藏家喜(神華榆林能源化工有限公司, 陜西 榆林 719000)

聚丙烯擠壓造粒系統(tǒng)的研究與分析

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在化工生產(chǎn)過程中，聚丙烯的應(yīng)用非常普遍。擠壓造粒是聚丙烯生產(chǎn)的重要環(huán)節(jié)，只有提高擠壓造粒的效率，才能保證聚丙烯的品質(zhì)。近幾年來，我國(guó)的科學(xué)技術(shù)水平不斷提升，聚丙烯擠壓造粒的質(zhì)量相應(yīng)提高。本文將具體探討聚丙烯擠壓造粒控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與分析，希望能為相關(guān)人士提供一些參考。

聚丙烯；擠壓造粒；研究與分析

1 聚丙烯擠壓造粒概述

1.1 聚丙烯概述

聚丙烯是一種現(xiàn)代綜合性塑料，在工業(yè)領(lǐng)域的應(yīng)用非常廣泛。聚丙烯的制作原料相對(duì)豐富，因此成本較低。隨著時(shí)代的不斷發(fā)展，我國(guó)的工業(yè)化進(jìn)程不斷加快，社會(huì)各行各業(yè)對(duì)聚丙烯的需求量日益膨脹。國(guó)外的工業(yè)化建設(shè)相對(duì)較早，聚丙烯生產(chǎn)系統(tǒng)相對(duì)成熟。從整體來看，當(dāng)前世界上生產(chǎn)聚丙烯的廠家越來越少，但是聚丙烯產(chǎn)品的數(shù)量卻越來越多。大規(guī)模公司占據(jù)著絕對(duì)的優(yōu)勢(shì)地位，將聚丙烯生產(chǎn)權(quán)壟占到自己的手中。在進(jìn)行聚丙烯生產(chǎn)時(shí)，一般采用兩種方法，第一種是氣相法，第二種方法是本體法，上述兩種方法會(huì)產(chǎn)生不同的化學(xué)反應(yīng)，生產(chǎn)出來的聚丙烯品質(zhì)也呈現(xiàn)出一定差異。聚丙烯的性質(zhì)為塑料，塑料在工業(yè)生產(chǎn)中非常常見，因此聚丙烯的市場(chǎng)規(guī)模正在逐漸擴(kuò)展。就目前來看，與聚丙烯相關(guān)的產(chǎn)業(yè)越來越多，無論是合成材料工業(yè)、還是裝飾工業(yè)，都為聚丙烯生產(chǎn)提供了不竭動(dòng)力。

值得注意的是，當(dāng)前我國(guó)聚丙烯生產(chǎn)還存在一些不足之處：第一，我國(guó)聚丙烯生產(chǎn)的效率比較低。國(guó)外自上個(gè)世紀(jì)開始生產(chǎn)聚丙烯，形成了現(xiàn)代化的聚丙烯生產(chǎn)裝置，大大提高了聚丙烯的產(chǎn)量。我國(guó)聚丙烯生產(chǎn)工業(yè)投入的技術(shù)成本有限，平均年產(chǎn)量遠(yuǎn)遠(yuǎn)低于世界水平。第二，我國(guó)聚丙烯的品質(zhì)較低。社會(huì)主義市場(chǎng)不斷擴(kuò)展，各行各業(yè)對(duì)聚丙烯的需求量不斷上漲。就目前來看，我國(guó)聚丙烯產(chǎn)品的種類比較多，但是高端產(chǎn)品非常少。大多數(shù)聚丙烯產(chǎn)品的技術(shù)附加值較低，并不能完全滿足社會(huì)主義市場(chǎng)的需要。第三，我國(guó)聚丙烯的開發(fā)工藝落后。在引進(jìn)國(guó)外的聚丙烯生產(chǎn)裝置之后，我國(guó)投入了一定的技術(shù)資金，研發(fā)了間歇式聚丙烯攪拌裝置。但是與國(guó)外相比，我國(guó)的聚丙烯開發(fā)工藝仍然落后，聚丙烯的產(chǎn)品牌號(hào)仍然有限。

