Гранулятор для полимеров — оборудование, которое мусор превращает в деньги!

Сентябрь 15, 2016, Energylogia Автор , Категория Пластик, Просмотров: 5 374 комментария 4

Гранулятор для полимеров является одним из самых важных узлов в производственной цепочке переработки отходов пластика. Почему переработка пластика сейчас становиться все более актуальной, а информация об оборудовании которое применяющемся в данной сфере — стало интересовать все больше людей? Мы объясним вам.

Изделия из пластмассы, которые разлагаются в течение десятков лет — настоящий бич полигонов бытовых отходов.

Пакеты, ПЭТ-бутылки и другая пластиковая тара, — все это хранится на свалке очень долго, занимает много места, а при возгорании выделяет едкий дым.

Выход из ситуации — перерабатывать старый пластик, делая из него гранулы, идущие на изготовление новых полезных вещей, тем самым значительно снижая количество мусора на свалках и мусорных полигонах.

Устройство грануляторов для переработки полимеров

Все грануляторы, кроме аппаратов малой мощности, представляют собой производственные линии, включающие в себя следующие основные элементы:

  • бункер для загрузки измельченного сырья:
  • экструдер, оснащенный одним или двумя шнеками, а также электрическими нагревателями;
  • пульт управления;
  • головка с фильерой (матрицей);
  • ножи с приводом для нарезки гранул;
  • воздушный либо водяной блок охлаждения;
  • приемный бункер для готовой продукции;
  • вибрационный стол;
  • силовой шкаф.
Последовательность расположения агрегатов в технологической цепочке и их компоновка может варьироваться в зависимости от разновидности пластмассы и способа ее переработки.

Шнеки, режущие устройства и вентиляторы приводятся в действие электродвигателями с ременным или редукторным приводом, управляемыми с пульта управления.

Кроме того, линии экструзии большой производительности (свыше 1000 кг/ч готовых гранул) могут дополняться автоматической дробильной установкой (шредером), подающей сырье в загрузочный бункер. Чтобы разобраться в принципе работы перечисленных устройств, необходимо понимать суть технологического процесса.

Технологический процесс гранулирования вторичных полимеров

Переработка отходов пластика в гранулы происходит в такой последовательности:модель гранулятора

  • Производится ручная либо автоматическая подача измельченного сырья в бункер, установленный над экструзионной камерой.
  • Сырье под собственным весом ссыпается в камеру, где захватывается шнеком и увлекается к головке с фильерой.
  • По пути масса прогревается и перемешивается, образуя однородный расплав. Последний проходит сквозь систему фильтров для удаления инородных примесей и мусора.
  • Перед подачей в фильеру из расплава удаляются воздушные пузырьки. Для этого он пропускается сквозь вакуумную зону дегазации, где происходит отсасывание воздуха через специальное отверстие.
  • Следующий этап — собственно экструзия. Пластиковый расплав продавливается шнеком в отверстия фильеры (матрицы).
    Выходящие из головки жгуты нарезаются различными способами на гранулы и охлаждаются.
  • Готовый продукт проходит этапы сушки и калибровки (при необходимости) и поступает на упаковку.
  • Для улучшения гомогенизации и дегазации расплава, а также повышения производительности зачастую применяется двухкаскадная технология, где массу перемешивают и продавливают 2 шнека. Та же система применяется в большинстве грануляторов – компаундеров, где к основному расплаву примешиваются специальные добавки — компаунды. В подобных машинах для улучшения перемешивания внутри цилиндра на некотором расстоянии от витков шнека установлены дополнительные неподвижные элементы.

Охлаждение и нарезка гранул происходит следующими способами:

  • Резание пластмассовых жгутов (стренг) прямо на выходе из фильеры с воздушным обдувом. Тот же воздух транспортирует гранулы по трубе, ведущей к приемному бункеру.
  • То же, с использованием водяного охлаждения (водокольцевой способ).
  • Выходящие из экструзионной головки стренги проходят охлаждение в водяной ванне, а после режутся на гранулы в отдельном аппарате.

Производительность всей линии зависит от характеристик экструдера, работа резальных, сушильных и калибровочных агрегатов подстраивается под него. Производительность экструдера определяется такими параметрами:

  1. диаметр витков шнека и скорость его вращения;
  2. мощность главного электродвигателя привода шнека;
  3. размеры дополнительного шнека и мощность его привода.

