聚烯烃挤压造粒机技术发展.docx
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聚烯烃挤压造粒机技术发展
第36卷增刊2007年8月
石油化工设备V01.36supplementPETR0一CHEMICAI。
EQUIPMENTAug.2007
文章编号:
1000一7466（2007增刊一0036一06
聚烯烃挤压造粒机技术发展
巨军
（兰州石化公司乙烯工程建设指挥部,甘肃兰州730060
摘要:
介绍了聚烯烃挤压造粒机技术的发展,根据石化行业的应用总结了现阶段对设备的要求,对主要的3种机型进行了介绍和比较。
关键词:
挤压机;混炼;熔融;螺杆
中图分类号:
TQ055.8文献标志码:
B
DeVelopmentandApplicationOfTechnologyOfthePelletingSystemforPolyolefinJUJun
（EthyleneProjectConstructionManagementDepartment,LanzhouPetrochemical
Company,Lanzhou730060,China
Abstract:
Developmentoftechnologyofthepelletingsystemforpolyolefinwasreviewed.Basedonapplicationinpetrochemicalplants,therequirementsforequipmentweresummarized.Thethreetypesofpelletingsystemweredescribedandcompared.
Keywords:
extruder;mix;melt;screw
挤压造粒机是聚烯烃装置的关键设备,它通过混炼、挤压、造粒等过程将聚合物粉料制成粒料,便于运输及后序加工。
目前,只有德国Cw&P公司、日本制钢所JSw、日本神户制钢所KOBE、美国FARREL公司等为数不多的几家公司拥有设计、制造大型混炼造粒机组成套技术的能力,世界范围内聚烯烃生产多采用连续式混炼造粒技术。
随着装置规模的大型化,对聚合物树脂混炼能力、混炼效果的要求不断提高,大型挤压造粒机组多采用双螺杆技术。
1聚烯烃混炼技术的发展
自19世纪70年代聚合物树脂出现以来,随着科学技术的发展和进步,塑料的物理性能和成型加工性能逐步优于许多传统材料。
1933年塑料工业出现了混炼这一概念,50年代中期开始了固体输送、熔融等理论的定量性研究,60年代推出了大规模的连续混炼操作。
混炼的发展可以分为5个阶段:
①1870年~19lo年,非连续混合器、捏合器、脱挥器的发明与发展。
②1910年~1935年,橡胶、纤维素、赛璐珞、酪蛋白及类似树脂的非连续混炼的实现。
③1935年~1960年,连续式脱水过程、螺杆捏合器和螺杆脱挥器的发明与发展。
④1960年~1985年,实现对所有热塑性和热固性塑料的大规模连续混炼和对橡胶非连续混炼的继续。
⑤1985年~1995年,聚烯烃高产量和独立生产线概念的出现。
塑料一般都经过混炼将聚合物原材料转变为可加工的混合物,它通过聚合物和各种助剂（稳定剂、润滑剂、塑化剂、颜料、填料、阻燃剂、交联剂、发泡剂等的混合、熔融及均化,依靠控制剪切条件来改进流动行为并脱去挥发物（残余单体、溶剂、水,最终通过挤出、造粒等一系列操作,使混合物形成易于处理和适于加工的形式。