1.2 擠壓造粒概述

按照造粒流程的不同，可以將造粒方法分為以下幾種：第一種是攪拌造粒方法。所謂的攪拌造粒方法，就是在特定裝置中添加攪拌劑等材料。在動(dòng)力裝置的作用下，材料自動(dòng)攪拌，可以形成圓狀的顆粒。攪拌造粒方法的使用流程比較便捷，耗費(fèi)的人力資源和物力資源比較少。但是通過攪拌造粒方法配備的顆粒粘度較低，均勻性較差。第二種是鼓風(fēng)造粒方法。所謂的鼓風(fēng)造粒方法，就是在顆粒下方安裝鼓風(fēng)機(jī)，讓細(xì)粉在風(fēng)力作用下和攪拌劑相融，形成致密顆粒。鼓風(fēng)造粒方法的使用步驟相對(duì)較少，工藝成本較低。但是鼓風(fēng)造粒方法的風(fēng)力不易控制，顆粒大小呈現(xiàn)出較大差異。第三種是噴霧造粒方法。所謂的噴霧造粒方法，就是在轉(zhuǎn)盤上噴射漿液，使粉粒黏合在一起。在干燥環(huán)境中，粉粒上的漿液固化，形成圓狀的顆粒。噴霧造粒方法的使用效率較高，顆粒均勻性較好。但是噴霧造粒方法的技術(shù)成本較高，適用范圍較小。

2 聚丙烯擠壓造粒控制工藝

2.1 技術(shù)工藝

對(duì)聚丙烯進(jìn)行擠壓造粒，就是將聚丙烯的粉粒融合到一起，形成塑料加工品。為了保證塑料成品的致密性，需要對(duì)聚丙烯進(jìn)行加熱，平衡塑料分子。在加熱完畢后，可以對(duì)塑料進(jìn)行加熱和干燥處理，形成最終的塑料成品。聚乙烯種類較多，不同類型的材料可以滿足不同的生產(chǎn)需求，具體來說，聚丙烯擠壓造粒的技術(shù)工藝包括以下幾項(xiàng)：第一，需要將各種材料融入到半成品的粉粒之中，應(yīng)用攪拌劑進(jìn)行攪拌和混合。在攪拌之后，需要應(yīng)該雙螺桿，對(duì)粉粒進(jìn)行壓實(shí)處理，保證粉粒的均勻性。第二，需要對(duì)攪拌均勻的粉粒進(jìn)行高溫加熱，使原料在高溫狀態(tài)下進(jìn)行熔融。第三，應(yīng)該開啟攪拌機(jī)內(nèi)部的孔洞，使加熱之后的顆粒從孔洞中釋放而出，并把這些顆粒導(dǎo)入到干燥機(jī)之中。第四，應(yīng)該對(duì)顆粒進(jìn)行干燥，并將干燥后的顆粒儲(chǔ)存到恒溫恒壓環(huán)境之中。在生產(chǎn)聚丙烯的過程中，外部環(huán)境會(huì)對(duì)聚丙烯質(zhì)量產(chǎn)生重要影響，雙螺桿的壓力、擠壓造粒環(huán)境的溫度等都會(huì)影響聚丙烯的內(nèi)部結(jié)構(gòu)。一般來說，聚丙烯會(huì)經(jīng)過三個(gè)生產(chǎn)環(huán)節(jié)：第一是粉料的輸入輸出。第二是粉料的熔融。第三是粉料的干燥過濾。上述三個(gè)生產(chǎn)環(huán)節(jié)缺一不可，每個(gè)環(huán)節(jié)都需要進(jìn)行質(zhì)量控制。

2.2 控制系統(tǒng)

