饒樹(shù)德
(福建新迪集團(tuán)有限公司,福建 廈門(mén) 361026)
我司在上馬降解塑料生產(chǎn)線中,使用的是連續(xù)密煉機(jī)。該密煉機(jī)由南京永睿機(jī)械有限公司提供。該機(jī)為高產(chǎn)量高分散連續(xù)式雙轉(zhuǎn)子密煉機(jī),是我司首次用在降解塑料生產(chǎn)線上。該設(shè)備在色母粒、填充母料、電纜、化學(xué)建材、功能母料等行業(yè)有過(guò)實(shí)際應(yīng)用,但很少應(yīng)用于降解材料。我司物料除PBS等顆粒料外,填充劑主要有竹粉需要分散在母料中。
目前,聚合物共混主要設(shè)備為單螺桿、雙螺桿擠出機(jī)和密煉機(jī)等。相比之下,單螺桿擠出機(jī)具有成本較低、結(jié)構(gòu)相對(duì)簡(jiǎn)單、加工制造簡(jiǎn)單等優(yōu)點(diǎn),但混合能力較差;雙螺桿擠出機(jī)作為混煉設(shè)備,具有優(yōu)異的混合特性,但填充混合能力弱,能耗較高;密煉機(jī)在塑料混合方面應(yīng)用比較廣泛,但間歇式操作產(chǎn)品質(zhì)量不穩(wěn)定,能量利用不合理,單位產(chǎn)品能耗高?;趶?qiáng)混合的雙轉(zhuǎn)子連續(xù)密煉造粒機(jī)不僅具有雙螺桿擠出機(jī)能夠?qū)崿F(xiàn)連續(xù)工作的優(yōu)勢(shì)還具備密煉機(jī)良好的混合優(yōu)點(diǎn),在實(shí)際生產(chǎn)中能夠發(fā)揮更好的節(jié)能效果,且對(duì)物料的填充、分散與混合能力更強(qiáng)。
連續(xù)密煉機(jī)密煉工作腔形狀如圖1所示軸截面圖,它是由兩個(gè)相互平行的圓柱孔相貫而成。相貫部分的腔體為混合物的流動(dòng)提供了空間。第一,采用基于高拉伸的強(qiáng)混合型轉(zhuǎn)子,這種轉(zhuǎn)子可以使連續(xù)密煉機(jī)中的塑料以離散狀態(tài)進(jìn)行熔融,從而極大的提高了傳熱系數(shù)增加了塑料熔融速度;第二,由于連續(xù)密煉機(jī)雙轉(zhuǎn)子系統(tǒng)內(nèi)部形成了能量耦合,使得混煉區(qū)與熔融區(qū)可利用混煉過(guò)程中產(chǎn)生的熔融耗散熱,進(jìn)而滿足固體樹(shù)脂熔融過(guò)程中對(duì)熱量的需求;第三,混煉效率經(jīng)由混煉場(chǎng)中高效的拉伸流動(dòng)而獲得提升。這些原理極大的降低了混煉過(guò)程中的能量消耗[1]。
圖1 連續(xù)密煉機(jī)腔體
在實(shí)際工作中,密煉機(jī)由加料段和混合段及出料段組成,如圖2所示。當(dāng)然混料區(qū)還可以增加,圖3為2個(gè)混料區(qū)的雙軸結(jié)構(gòu)。
圖2 單密煉段密煉機(jī)轉(zhuǎn)子
圖3 雙密煉段密煉機(jī)轉(zhuǎn)子
另外密煉機(jī)可以通過(guò)出料閥的調(diào)節(jié)控制產(chǎn)量和物料在密煉機(jī)里的停留時(shí)間(見(jiàn)圖4)。密煉機(jī)還可以采用帶襯套的密煉室,這樣可以針對(duì)物料性能選擇與物料相容的密煉室材質(zhì)(見(jiàn)圖5)。
圖4 出料閥
圖5 帶襯套的密煉機(jī)
以高效清潔化雙轉(zhuǎn)子連續(xù)密煉造粒機(jī)組成套生產(chǎn)裝置為核心主機(jī)的塑料共混加工過(guò)程的典型生產(chǎn)工藝流程,也是我司的生產(chǎn)流程(見(jiàn)圖6)。物料(包括各種粉料、粒料、添加劑等)經(jīng)過(guò)增重式計(jì)量秤計(jì)量后,進(jìn)入低速預(yù)混混合器混合。借助于失重計(jì)量秤,將混合后的物料以一定的比例和流率連續(xù)地加入到雙轉(zhuǎn)子連續(xù)密煉機(jī)中進(jìn)行混合,實(shí)現(xiàn)各組分的均勻分散[2-3]。熔融的物料通過(guò)出料口均勻流出并進(jìn)入到螺桿擠出機(jī)中建立足夠的壓力,通過(guò)模頭擠出,經(jīng)過(guò)造粒機(jī)切成所需要的顆粒,并經(jīng)過(guò)離心脫水機(jī)干燥,得到最終成品。
圖6 降解塑料生產(chǎn)流程圖
