高熔融指数聚丙烯对挤压造粒机的影响

2020-01-14董少永聂伟斌杨艳君

化工设计通讯 2020年3期

董少永，聂伟斌，杨艳君，曹杰

（陕西延长中煤榆林能源化工有限公司，陕西榆林 718500）

1 引言

聚丙烯是利用丙烯聚合反应生产的，是塑料制品中发展最快的一种新型复合材料，工业生产中一般将聚丙烯产品分为通用料和专用料两种。通过调研发现：陕西中煤榆林能源化工有限公司聚丙烯二线装置自2014年投产以来，生产各种聚丙烯牌号共计24种，其中高熔融指数聚丙烯材料在生产过程中，利用挤压造粒机生产的聚丙烯颗粒中小粒子较多，导致预脱水筛堵塞，挤压造粒机不能长时间运行，造成了生产效率低下，整个生长环节迟滞的问题。因此分析研究高熔融指数聚丙烯对挤压造粒机运行的影响，优化挤压造粒机的运行参数，对于开发高性能的聚丙烯粒料、挤压造粒机的长时间运行、工业生产的效率提升和环节优化具有非常重要的意义和影响。

物质的熔融是一个化学过程，一般是指物质在高温环境下由晶相转变为液相的一个过程。本文的研究中，聚丙烯的熔融过程是指在挤压造粒机中进行的生产制造过程。在挤压造粒机的内部，当聚丙烯处于高温环境时，将聚丙烯粉料加入到挤压机的进料段，聚丙烯粉料通过输送装置进入到造粒机的筒体段进行熔化，变成熔融状态的聚丙烯，再通过挤压机螺杆的挤压经过节流阀、齿轮泵和过滤网，最后通过造粒机的模板挤出后切粒机切成合格的聚丙烯粒料。

挤压造粒机中的聚丙烯处于熔融状态，其中主要的参数是挤压造粒机的流量（用Q表示），这里的Q值由三种流量决定，分别是正流量（用QZ表示）、逆流量（用QN表示）和漏流量（用QL表示），三者之间的关系是：Q=QZ-QN-QL。

2 高熔融指数聚丙烯对挤压造粒机的运行影响

主要对高熔融指数聚丙烯与挤压造粒机之间的相互影响进行探究，主要内容包括高熔融指数与筒体温度和挤压造粒机主电机功率之间的关系，高熔融指数聚丙烯与筒体、过滤器和模板压力的关系等。

2.1 高熔融指数与筒体温度的关系

采用CMP335型挤压造粒机，该类型的挤压机筒体采用导热油和脱盐水来控制筒体的温度。在熔融过程中，筒体温度对高熔融指数聚丙烯的流动性影响较大。当聚丙烯粉料处于挤压造粒机双螺杆的作用下时，可以将机械能转换为热能，从而使聚丙烯粉料的温度极大程度上升。当温度达到聚丙烯的熔点（160℃左右），就需要控制筒体的温度，一般的方法是使用挤压机筒体冷却水。经过数据分析发现，筒体的温度与高熔融聚丙烯熔融指数成反比，也就是说熔融指数越高，筒体需要的温度就越低。

2.2 高熔融指数与挤压造粒机主电机电机功率的关系

为了使主电机电机功率下降，先假设在挤压造粒机中单位时间内加入的聚丙烯粉料总量不变。熔融指数越高时，熔融聚丙烯的流动性就越好，双螺杆对聚丙烯熔融料的作用就会降低，主电机做功就会减小，从而达到主电机电机功率下降的目的。因此，在聚丙烯熔融的过程中，挤压造粒机的主电机功率与聚丙烯熔融料的流量呈正比。当知道主电机的运行功率时，可以通过比例关系间接估算挤压造粒机的负荷。

2.3 高熔融指数聚丙烯与筒体、过滤器、模板的压力关系

聚丙烯熔融过程是以流体状态在筒体内流动的，为了便于分析，把聚丙烯熔体看做是黏性流体。根据流体动力学原理，可以得出关于挤压造粒机流量（用Q表示）和溶体压差（用p表示）以及聚丙烯溶体的黏度（用U表示）之间的关系为：Q=K*p/U。

假设挤压造粒机的流量保持不变，从关系式Q=K*p/U可知，融指升高，会使筒体黏度降低，进而会导致熔体压差减小。因此，高熔融指数与筒体压力成反比。所以在聚丙烯颗粒生产过程中，就需要适当增加挤压机的负荷来提高筒体压力，从而获得高熔融指数的产品。

3 挤压造粒机安全运行解决办法

3.1 控制挤压造粒机筒体温度

通过查阅相关文献资料发现，高熔融指数聚丙烯的熔融状态与筒体温度有直接关系，而筒体温度是一个动态变化的量，主要是由挤压机热油和筒体冷却水的温度或流量来控制调节，两者的综合作用决定了筒体的温度，从而间接控制了聚丙烯的熔融状态。根据相关规律和资料可知：当熔融指数升高时会导致熔体温度和聚丙烯熔化温度的降低，这样不利于工业生产和产品质量的控制。因此，需要适当降低筒体温度，来保持聚丙烯熔体良好的流动性，进而保证生产效率以及产品的质量。对于筒体温度的两个控制量而言，筒体温度要低于热油温度。根据本文的实践分析，如果想得到高熔融指数的聚丙烯产品，就需要控制挤压造粒机筒体温度在250℃左右。因此在实际过程中，需要对冷却水的流量进行调解控制，使筒体温度在250℃左右，才能实现聚丙烯粒料较好的切粒效果。

3.2 调整节流阀的开度

通过查阅相关文献资料并结合自身工作实际发现，聚丙烯在生产过程中能够根据混炼程度的不同得到不同质量的产品。一般而言，混炼程度越高，得到的产品质量越高。而挤压造粒过程中节流阀的开度是影响物料混炼程度的主要因素。当增加节流阀开度时，物料无法得到充分的混炼，产品质量较差，反之，当减小节流阀开度时，物料就可以得到充分的混炼，产品质量可以得到一定程度的保障。因此，通过上述分析可以知道：要想得到高融指的产品，就需要适当减小节流阀的开度。这是因为通过适当减小节流阀的开度，能够有效地提高筒体压力和挤压机造粒机的流量，进而提高了物料的混炼程度。笔者在实际工作中对生产过程和生产条件的统计分析得知，40°～45°是理想的节流阀开度，在该状态下聚丙烯能够得到程度良好的混炼，从而得到较高熔融指数的产品，即高质量产品。但是这个开度是笔者所在工厂的各个综合条件下确定的，其他工厂和机构，要结合实际经验，综合各个方面的因素和条件，合理有效地确定适合自己工厂和机构的开度。

3.3 控制颗粒冷却水的温度

在聚丙烯生产过程中，颗粒冷却水的作用是对聚丙烯颗粒进行冷却、固化和输送，其中最重要的参数是颗粒冷却水的温度。如果温度太高，就会导致聚丙烯颗粒的冷却过程缓慢，造成颗粒粘连。如果温度太低，就会导致聚丙烯颗粒的冷却过程太快，造成切粒不平整。因此需要在实际生产的过程中严格控制冷却水的温度，这样不仅可以确保聚丙烯颗粒的切粒质量，而且能够保护挤压造粒机的切刀，延长挤压造粒机的寿命。