聚丙烯擠壓造粒具有系統(tǒng)性特征，其控制系統(tǒng)相對(duì)復(fù)雜。具體來說，聚丙烯擠壓造粒控制系統(tǒng)是由以下幾個(gè)部分組成的：第一是稱重系統(tǒng)。稱重系統(tǒng)需要合理控制粉粒、添加劑的比重。第二是混合系統(tǒng)?；旌舷到y(tǒng)需要將粉粒攪拌均勻，保證粉粒的致密特性。第三是筒體系統(tǒng)。筒體系統(tǒng)需要調(diào)節(jié)攪拌筒內(nèi)的溫度，限制雙螺桿的壓力。第四是動(dòng)力系統(tǒng)。動(dòng)力系統(tǒng)需要為模板造粒提供動(dòng)力支撐。第五是加熱系統(tǒng)。加熱系統(tǒng)需要在粉粒壓實(shí)完畢之后進(jìn)行加熱，并在可控時(shí)間內(nèi)進(jìn)行冷卻。

3 聚丙烯擠壓造粒的注意事項(xiàng)

3.1 造粒質(zhì)量不穩(wěn)定問題及改進(jìn)方法

首先，聚丙烯在擠壓造粒的過程中，經(jīng)常會(huì)出現(xiàn)造粒質(zhì)量不穩(wěn)定的問題。造粒質(zhì)量很容易受到外界要素的影響，破壞本身的均勻性。具體來說，造粒質(zhì)量不穩(wěn)定的原因包括以下幾點(diǎn)：第一，造粒機(jī)模板加熱不均。在擠壓造粒的過程中，需要對(duì)模板進(jìn)行加熱，使造粒成型。模板的溫度越均勻，造粒的尺寸大小越相近；模板的溫度越分散，造粒的尺寸差異越明顯。在模板的內(nèi)部分布著若干細(xì)孔，細(xì)孔出粒的速度必須保證一致。一旦溫度失衡，模板細(xì)孔的出粒速度就會(huì)受到影響，使造粒質(zhì)量下降。第二，造粒機(jī)模板過于粗糙。聚丙烯擠壓造粒對(duì)造粒機(jī)模板提出了較高要求，如果模板表面過于粗糙，就會(huì)在造粒過程中形成機(jī)械碎片，對(duì)造粒產(chǎn)生不利影響。一些造粒機(jī)模板表面并不光滑，和切刀也不相匹配，在擠壓造粒時(shí)會(huì)和粉粒進(jìn)行摩擦，形成大量的細(xì)碎顆粒。第三，進(jìn)刀風(fēng)壓控制不力。切刀壓力直接關(guān)系著造粒的大小，如果切刀過大，就會(huì)縮減顆粒的長(zhǎng)度；如果切刀過小，就會(huì)加大顆粒的彎曲度。不同類型切刀的風(fēng)壓不同，一些型號(hào)的切刀并無法滿足聚丙烯均勻擠壓造粒的要求。第四，切刀硬度較小。聚丙烯造粒相對(duì)較硬，只有保證切刀的鋒利性，才能確保顆粒形狀相同。很多切刀在長(zhǎng)期使用后沒有進(jìn)行打磨，也沒有得到及時(shí)更換，在擠壓造粒時(shí)會(huì)出現(xiàn)削切失誤。