雙轉(zhuǎn)子軸徑:102mm,工作長(zhǎng)徑比:1∶10;
雙轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)向:兩個(gè)轉(zhuǎn)子相對(duì)運(yùn)動(dòng),轉(zhuǎn)向如圖7所示;
轉(zhuǎn)速:0-600在此之間任意可調(diào);
螺棱與軸非一體,采用的的是可拆結(jié)構(gòu);
防錯(cuò)控制系統(tǒng)通過(guò)對(duì)裝配結(jié)果的檢測(cè)可以有效地減少各個(gè)工作站的錯(cuò)裝率,提高Rh,從而提高整個(gè)系統(tǒng)的可靠度。
我司使用的雙轉(zhuǎn)子為單個(gè)混煉區(qū)轉(zhuǎn)子;
電機(jī)功率:160KW。
該連續(xù)密煉機(jī)結(jié)構(gòu)示意圖如圖7所示。
圖7 連續(xù)密煉機(jī)軸向結(jié)構(gòu)示意圖
本設(shè)備的主要組成部分包括轉(zhuǎn)子、料筒以及卸料裝置。其中,設(shè)備料筒的混煉腔包含兩個(gè)相互貫通的、橫截面為∞形的孔。運(yùn)行時(shí),混煉腔中的物料會(huì)經(jīng)由轉(zhuǎn)子進(jìn)行剪切、粉碎、捏合、以及混合。此外,料筒設(shè)備上配備有電加熱器和冷卻水孔,從而使系統(tǒng)能夠根據(jù)生產(chǎn)工藝條件,對(duì)物料進(jìn)行冷卻或加熱操作。
轉(zhuǎn)子結(jié)構(gòu)如圖3所示。根據(jù)功能可以劃分為加料段、混煉段和出料段。
轉(zhuǎn)子表面螺紋呈矩形狀,其加料段為一對(duì)雙螺桿,兩螺桿相互非嚙合,能夠?qū)⒂?jì)量加料機(jī)進(jìn)入的物料快速運(yùn)送到混煉段。轉(zhuǎn)子的混煉段裝設(shè)一對(duì)表面存在螺棱,其旋轉(zhuǎn)方向相反、轉(zhuǎn)動(dòng)角度不一。與進(jìn)料段相連的螺棱將物料向前輸送,與出料段相連的螺棱則將物料向相反方向輸送[4]。物料在此被壓縮、熔融、剪切、伸展,從而最終被混煉與塑化;轉(zhuǎn)子的卸料段是橢圓形的,物料在此通過(guò)卸料口被排出料筒。卸料系統(tǒng)包括卸料門(mén)以及卸料調(diào)節(jié)裝置,生產(chǎn)運(yùn)行時(shí),控制系統(tǒng)通過(guò)調(diào)節(jié)卸料門(mén)開(kāi)度來(lái)實(shí)現(xiàn)對(duì)混煉腔中物料的停留時(shí)間(見(jiàn)圖4)。將雙轉(zhuǎn)子連續(xù)混煉機(jī)與熱喂料雙螺桿擠出機(jī)組合在一起,構(gòu)成了一套具有連續(xù)混煉和擠出功能的雙轉(zhuǎn)子連續(xù)混煉造粒機(jī)組[5]。
連續(xù)密煉機(jī)與傳統(tǒng)的混合設(shè)備比較,具有以下特點(diǎn):
(1)合理的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)。運(yùn)用最新混煉理論,采用計(jì)算機(jī)全新設(shè)計(jì)的混煉段結(jié)構(gòu),高拉伸混沌轉(zhuǎn)子構(gòu)型,實(shí)現(xiàn)了在低溫下的高效混合,具有極強(qiáng)的填充混合能力,生產(chǎn)能力大;針對(duì)不同的生產(chǎn)工藝需求,合理采用多類(lèi)轉(zhuǎn)子結(jié)構(gòu)構(gòu)型的組合;剖分式料筒,清料方便快捷;雙階式布置,將機(jī)器的混煉功能與擠出功能分開(kāi),工藝適應(yīng)性廣,填充分散混合能力優(yōu)異;獨(dú)特設(shè)計(jì)的電加熱與閉路循環(huán)恒溫軟水冷卻系統(tǒng),使得各段溫度的調(diào)節(jié)與控制更加靈活有效,并可以對(duì)混煉機(jī)轉(zhuǎn)子和擠出機(jī)螺桿的芯部分別進(jìn)行通水冷卻。
