Способы гранулирования полимеров

Современные лини рециклинга классифицируются по способам резки гранул и типу их охлаждения. Различают 4 основных способа гранулирования:

Качество гранул и количество отходов зависят от правильного выбора метода гранулирования и точного поддержания параметров технологического процесса.


Гранулирующая головка

Гранулирующая головка – это профилирующий инструмент, придающий необходимую форму выдавливаемой струе полимера. Состоит из фильеры, где расплаву придается форма стренг и режущего устройства. Конструкция головки должна удовлетворять следующим требованиям:

Фильера гранулятора представляет собой диск с каналами. Количество отверстий подбирается с учетом природы материала и производительности экструдера. Конфигурация каналов проектируется так, чтобы на входе в отверстие располагался конический участок, а пересекающиеся стенки конуса образовывали шестигранник, все грани которого равны между собой. Такая геометрия позволяет избежать образования застойных зон.
Расплав полимера выходит из экструдера, проходит через адаптер головки и продавливается сквозь каналы фильеры с круглым сечением в виде прутков (стренг) в камеру, где вращаются ножи.
В зависимости от природы материала и производительности гранулятора количество вращающихся ножей может варьироваться от 2 до 24. Форму лезвий и угол их наклона выбирают с учетом свойств перерабатываемого полимера. Для увеличения срока службы лезвия изготавливаются из износостойких марок стали, причем твердость ножей должна быть меньше твердости фильеры на 2 -10 HRC. А ротор с ножами комплектуют контроллером силы нажима.
Регулируя частоту вращения ножей, можно задавать размер гранул. Скорость выдавливания стренг зависит от производительности экструдера. Поэтому частота вращения лезвий должна синхронизироваться с оборотами шнека. Размеры и форма гранул зависят от величины зазора между вращающимися ножами и поверхностью фильеры, поэтому ножевая головка также должна быть снабжена устройством для регулирования зазора.
После нарезки готовые гранулы должны охладиться. В зависимости от природы гранулируемого полимера и производительности линии охлаждение может осуществляться воздухом или водой.


Гранулятор с воздушным охлаждением

При воздушном способе охлаждения гранулы захватываются потоком воздуха, нагнетаемым вентилятором и уносятся в охлаждающий патрубок, который представляет собой закрученную спираль. После чего, гранулы поступают в циклон, где происходит их разделение с воздушным потоком. Для увеличения эффективности процесса охлаждения, воздух может быть предварительно пропущен сквозь теплообменник вода/воздух. Грануляторы с воздушным охлаждением компактны и не требуют дополнительных устройств для подсушки. К их недостаткам следует отнести маленькую производительность (до 100 кг/час), несколько более высокую неоднородность гранул по размерам и форме и ограниченность применения: данный способ охлаждения подходит только для материалов с относительно низкой энтальпией, при высокой прочности расплава и незначительной степени его прилипания к металлам. В основном, таким методом регранулируют только полиэтилены. Часто такие грануляторы ставят inline на большие экструзионные установки. Например, inline переработка обрезанной кромки на линиях по производству рукавных пленок.


Водяное кольцо

Большинство современных грануляторов вторичных пластиков с горячей резкой гранул на фильере комплектуется охлаждающими устройствами, работающими по методу водяного кольца. Устройство состоит из цилиндрического корпуса, расположенного соосно с фильерой гранулятора. Внутри корпуса устанавливается еще один цилиндр меньшего радиуса. К корпусу фильеры привариваются патрубки для подвода и отвода воды. В патрубок под давлением подается охлаждающая вода. Водяной поток под действием центробежных сил прижимается к стенкам и формирует в пространстве между корпусом и цилиндром спиральный поток. Гранулы захватываются потоком и уносятся к устройству для обезвоживания. Обезвоживание гранул осуществляется на центрифугах, циклонах и виброситах. Метод гранулирования водяное кольцо получил наибольшее распространение в линиях рециклинга пластмасс. Такие грануляторы компактны, нешумные, на них не образуется пыли, как в случае дробления охлажденных прутков. Гранулы, полученные в водяном кольце, имеют ровные края. Такой гранулятор подходит для большинства пластиков и позволяет работать в широком диапазоне производительности.


Подводное гранулирование

Грануляторы с подводной резкой. Внешняя поверхность фильеры и ножевая головка грануляторов находятся в камере, заполненной охлаждающей водой. Горячий расплав полимера проходит сквозь отверстия фильеры, выдавливается в камеру, где вращается ножевая головка и срезается на поверхности фильеры в горячем состоянии. Сразу же после резки готовые гранулы интенсивно охлаждаются водой. Таким образом, подводное гранулирование позволяет достичь очень высоких показателей производительности до 30 тонн/час. Основная технологическая сложность – это момент запуска гранулятора. Когда поверхность фильеры уже охлаждается, а расплав полимера еще не достиг ее каналов. Очень важно не допустить застывания расплава в фильере. Для этого в корпусе фильеры просверливают специальные каналы для обогрева. Обогрев осуществляется насыщенным паром.
Грануляторы с водяным охлаждением гранул комплектуют сборником конденсата с подогревателями, насосами для перекачивания конденсата из сборника через теплообменник в камеру резки, трубопроводами, по которым гранулы транспортируются водой к виброситу или центрифуге.


Стренговый гранулятор

Расплав полимера выдавливается сквозь отверстия фильеры, в виде прутков (стренг) поступает в ванну, заполненную водой, где происходит их охлаждение, и захватываются приемно-тянущими валами и подаются в режущее устройство. Для равномерного охлаждения стренг длина ванны должна составлять 6 – 10 м. Режущее устройство представляет собой радиально регулируемую фрезу с неподвижными ножами. Размер гранул регулируется путем изменения частоты вращения ротора. Торцы гранул обычно имеют неправильную форму, содержат много пыли и даже возможно попадание металлических частиц, вследствие высокого износа ножей. Такой гранулят склонен к образованию сводов в загрузочных бункерах перерабатывающего оборудования и накопительных силосах.