為了避免出現(xiàn)上述問題，可以采用如下幾種質(zhì)量改進(jìn)方法：第一，應(yīng)該對(duì)模板進(jìn)行定期檢修。模板在運(yùn)作過程中會(huì)出現(xiàn)故障，一旦模板發(fā)生變形，擠壓造粒的效率會(huì)大大降低。檢修人員需要查看螺栓的緊固性，對(duì)溫度進(jìn)行測(cè)量。同時(shí)要把模板的垂直度限制在標(biāo)準(zhǔn)范圍之內(nèi)，調(diào)整切刀的位置。第二，應(yīng)該對(duì)模板的孔洞進(jìn)行清理。一旦模板孔洞出現(xiàn)雜質(zhì)，就會(huì)導(dǎo)致出粒受阻，或出粒不均。在清理空洞的過程中，應(yīng)該使用專門的清理鏟，將附著在表面的雜質(zhì)清理干凈。同時(shí)，要對(duì)模板的表面進(jìn)行打磨，降低模板的粗糙度。第三，應(yīng)該對(duì)進(jìn)刀壓力進(jìn)行精確控制。一般來說，進(jìn)刀壓力和切刀轉(zhuǎn)速需要控制在一定比例內(nèi)，在造粒過程中，切刀受到兩方向的推力作用，切刀的轉(zhuǎn)速越達(dá)，進(jìn)刀壓力的輻射面越小，如果進(jìn)到壓力輻射面持續(xù)加大，切刀會(huì)加速磨損，影響造粒的均勻性。在質(zhì)量改進(jìn)過程中，需要測(cè)算進(jìn)刀壓力，根據(jù)轉(zhuǎn)速控制外力。同時(shí)，需要加大模板與切刀之間的距離，避免切刀對(duì)造粒進(jìn)行無序切割。第四，應(yīng)該對(duì)切刀硬度進(jìn)行檢驗(yàn)。在檢驗(yàn)之前，需要陳列不同型號(hào)、不同尺寸的切刀，并應(yīng)用切刀進(jìn)行分別造粒。根據(jù)造粒結(jié)果，可以從中挑選出鋒利性最強(qiáng)的切刀，并控制刀刃和刀盤的平面度。

3.2 切刀磨損過快問題及改進(jìn)方法

其次，聚丙烯在擠壓造粒的過程中，經(jīng)常會(huì)出現(xiàn)切刀磨損過快的問題。切刀有一定的使用壽命，但是在外界環(huán)境的影響下，切刀的磨損率會(huì)迅速上升，磨損強(qiáng)度會(huì)顯著提高。切刀磨損過快的原因包括以下幾點(diǎn)：第一，刀刃和模板的摩擦力較大。在更換新的切刀后，切刀會(huì)和模板表面發(fā)生接觸，二者的摩擦屬于正常磨損。但是如果后期沒有進(jìn)行磨刀，切刀就會(huì)發(fā)生非正常磨損。第二，模板的溫度變化過大，使?？诔霈F(xiàn)形態(tài)變化，切刀受力不均勻，刀刃會(huì)受到損害。為了避免上述問題的發(fā)生，可以采用以下幾種改進(jìn)方法：第一，應(yīng)該定期磨刀，避免出現(xiàn)纏刀和強(qiáng)行進(jìn)刀等情況。第二，應(yīng)該控制模板的溫度，使用電子檢測(cè)儀器，對(duì)模板的溫度變化進(jìn)行動(dòng)態(tài)監(jiān)控。

4 結(jié)語

綜上所述，在化工生產(chǎn)過程中，聚丙烯的應(yīng)用非常普遍。作為一種新型材料，聚丙烯具有良好的物理性能和化學(xué)性能，因此被廣泛應(yīng)用在社會(huì)生產(chǎn)的各個(gè)方面。擠壓造粒是聚丙烯生產(chǎn)的重要環(huán)節(jié)，為了促進(jìn)我國(guó)聚丙烯工業(yè)的可持續(xù)發(fā)展，必須采用現(xiàn)代技術(shù)，對(duì)聚丙烯擠壓造?？刂葡到y(tǒng)進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計(jì)。

[1]史騰.聚丙烯擠壓造?？刂葡到y(tǒng)的設(shè)計(jì)與研究[D].華東理工大學(xué),2014.

[2]孫亞玲,曹吉民.聚丙烯擠壓造粒單元故障分析及處理[J]. 石油化工設(shè)備,2013，(S1)∶101-103.