根据物料的要求、聚合物的类型、物料在混炼后的不同用途等,混炼过程的复杂程度也不同。
低压聚烯烃（HDPE、I。
I。
DPE、PP粉料或颗粒的混炼在近些年基本保持不变,主要包括以下几个过程:
①聚烯烃粉料或颗粒料的塑化。
②
收稿日期:
2006—11—24
作者简介:
巨军（1969一,男,陕西咸阳人,工程师,工程硕士,从事设备管理工作。
增刊巨军:
聚烯烃挤压造粒机技术发展
助剂的分散和混合。
③除去少量挥发性物质。
④熔体过滤。
⑤造粒。
典型的聚烯烃混炼挤出系统示意图见图1。
该系统带有聚合物原料仓、助剂储料仓、混炼挤压机及粒料干燥器等设备,其中主要的混炼挤压机被放置在一层厂房。
图l典型的聚烯烃混炼挤压系统示图2当代聚烯烃粉料混炼设备
挤压造粒机的生产能力随着聚烯烃装置规模的
扩大同步增长,目前45t/h的产率已经成为主流。
由于单螺杆挤压机实际效率极限约为25t/h,其发
展趋势受到了极大的限制,而使用双螺杆技术,产率
达75t/h的高速聚乙烯生产线已经投入运行。
因
此,规模级的聚烯烃装置大部分采用双螺杆挤压造
粒机。
2.1双螺杆挤压机的分类
根据螺杆啮合型式,双螺杆挤压机可以分成啮合型和非啮合型两种,见图2~图3[13;根据转动方式,双螺杆挤压机有异向旋转、同向旋转两种方式。
啮合型、异向双螺杆挤压机由于存在着与螺杆有关的机械问题,限制了螺杆的最大直径只能达到170mm。
目前双螺杆挤压机主要有异向非啮合及同向啮合两种形式。
图2啮合型螺杆示图
例3非啮合型螺杆不图
异向非啮合、同向啮合型双螺杆混炼系统因聚合物混炼生压、温升等要求,一般都采用一步式双螺杆混炼系统及带后续单螺杆熔体挤出机或齿轮泵的两步式双螺杆混炼系统两种形式。
2.2双螺杆挤压机的特殊要求
从经济角度考虑,采用相对较高的螺杆转速是必要的。
目前同向旋转设备的螺杆圆周转速达到3.5m/s,两步混炼的非啮合异向旋转设备的螺杆圆周速度达到6~10m/s。
螺杆的最高转速是由机械因素和制品的最高工作温度决定的,物料最高温度一般介于230~320℃。
当前的大型聚烯烃挤压造粒机在设计中必须考虑以下特殊要求。
高效塑化元件产生均匀的剪切及良好的分布混合,使得熔体和没有塑化的固体作高强度混合,从而
避免温度过高。
这方面日本JSw、日本KOBE、德
石油化一r设备2007年第36卷
国CW&P公司各有特点。
JSw公司CIM机型混炼螺杆示意图见图Ⅱ。
该螺杆混炼段为双头螺棱、单段混炼。
大螺旋角、多螺棱几何形状可有效减小熔膜厚度、增加粘性,导致
熔融性能改善。
西格玛几何形状混合作用强烈,可导致聚合物中凝粒的破碎嘲。
K（BE公司I。
CM机型混炼螺杆示意图见图5。
该螺杆混炼段为三头螺纹、两段混炼。
磁纡二≤.
图4
JSw公司CIM型混炼螺杆示图
图jKOBE公司LcM型混炼螺杆示图
德国Cw&.P公司ZSK机型组合式混炼捏合块更换性。
从啮合块的外部形状还可以看出,它相当示意图见图6。
CW&P公司采用积木原理将螺杆于螺纹侧面角为90。
的螺距等于无穷大的同向旋转元件安装在芯轴上,机筒的分节组装可以实现螺杆螺杆的一部分,因此,具有极强的剪切作用和混合作
几何形状的最佳多样性以及良好的磨损部件的经济
用Ⅲ。
（a带花键槽的复合材料啮合块
（b带键槽的特质复合材料啮合块
