольце, создаваемом специальной конструкцией камеры грануляции.

Система водокольцевого охлаждения представляет собой трубу с приваренными патрубками и кольцами для подачи воды, организованными вокруг гранулирующей головки экструдера. Вода обеспечивает эффективный теплоотвод от поверхности фильеры, режущих ножей и самих гранул, предотвращая прилипание материала к металлическим поверхностям и слипание гранул между собой.

Технические особенности

После резки гранулы вместе с водой поступают в систему транспортировки, затем в центрифугу для отделения воды и далее в сушилку с вращающимися лопастями. Высушенный гранулят через систему пневмотранспорта подается в накопительный бункер. Водокольцевая система обеспечивает компактное размещение оборудования, что особенно важно при ограниченных производственных площадях.

Преимущества и недостатки

Сравнительный анализ систем грануляции

Выбор оптимальной системы грануляции зависит от множества факторов: типа перерабатываемого полимера, требуемой производительности, доступных инвестиций, квалификации персонала и условий эксплуатации. Каждый метод имеет свою область применения, где он демонстрирует максимальную эффективность.

Производительность и технические характеристики

Факторы, влияющие на производительность

Производительность линии грануляции определяется несколькими ключевыми параметрами: типом и конфигурацией экструдера (одношнековый или двухшнековый), диаметром шнека, скоростью вращения шнека, типом перерабатываемого полимера и его реологическими свойствами, количеством отверстий в фильере и их диаметром, а также эффективностью системы охлаждения.

Технические параметры

Современные линии грануляции оснащаются частотными преобразователями для регулирования скорости вращения шнека в диапазоне от 50 до 500 оборотов в минуту, что позволяет точно контролировать производительность и качество гранул. Системы фильтрации расплава обеспечивают очистку от примесей с размером ячеек сетки от 40 до 200 меш в зависимости от требований к чистоте материала.

Энергопотребление

Общая установленная мощность линии грануляции зависит от производительности и типа системы. Для линий производительностью 100-200 кг/ч суммарная мощность составляет от 30 до 60 кВт, для линий 300-500 кг/ч требуется от 70 до 120 кВт, при этом основное энергопотребление приходится на экструдер, системы охлаждения и пневмотранспорт.

Размеры и формы гранул

Стандартные размеры

Размеры готовых гранул полимеров регламентируются техническими условиями и стандартами. Согласно ГОСТ 26996-86, полипропилен и сополимеры пропилена выпускают в виде гранул размером 2-5 мм. Для вторичных гранул полиэтилена и полипропилена размер в любом направлении должен быть не менее 2 и не более 6 мм. Для мастербатчей производятся микрогранулы меньшего размера, обеспечивающие более равномерное распределение красителей и добавок.

Влияние формы на свойства

Форма гранул оказывает существенное влияние на технологические свойства материала при последующей переработке. Сферические гранулы, получаемые методами подводной и водокольцевой грануляции, обладают повышенной насыпной плотностью, лучшей сыпучестью и более равномерным распределением при дозировании. Цилиндрические гранулы стренговой грануляции имеют несколько меньшую насыпную плотность, но обеспечивают стабильную подачу в загрузочные устройства.

Контроль качества гранул

Качество гранул оценивается по нескольким критериям: однородность фракционного состава, отсутствие слипшихся гранул и агломератов, минимальное количество мелкой фракции и пыли, правильная геометрическая форма без дефектов, а также отсутствие пузырьков воздуха внутри гранул. Согласно ГОСТ 26996-86, массовая доля гранул с отклонениями по размерам и слипшихся не должна превышать в сумме 3 процента от массы партии.

Области применения различных типов грануляции

Стренговая грануляция

Стренговая грануляция широко применяется в переработке полиэтилена высокого и низкого давления для производства пленок, труб и изделий методом литья под давлением. Метод используется при переработке полипропилена для изготовления упаковочных материалов, автомобильных деталей и товаров народного потребления. Также стренговая грануляция эффективна при рециклинге промышленных отходов пластмасс, где требуется высокая экономическая эффективность процесса.

Подводная грануляция

Подводная грануляция незаменима в производстве цветных и черных мастербатчей для окрашивания пластмасс, где требуется особо мелкая и однородная гранула. Метод применяется в компаундировании полимеров с наполнителями (стекловолокно, минеральные добавки, антипирены), при переработке высокотекучих полимеров, а также в производстве модификаторов для дорожных битумов и специальных полимерных композиций для электротехники.

Воздушная грануляция

Воздушная грануляция находит применение в переработке поливинилхлорида для производства профилей, труб и отделочных материалов. Метод оптимален для производства гранул из древесно-полимерных композитов, используемых в строительстве и производстве террасной доски. Также воздушная грануляция применяется при переработке гигроскопичных материалов, где контакт с водой нежелателен, и в малотоннажном производстве специальных компаундов.

Водокольцевая грануляция

Водокольцевая грануляция эффективна в переработке полиэтилентерефталата для производства волокон и упаковочных материалов. Метод используется в производстве инженерных пластиков (полиамиды, полиацетали, поликарбонаты), при переработке эластомеров и термоэластопластов, а также в производстве специальных композиций для медицинских изделий и пищевой упаковки, где требуется высокая чистота материала.

Часто задаваемые вопросы