(2)可控變量多,萬(wàn)用性好。在混煉機(jī)生產(chǎn)過(guò)程中,存在多個(gè)可以調(diào)節(jié)的參數(shù),如加料速度的控制、轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速的控制、料筒溫度的控制以及卸料口開(kāi)啟度的調(diào)節(jié)等。借助先進(jìn)的數(shù)控系統(tǒng),能夠?qū)鞜挼恼麄€(gè)過(guò)程進(jìn)行動(dòng)態(tài)實(shí)時(shí)性監(jiān)督,實(shí)現(xiàn)產(chǎn)品生產(chǎn)的快速性與高質(zhì)量性。
(3)填充混合效果強(qiáng)、生產(chǎn)過(guò)程穩(wěn)定、高效節(jié)能。專(zhuān)門(mén)設(shè)計(jì)的高拉伸混沌型轉(zhuǎn)子結(jié)構(gòu),賦予了設(shè)備極強(qiáng)的填充混合特性,可以在無(wú)低分子蠟的前提下實(shí)現(xiàn)超細(xì)無(wú)機(jī)填充顆粒在聚合物中的均勻分散,產(chǎn)品質(zhì)量穩(wěn)定,能耗低(同等工藝條件下,單位產(chǎn)品能耗較常規(guī)設(shè)備低30-50%)。
(4)維護(hù)方便。沒(méi)有復(fù)雜的推力軸承系統(tǒng),操作、維護(hù)簡(jiǎn)單方便,操作費(fèi)用低。料筒為剖分式結(jié)構(gòu),清料方便徹底;轉(zhuǎn)子采用雙混煉段分段式結(jié)構(gòu),拆卸轉(zhuǎn)子時(shí)無(wú)需拆卸軸承,維護(hù)、檢修快捷簡(jiǎn)便。
(5)自動(dòng)化程度高。全系統(tǒng)采用先進(jìn)的PCC集中控制,可以使設(shè)備的混合操作工藝始終處于最佳狀態(tài);完善的聯(lián)鎖聯(lián)控,確保自動(dòng)化、高效安全生產(chǎn),產(chǎn)品質(zhì)量穩(wěn)定,徹底擺脫了人為失誤對(duì)生產(chǎn)過(guò)程的影響。實(shí)時(shí)操作工藝監(jiān)控記錄系統(tǒng),實(shí)現(xiàn)了操作參數(shù)的實(shí)時(shí)記錄、顯示和遠(yuǎn)程傳輸,為穩(wěn)定生產(chǎn)和產(chǎn)品質(zhì)量的控制提供了有力保障。
(6)混煉元件耐磨性能好。料筒混煉腔采用進(jìn)口硬質(zhì)合金鑲套,轉(zhuǎn)子采用優(yōu)質(zhì)氮化鋼制造,表面堆焊硬質(zhì)合金,解決了設(shè)備磨損的難題。
(7)切粒方式多樣化,可以適用不同工藝要求。本機(jī)組的造??梢愿鶕?jù)混煉物料選擇牽條切粒造粒設(shè)備、水下切粒造粒設(shè)備、風(fēng)冷熱切粒造粒設(shè)備與之配套。
我司應(yīng)用連續(xù)密煉機(jī)于降解塑料,根據(jù)產(chǎn)品要求,造粒前有3-6種物料(主要為粒料和粉料)經(jīng)由連續(xù)密煉機(jī)混合后直接進(jìn)入雙螺桿機(jī)造粒。其中2種粉料和2種粒料的產(chǎn)品,連續(xù)密煉機(jī)其主要工藝參數(shù)產(chǎn)能為300KG/HR時(shí),腔內(nèi)溫度:145攝氏度,壓力為常壓。生產(chǎn)出的產(chǎn)品穩(wěn)定,符合質(zhì)量控制要求。
連續(xù)式密煉機(jī)主要優(yōu)點(diǎn):雙轉(zhuǎn)子連續(xù)密煉造粒機(jī)組技術(shù)應(yīng)用情況:與目前國(guó)內(nèi)常用的塑料混煉方法對(duì)比,單位產(chǎn)品能耗降低30%~50%,粉塵排放量降低90%~95%,減少有害異味氣體排放量。節(jié)能環(huán)保效益良好。
綜上所述,基于強(qiáng)混合的雙轉(zhuǎn)子連續(xù)密煉造粒機(jī)組及相關(guān)的高效連續(xù)混煉技術(shù),不僅具備密煉機(jī)優(yōu)異的混合特性同時(shí)兼顧了雙螺桿擠出機(jī)可持續(xù)工作的特點(diǎn),因而被廣泛應(yīng)用于橡塑加工行業(yè)。該技術(shù)在提高共混塑料制品性能的同時(shí),不僅可以大幅度降低現(xiàn)有橡塑加工過(guò)程中的能耗和運(yùn)行成本,還能有效提高自動(dòng)化程度和生產(chǎn)效率,改善車(chē)間環(huán)境,有效粉塵排放量減少95%以上,推廣前景廣闊。