图6
Cw&P公司ZSK型混炼啮合块示图
增刊巨军:
聚烯烃挤压造粒机技术发展
带后续熔体挤出设备的非啮合异向旋转双螺杆挤压机,通常选取设计螺杆长径比为5~9:
1,啮合型同向双螺杆长径比为15~24:
1。
挤出系统的后续装备（如过滤网换网器、模板等上的压力在15~30MPa。
高压导致螺杆存在较长的逆流长度和附加的能耗,并在高速转动的螺杆上产生高温。
啮合型同向双螺杆可在相对较短的螺距上建立压力,通过优化压力形成段螺杆几何结构,使得因物料的返流造成的温度升高及能耗增加能够被接受。
Cw&P公司ZSK机型的积木式螺杆的优越性在这一点上得到了充分体现。
啮合型同向双螺杆依靠摩擦力输送,因啮合区有一定的阻力,在加料时物料受到一定压缩,物料不能充满螺旋槽,因此在加料段多采用多螺纹结构,其充满程度可高达85%。
非啮合异向双螺杆相当于一个正位移泵,是一种强制输送系统,其输送效率极高口]。
只有在高的聚合物填充效率下才能满足挤压机的高产率。
高填充率的实现,必须要有足够高的扭矩,以达到螺杆喂料端的高装料量。
因此,在目前采用的机型中均体现出设备的大型化。
目前在开发特殊的聚烯烃材料（管、带、吹膜级、注射等时提出了特殊要求,挤压机各区段进一步细化,以使熔体在不同区段经受不同的剪切与温度。
在不改变螺杆几何形状的情况下切换产品必须改变能量的输入,现在所有大型混炼机采用的方法是通过控制阀来影响塑化效果和能量输入。
现代大型聚烯烃挤压造粒机组正是充分考虑了以上特殊要求,通过优化设计,在严格控制生产温度的前提下高速运转,以实现产率的最大化。
3三种大型机组的设置和比较
3.1聚烯烃双螺杆挤压机主要机组性能简介只有安全、稳定地适应高产率的设备才是有价值的。
双螺杆系统因为有大的螺杆直径、位置确定的塑化区和使用特制的捏合元件及混合元件,开始初步涉足高压聚乙烯装置。
目前,聚烯烃大型双螺杆挤压造粒机组主要为日本Jsw、日本K（BE、德国Cw&P公司3家制造商的产品,其各自典型产品的性能分别见表1~表3。
表1JSw公司CIM系列机组-眭能表
型号
最大驱动功率/kw标准扭矩2500高扭矩3oOo螺杆转速/r・minl670螺杆直径/mm250螺杆长径比I。
/D8.O聚烯烃标准生产能力../t“~11。
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・40・石油化工设备2007年第36卷
根据笔者所掌握的资料统计表明,在最近10a内全世界生产规模200KTA以上的聚烯烃装置中,德国Cw&P公司zsK机型销售了30台、日本JSW公司CIM和CMP机型销售了2l台、日本K（BE公司I。
CM机型销售了9台,三大公司双螺杆机组占据销售总量的90%左右。
事实也证明了双螺杆系统是成功的,它正日益占据聚烯烃生产领域。
3.23种主要机型的配置和比较
以标准能力为45t/h、PE机型为例,对日本JSw、日本KOBE、德国Cw&P公司3家制造商典型产品列表,具体见表4。
表43种典型PE造粒机组配置比较表
第３６卷增刊２００７年８月石油化工设备ＰＥＴＲ（）＿ＣＨＥＭＩＣＡＩ。
ＥＱＵＩＰＭＥＮＴＶ０１．３６ＳｕｐｐｌｅｍｅｎｔＡｕｇ．２００７文章编号：
１０００一７４６６（２００７）增刊一００４１～０３浅析压力容器应力腐蚀及其控制措施杨洲，李明君，高磊６１０２１３）（四川科宏石油天然气工程有限公司华阳设计院，四川成都摘要：