Картину зависимости хорошо отражает таблица характеристик двухкаскадных экструдеров от известного производителя Genius из Тайваня:

Диаметр главного шнека, мм 100 125 150 175
Диаметр второго шнека, мм 115 135 165 185
Электрическая мощность основного привода, кВт 92 110 150 260
Электрическая мощность второго двигателя, кВт 37 45 55 75
Производительность до 300 кг/ч от 300 до 450 кг/ч от 450 до 600 кг/ч до 900 кг/ч

Скорость переработки также зависит от типа сырья. Большинство пластмасс, таких как ПП, ПЭ, ПА, ПС и АБС спокойно переносят контакт с водой, а потому могут охлаждаться и нарезаться с максимальной скоростью.

 Поливинилхлорид (ПВХ) охлаждать водой нельзя, поэтому он нарезается при обдуве воздухом. Производительность такой операции несколько ниже, чем при водокольцевой резке.

Большая часть экструзионного оборудования является универсальным и рассчитанным на работу с различными типами пластмасс. Для перехода на другую разновидность корректируется температура нагрева и при необходимости меняется головка с фильерой, а также агрегаты охлаждения и нарезки гранул. Для понимания процесса стоит рассмотреть подробнее работу оборудования на всех этапах технологической цепочки.

Принцип работы оборудования

Загрузочный бункер

В простейшем исполнении представляет собой металлическую емкость круглой либо прямоугольной формы с конусовидным сужением снизу и проемом, оснащенным регулирующим и отсекающим устройством. Ставится над корпусом экструдера, проем направляется в цилиндр со шнеком.

Различаются такие виды бункеров:загрузочный бункер гранулятора

  • для ручной загрузки;
  • с автоматической подачей сырья шнековым конвейером из промежуточного бункера больших размеров;
  • то же, с конвейером из транспортерной ленты.

Бункер, загружаемый вручную или с помощью грузоподъемного устройства для биг-бегов, применяется с установками малой и средней производительности. Для контроля заполненности в емкости сделано вертикальное окошко.

Мощные линии питаются сырьем с помощью конвейеров, причем бункеры в них оснащены такими средствами автоматизации:

  • датчик нижнего уровня сырья, по его сигналу блок управления включает конвейер и пополняет емкость измельченным пластиком;
  • датчик верхнего уровня, сигнализирует о прекращении подачи сырья;
  • устройство отсечения и дозировки с приводом, управляемым контроллером.

Большой промежуточный бункер устанавливается на полы и заполняется вручную, с помощью тельфера и производственного транспорта.

Зона экструзии

Это основной узел линии, где происходит перемешивание, нагрев и дегазация расплава пластмасс. Состоит из следующих основных элементов:

  • Корпус со стальным круглым цилиндром внутри. Сверху в нем выполнен проем для подачи материала, с торцевой части предусмотрено крепление шпиндельной головки. В грануляторах — компаундерах оснащается окнами для ввода в расплав новых компонентов.
  • Стальной шнек. Он находится в корпусе внутри стального цилиндра, форма шнека меняется на протяжении корпуса, неизменным остается лишь диаметр витков.
  • Керамические нагревательные элементы, охватывающие корпус по всей длине.
  • Электродвигатель с ременной либо редукторной передачей, вращающий шнек.
  • Средства автоматики и контроля, пульт управления.

Условно корпус делится на 4 зоны, где происходят разные технологические операции за счет изменения конфигурации шнека:

  • зона питания, где сырье перемешивается, нагревается и превращается в расплав;
  • зона дозирования, в ней основание шнека увеличивается с целью пропускать определенное количество материала;
  • вакуумная зона дегазации, где основание опять уменьшается, а воздух и другие газы удаляются через специальное отверстие в корпусе линии;
  • зона сдавливания, где расплав сжимается перед подачей в шпиндельную головку.

Шнек в грануляторе

Сам шнек изготавливается из нескольких видов высокоуглеродистой легированной стали:

  1. наиболее распространенный сплав среди европейских производителей — SACM-645;
  2. то же, среди российских и китайских брендов – сталь 38CrMoALA;
  3. быстрорежущая сталь W6Mo5Cr4V2, популярна у китайских производителей;
  4. так называемая оружейная сталь SKD-61, самая дорогая и стойкая к износу.
 Для придания поверхности металла должной твердости (не менее 60 единиц по шкале HRC), она проходит стадию цементации методом азотирования.

