物料特性变化对挤压机运行的影响及切粒因素分析

物料特性变化对挤压机运行的影响及切粒因素分析

党利强

Abstract ：In this article ，the influence of high MFR polypropylene resin on operation ofextruding granulator was studied ，based on the production situation of the 30 kt ／a PP plant ，the operation parameters of the extruding granulator were appropriately adjusted ．

Key words ：gas phase method ；polypropylene ；extruder ；Underwater pelletizer ；die plate

神华榆林能源化工有限公司聚丙烯装置采用的是美国INEOS technology LLC （英力士技术公司，简称INEOS ）的INNOVENE 气相聚丙烯工艺，以丙烯为主要原料，生产能力以8000h/a 的操作时间进行计算，年产30万吨聚丙烯粒状树脂产品。目前该装置已经成功产出S1003、K8003、K4912、K4918、等多种抗冲和无规共聚产品。挤压机采用的是德国WP 公司的同向双螺杆挤压机ZSK-320，水下切粒机型号为UG700，最大生产负荷48t/h ，本文根据装置这两年多的生产经验来分析切粒机各项参数及物料特性对造粒机运行的影响。 1 聚丙烯的熔融过程

挤压造粒是物料在筒体的进料段、熔融段、剪切段、增压段中流动的过程物料通过螺杆将机械能转化为热能和压力能。物料在筒体中有三种流动方式：正流Q P （positive flow ）、逆流Q b （back flow ）、漏流Q L （leakage flow ）。正流是物料在螺槽中向机头方向的流动，用Q P 表示；逆流是由节流阀、过滤网等对物料的反压力所引起的与正流相反的流动，用Q B 表示；漏流是由于螺杆与简体之间有1~2mm 的间隙，使得物料在向下一个螺旋槽输送时极小部分物料沿着螺杆间隙往回流，用Q L 表示。逆流和漏流的存在降低了实际生产率但是可以改善物料的混炼效果。因此，挤压造粒机

的实际流量为：Q=Q P -(Q B +Q L )。 2熔融指数与主电机功率的关系

经过装置两年的生产实践，目前已经开发出5种聚丙烯牌号，分别是S1003、K8003、K4912、K1014、K4918每种牌号的MFR 都不相同，相同负荷下这5种牌号物料的挤压机功率如图1所示。

图1 主电机功率与MFR 的关系

在生产同一牌号下,物料特性一定时，挤压机主电机的功率和挤压机负荷成正比,因此主电机功率可以作为衡量挤压机负荷的一个重要参数。但在物料性质变化比较大,尤其是MFR 变化时,主电机功率就不能真实地反映生产负荷。由图1可以看出在牌号切换过程中随着MFR 的提高,主电机功率不断下降，而且下降趋势逐渐趋于平缓，这是由于在熔体流量不变的情况下,熔体的流动性提高,螺杆转动所受的剪切力减小。理论上讲,

功率的下降趋势应如图1中理论曲线所示。物料MFR较低时其变化对功率有较强的影响,反映在生产中就是在生产低MFR产品时,主机功率会急剧上升，如生产K8003（2.5g/10min）较K4918（18g/10min）功率有大幅度上升，S1003向K4912切换过程中挤压机功率大幅下降，但是随着MFR 逐步提高K4912向K1014切换过程中,功率下降的趋势趋于平缓。但实际上当K4918向更高MFR的牌号切换过程中，这时挤压机功率下降趋势又会变快，这是由于螺杆和挤压机筒体有1. 1~2mm间隙，在螺杆将熔融的物料向前挤压时,总会有少部分的物料从间隙中返回,MFR的提高加剧了这种返混现象,从而使挤压机的实际流量减小,使功率进一步下降。随着MFR继续增加,螺杆对物料的剪切作用越来越小,流量成为影响螺杆扭矩的主要因素,从宏观上表现出随着MFR的增加,主电机功率保持不变。

3 熔融指数与挤压机比能的关系

ZSK320挤压机有一个很重要的参数叫做比能（SPEC ENGERY），定义为单位时间内挤压机每生产1千克聚丙烯所产生的功耗，单位kw/kg。理论上讲比能不受挤压机负荷影响,所以能更准确的分析物料特性变化对挤压机产生的影响。

图2 主电机比能与MFR的关系4 筒体温度对挤压造粒的影响

ZSK320挤压机筒体温度采用电加热板和筒体冷却水共同控制，聚丙烯粉料溶体的流动性与温度密切相关。聚丙烯粉料在双螺杆剪切的作用下释放出大量的热能，脱盐水做为筒体冷却水，将这部分热量撤走，从而维持溶体温度的恒定。在生产负荷保持相同、节流阀开度保持不变的条件下,ZSK 320机组在节流阀处的熔体温度随MFR增加而不断下降。一个原因是低MFR熔体的黏度较高,导致主电机消耗一部分机械能转化成热能;另一个原因是低MFR聚合物的相对分子质量较大,长链较多,其受到挤压时,分子之间相互摩擦的机会较多,从而释放出较高的热能。过高的温度会PP在挤压机中热降解,导致产品质量受到影响。因此,在生产中要严格控制熔体温度,尤其在生产低MFR产品时,温度较高,因而更需要通过降低冷却介质的温度来加强挤压机的撤热。

5 熔融指数变化对节流阀开度的影响

开车节流阀安装在进料段最后的筒体上，用来控制进料段与混炼段溶体的的背压。进料段中产品的塑化程度与实际的输入比能量，随着节流阀的开度而发生变化。开大节流阀开度意味着减弱混炼程度，适用于低熔融指数产品或提高生产负荷时。关小节流阀开度，即是增强混炼程度，适用于高熔融指数产品或降低负荷时。装置在生产K4918（MFR18）时从大块料捕捉器中发现大量快料与粘料，但是由于调整及时并未出现缠刀现象，通过分析判断是节流阀开度（25°）太大以及出料段温度和切粒水温度过高所致。所以根据实际生产经验当物料MFR在12~20g/10min时节流阀开度设定在30°~35°之间为宜。当生产高熔融指数产品，节流阀开度小于30°时可能会出现不熔料。关小节流阀开度，阀前压力则明显上升