分析了压力容器应力腐蚀的危害性及其影响因素，阐述了压力容器应力腐蚀的形态特征，综述了近年来学者们对压力容器应力腐蚀的研究进展，并提出了控制压力容器应力腐蚀断裂可采取的措施。
关键词：
压力容器；应力腐蚀；残余应力中图分类号：
ＴＨ４９；ＴＱ０５０．９文献标志码：
ＢＭｅａｓｕｒｅｓＴｈｅＡｎａｌｙｓｉｓｏｎＳｔｒｅｓｓＣｏｒｒｏｓｉｏｎＣｒａｃｋｉｎｇａｎｄＩｔｓＣｏｎｔｒｏｌＹＡＮＧＺｈｏｕ，ＬＩＭｉｎｇ－ｊｕｎ，ＧＡｏＬｅｊ（ＳｉｃｈｕａｎＫｅｈｏｎｇＯｉｌ＆ＮａｔｕｒａｌＥｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇＣｏ．Ｉ。
ｔｄ．，Ｃｈｅｎｇｄｕ６１０２１３，Ｃｈｉｎａ）Ａｂｓｔｒａｃｔ：
Ｔｈｅｄａｍａｇｅｏｆｔｈｅｓｔｒｅｓｓｓｔｒｅｓｓｃｏｒｒｏｓｉｏｎｃｒａｃｋｉｎｇａｎｄｉｔｓｆａｃｔｏｒｓｗｅｒｅａｎａｌｙｚｅｄ．Ｔｈｅｆｏｒｍａ—ｔｉｏｎｆｅａｔｕｒｅｏｆｔｈｅｆｏｒｗａｒｄａｓｃｏｒｒｏｓｉｏｎｃｒａｃｋｉｎｇｗｅｒｅｐｒｅｓｅｎｔｅｄａｎｄｃｏｒｒｅｓｐｏｎｄｉｎｇｍｅａｓｕｒｅｓｗｅｒｅｐｕｔｗｅｌｌ．ｐｒｅｓｓｕｒｅＫｅｙｗｏｒｄｓ：
ｖｅｓｓｅｌ；ｓｔｒｅｓｓｃｏｒｒｏｓｉｏｎ；ｒｅｓｉｄｕａｌｓｔｒｅｓｓ压力容器是工业生产中的常用设备，在石油、化工、冶金、食品、制药、城市煤气、环境工程、重型机械、能源、核站、宇航工程和海洋开发等领域得到广泛应用‘１Ｉ。
应力腐蚀断裂（ＳｔｒｅｓｓＣｏｒｒｏｓｉｏｎＣｒａｃｋｉｎｇ，ＳＣＣ）是指敏感金属或合金在一定的拉应力（施加的外应力或残余应力）和一定腐蚀介质的共同作用下产生的一种特殊断裂方式，是化学工业、天然气与石油开采以及加工工业、冶金工业、火电工业及核电工业等领域使用的压力容器的最危险的损伤之一。
据”—＿卜“—卜ｎ＋”＋“＋”＋”—・卜”—卜”—・卜”＋ｎ＋”＋ｔ．—・Ｐ”＋”＋“—｝”＋”＋・Ｃｗ＆Ｐ公司ＺＳＫ机型采用行星齿轮减速结构，螺杆转速可调，其主电机工作效率相对较高。
根据有关资料计算，变速驱动效率要明显优于恒速驱动，年运行费用可降低１０％左右。
从上述比较内容可以看出，德国ＣＷ＆Ｐ公司ＺＳＫ机型在系统配置中技术最为先进、安全可靠性最高、生产适应性最强、能耗最低，完全与业内人士的一致好评相符合，因此它一直为用户的首选。
４经生产运行考核主要技术指标已经达到设计要求，１０×１０４ｔ／ａ聚丙烯装置混炼挤压机组施工图设计已经完成但还没有实际应用，因而国内大中型聚烯烃装置用挤压造粒机全部依靠进口。
我国大型挤压造粒机组的技术研发与世界水平还有一定的差距，对于大型聚烯烃设备的国产化工作任重道远。
参考文献：
［１］耿孝正，张沛．塑料混合及设备［Ｍ］．北京：
中国轻工业出版结语［２］社，１９９２．ｃｈ“ｓ１９９６．Ｒａｕｗｅｎｄａａ】．塑料挤出［Ｍ］．北京：
中国轻工业出版社，我国开发挤压造粒机技术的时间相对比较晚，研发的只是中小型机组，其中ＡＢＳ万吨混炼挤压机（许编）收稿日期：
２００７一０２２６作者简介：
杨洲（１９８３一），女，四川宣汉人，助理工程师，学士，主要从事压力容器设计工作。
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