В результате сталь приобретает необходимую твердость на глубину от 0,5 до 1 мм, а основание остается «сырым». Скорость вращения шнека в различных аппаратах варьируется в диапазоне от 50 до 500 об/мин.

Зоны нагрева

Корпус аппарата делится на зоны нагрева, каждую из которых обслуживает отдельный керамический элемент. Четко установленных значений температур, до каких положено нагревать тот или иной пластик при переработке, не существует. Тут влияет много факторов: сила давления шнека, степень загрязнения вторичного сырья и так далее.

В каждом случае температуру нужно подбирать индивидуально, в процессе наладки оборудования.

На этот счет есть следующие рекомендации:

  • В зоне, близкой к приемному отверстию, сырье надо греть до 150—200 °С. Частицы не должны слипаться около горловины и приставать к шнеку, но при этом размягчаться и передаваться дальше.
  • В следующей зоне нужно повысить температуру на 50—80 °С, подведя материал к точке плавления.
  • В остальных зонах, где происходит гомогенизация, удаление газов и сжатие, устанавливается температура, которая ниже на 10—15 °С точки плавления данного вида полимера. Причина — саморазогрев материала из-за возникающих сил трения и давления.

Степень нагрева контролируется с помощью встроенных термодатчиков, установленных в разных местах и связанных с контроллером и пультом управления гранулятора. После наладки оборудования он станет отключать нагреватели в разных зонах по сигналам датчиков, чтобы смесь не перегрелась.

Зона дегазации

В процессе плавления и сжатия полимеров в них образуются различные газы. В отличие от сырья, газы стремятся к расширению при малейшей возможности, что повлияет на форму и плотность конечного продукта.

Поэтому перед продавливанием через фильеру воздух и другие газы нужно удалить. Для этого в конце шнека устроена вакуумная зона дегазации, где давление снижается за счет уменьшения основания вала. Выделяющиеся газы покидают камеру через специальные отверстия.

Двухкаскадные грануляторы — что это

Экструдеры, оборудованные двумя шнеками, предназначены для качественного гранулирования вторичных отходов пластмасс. Два вала, чьи витки пересекаются, но не входят в зацепление, располагаются параллельно или перпендикулярно друг другу и могут вращаться как в одном направлении, так и в противоположных.

Преимущества подобной конструкции:

  • улучшается качество перемешивания расплава и его гомогенизация (однородность);
  • повышается давление за счет появления зоны сжатия между витками шнековых валов;
  • увеличивается производительность агрегата;
  • хорошо перемешанный материал под давлением лучше очищается от примесей в системе фильтров.
 В двухкаскадных машинах шнеки разных размеров установлены последовательно и оснащены отдельными приводами. Цель все та же: повысить качество гранул за счет двойной очистки и хорошего смешивания.

Двойная шнековая передача позволяет добиться эффективного удаления газов благодаря наличию двух камер дегазации вместо одной.

Конструкция с двумя последовательными шнеками применяется также в грануляторах — компаундерах. В них можно добавлять к расплаву разные компоненты на обоих этапах экструзии. Например, к расплаву в первом шнеке подмешиваются составы, улучшающие гомогенизацию и отделение летучих фракций. Во второй цилиндр вводятся различные полезные добавки либо красители.

Фильтрующие элементы

Расплав, полученный в результате переработки, необходимо пропустить через фильтры в силу таких причин:

  • задержать сгустки и частицы нерасплавленного пластика;
  • создать условия для расплавления этих сгустков;
  • отделить посторонние примеси (дерево металл) из вторичного сырья.

Фильтрующий элемент гранулятора представляет собой набор съемных металлических сеток, устанавливаемых одна за другой 2 способами:

  1. В первом случае размер ячейки каждой последующей сетки меньше предыдущей.
  2. Во втором сетки устанавливаются со смещением, чтобы их ячейки не совпадали.

Различают следующие виды шиберных фильтров, используемых в грануляторах пластмасс:

  • одноканальные с ручной заменой сеток;
  • двухканальные с ручной заменой;
  • автоматические двухканальные с гидравлическим приводом;
  • то же, с электроприводом;
  • автоматические элементы непрерывного действия с возможностью самоочищения.

шиберный фильтрДля очистки одноканального шиберного фильтра необходимо останавливать производственный процесс. Как правило, это организовано автоматически — блок управления выключает главный привод в случае критического повышения давления перед сетками вследствие их загрязнения. При этом на пульте управления загорается соответствующий сигнал.

Для очистки двухканального фильтра оператор гранулятора ориентируясь на показания датчиков давления перед фильтром, временной промежуток, степень засорения сырья, а также на характеристики гранулы которая выходит из головки нарезки переключает фильтр с рабочего, засоренного канала на второй, запасной канал с чистой предварительно установленной фильтрующей сеткой.

Переключение производится путем нажатия на рычаг или кнопку в случае наличия электро- или гидропривода.

Автоматизированные фильтрующие элементы позволяют работать непрерывно за счет переключения потока расплава на другой канал, пока очищается первый. Переключение происходит за счет гидравлического либо электрического привода по команде контроллера, что сопровождается сигналом на панели пульта управления.

В это время необходимо снять загрязненный пакет сеток и установить новый.
В элементах непрерывного действия реализовано самоочищение путем направления части потока расплава в обратную сторону через байпас. Протекая сквозь сетки в обратном направлении, поток смывает с них накопившуюся грязь. Недостаток данного способа – невозможность оценить полноту очистки сеток, из-за чего давление в канале изначально будет повышенным.

Извлеченные из аппарата сетки не промываются, а меняются на новые. В качестве расходного материала для фильтров используется проволочная сетка с размером ячейки от 2,4 до 20 мм, изготавливаемая из обычной или нержавеющей стали, иногда – из латуни.

В случае затрудненного доступа к сеткам или при нежелании большого расхода ее можно прибегнуть к следующему методу — загрязненные металлические сетки поджигаются, все загрязняющие элементы на них сгорают, тщательно стряхивается сажа с сеток и они могут проработать таким образом еще 2-3 цикла очистки.

 Больше циклов использования для сменного фильтра не рекомендуются в силу тепловой деградации металла сетки, рано или поздно она начнет рваться и пропускать загрязнение в фильеру. Очистка загрязненной фильеры — очень трудозатратный процесс!

Фильера и режущий механизм

Шпиндельная головка, оснащенная фильерой (стальной матрицей с отверстиями), функционирует по следующему принципу: сквозь калиброванные отверстия шнеком продавливается масса расплава полимеров. Появляющиеся на выходе жгуты обрезаются разными способами, от которых зависит конструкция матрицы, а точнее, расположение отверстий.

В стренговой головке отверстия размещены горизонтально, чтобы получившиеся жгуты (стренги) можно было пропустить через ванную с водой, а потом порезать на гранулы. Если обрезка производится сразу же, то отверстия расположены концентрически, как в обычной мясорубке.

Существуют такие способы гранулирования:головка нарезки

  • С водяным охлаждением стренг в ванной и последующей порезкой (производительность — до 20 тыс. кг/ч).
  • С воздушным охлаждением. Стренги обдуваются мощным вентилятором для охлаждения и обрезаются вращающимися ножами прямо возле головки.
  • Предварительно воздух проходит через водяной теплообменник для собственного охлаждения. Он же служит пневмотранспортом для готовых гранул, направляемых по трубе в бункер. Производительность — до 400 кг/ч.
  • Обрезка с кольцевым охлаждением водой. Стренги тоже обрезаются около фильеры, но охлаждаются потоком воды, движущимся по кругу. Затем гранулы вместе с водой попадают в центрифугу, где происходит их отделение. Производительность — до 20 тонн в час.
  • Подводное гранулирование. Обрезка происходит в сплошном потоке воды, которая проходит фильтрацию и охлаждение. Производительность — до 72 тонн в час.
 При всех применяемых способах есть возможность регулировать длину цилиндрической гранулы за счет увеличения либо уменьшения скорости вращения ножей.

Гранулирование с воздушным охлаждением используется на установках малой производительности или в случаях, когда нужна переработка некоторых видов пластика без контакта с водой (например, ПВХ). Способ отличается низкой производительностью и нечеткой формой гранул в виде линзы или сферы.

Наиболее производительный способ — подводный, но он требует больших эксплуатационных расходов воды и электроэнергии.

Дополнительное оборудование линий

Пульт управления

Ни одна экструзионная линия переработки полимеров не может действовать без пульта управления с основными функциями:пульт управления гранулятором

  • синхронный или последовательный пуск и остановка основного силового оборудования — электродвигателей и приводов;
  • аварийное отключение линии;
  • переключение режимов работы гранулятора;
  • регулировка мощности зон нагрева;
  • контроль над рабочими параметрами — давлением, температурой, потреблением энергии и воды, наполнением бункеров;
  • интеграция с другими агрегатами, задействованными в технологическом процессе;
  • контроль загрязненности фильтров.

Помимо основных органов управления, пульты экструдеров от разных производителей могут дополняться множеством других функций.

Для гранулирования полимеров различными способами необходимы и другие виды периферийного оборудования:

  • Металлические ванны охлаждения стренг длиной от 2 до 10 м и шириной до 1 м. Представляют собой прямоугольную емкость, оснащенную роликами для поддержки полимерных жгутов. Положение роликов можно регулировать. Температура воды в ванной поддерживается в диапазоне 50—70 °С.
  • Воздушный нож, устанавливаемый за ванной. Задача — осушение стренг, выходящих из ванной мощным потоком воздуха от вентилятора.
  • Стол с виброситом. Сито с калиброванными отверстиями, установленное на гибких опорах, позволяет отделять слишком маленькие и длинные гранулы за счет вибрации.
  • Бункер готовой продукции с дозатором служит для наполнения гранулами различных емкостей либо биг-бегов с целью дальнейшей транспортировки.
  • Центрифуга. Агрегат, где за счет центробежной силы гранулы отделяются от воды и просушиваются.
  • Сепарационная установка для агломерата удаляет влагу из сырья перед подачей на экструзию.
  • Сушилка продукции необходима при большой производительности линии.

система оборотного водоснабжения на промышленных предприятияхБлагодаря новым технологиям в энергосбережении вы сможете значительно повысить доход своего предприятии за счет сокращения расходов на коммунальные услуги и обслуживание оборудования.

Если на вашем предприятии вода является одиним из основных используемых ресурсов, то вам будет интересно, как сделать расходы минимальными. Для этого следует ввести систему оборотного водоснабжения. Подробнее читайте здесь.

Светодиодные светильники — самый экономный вид ламп на сегодняшний день. Подробную и полезную информацию о выборе промышленных светодиодных светильников вы найдете в этой статье.

Обзор производителей грануляторов

Как водится, производителей экструзионного оборудования для переработки вторичных полимеров можно условно разделить на 3 ценовых категории: высшую, среднюю и бюджетную.

Брендам первой категории можно доверять безоговорочно, к таковым относятся следующие производители:

  • Automatik Plastics Machinery GmbH (Германия);
  • C.F. Scheer & Cie. GmbH + Co. (Германия);
  • Krauss Maffei Berstorff GmbH (Германия);
  • Gala Industries, Inc. (США).

При покупке машин среднего ценового сегмента стоит внимательно ознакомиться с продукцией.

Но в нем присутствует множество брендов, заслуживающих доверия и отлично зарекомендовавших себя на постсоветском пространстве:

  • Matila Industrial (Тайвань);
  • Genius (Тайвань);
  • Sumitomo Demag Plastics Machinery (Япония);
  • ZHAFIR Plastics Machinery GmbH (Германия).

Бюджетные экструзионные агрегаты производятся в Китае, России и Украине. Причем наши производители, как правило, изготавливают машины из основных комплектующих, привезенных из того же Тайваня либо Западной Европы. Причина в том, что на территории бывшего СНГ осталось мало металлообрабатывающего оборудования, на котором можно изготовить качественный и надежный шнек.

Китайские производители при изготовлении шнеков часто используют более дешевую сталь SCM-440, обладающей твердостью всего 48 единиц HRC против необходимых 60—65. Срок службы подобных изделий будет недолгим. Перечислять названия китайских и российских брендов нет смысла, здесь важно ознакомиться с оборудованием и рекомендациями партнеров, которые им пользовались.

4 комментария so far:

  1. Дидар:

    Очень полезноя информация спасибо

    • Energylogia:

      Уважаемый Дидар и вам от нас благодарность за высокую оценку качества наших статей! Данная статья была написана и отредактирована профессионалами в сфере переработки полимеров и нам очень приятно что она была вам полезна.

      С уважением, администрация сайта Energylogia.

  2. Nikolay:

    Информация очень помогла с техническим отчетом,спасибо))

    • Energylogia:

      Уважаемый Николай, пожалуйста. Мы рады были вам помочь, ведь данный материал написан и подготовлен очень квалифицированным специалистом в сфере переработки полимеров!

      С уважением, администрация сайта Energylogia.

Добавить комментарий

Ваш e-mail не будет опубликован. Обязательные поля помечены *