Что это такое?
Гранулятор, или гранулятор, представляет собой многофункциональное специальное оборудование, используемое для гранулирования, агломерации, грануляции и изготовления многих других видов гранул. Работает это устройство за счет некоторых конструктивных особенностей и основного пресса, который выполнен в виде матрицы.
Отличительной чертой оборудования является достаточно широкое распространение и возможность его использования практически для любых целей. Поэтому это устройство используется для производства полимеров, выделения древесных фракций или переработки куриного помета, производства кошачьих туалетов, садовых удобрений, пластика, полиэтилена и многих других видов сырья.
Многофункциональную систему можно использовать и для пластика или пленки, из которых получают достаточно точные мелкие гранулы. В дальнейшем такие элементы используются для сухой грануляции — промышленного технологического процесса изготовления многих композиционных материалов.
Принцип работы гранулятора
Принцип работы гранулятора основан на расплавлении исходного полимерного сырья в виде измельченного или агломерата с последующим продавливанием его через вращающуюся насадку, охлаждением и разрезанием на гранулы. В конструкцию узла грануляции входят следующие узлы:
- загрузочные бункеры;
- зона экструзии со шнеком;
- обогреватели;
- спанбонд (формирующая) головка.
Загрузочный бункер
Загрузочная емкость для гранулятора представляет собой прямоугольную или круглую стальную емкость с загрузочным и разгрузочным отверстием. Диаметр нижней части меньше диаметра загрузочного отверстия, что необходимо для контроля загрузки материала.
Бункер загружается вручную и автоматически. Для небольших производств достаточно использовать бункер с механической загрузкой. На мощных производственных линиях система подачи сырья в бункер автоматизирована. Для этого используется конвейер или погрузчик.
В некоторых моделях грануляторов контейнер оборудован датчиком уровня сырья, что позволяет контролировать степень опорожнения бака во время работы устройства.
Зона экструзии
В зоне экструзии происходят основные процессы смешения и полимеризации сырья. Материал перемешивается и дегазируется. Зона экструзии включает цилиндрический корпус с окном для подачи дополнительных наполнителей, металлический шнек с приводом от электропривода, электронагревательные элементы и блок управления.
В зоне экструзии расплав гомогенизируется, дегазируется и фильтруется. Первым и наиболее важным процессом является гомогенизация (плавление и смешивание компонентов) для придания жидкой однородной структуре. Измельченные на дробилках отходы, используемые в качестве сырья для гранул, имеют различные физико-химические свойства, исходную смесь. Поэтому в процессе обработки они ведут себя по-разному. В процессе гомогенизации основной целью является достижение однородного состава.
Второй процесс, происходящий в зоне экструзии, — дегазация. При дегазации из расплава удаляются все посторонние включения, меняющие свое агрегатное состояние на газообразное. Для этого гранулятор должен быть оснащен системой вакуумной дегазации. После дегазации материал имеет более высокую насыпную плотность, в полостях гранул отсутствуют воздушные полости.
Третьим важным процессом является фильтрация расплава. При стандартной промывке измельченного полимера перед гранулированием удается удалить не все посторонние включения, так как часть из них находится внутри фрагментов пластика. При оснащении гранулятора системой фильтрации, например фильтрующими масками, из расплавленного сырья удаляются как крупные, так и достаточно мелкие частицы грязи. Расплав продавливается через сетку, а посторонние включения оседают на фильтрах. Наличие в конструкции гранулятора системы фильтрации не исключает предварительной очистки отходов в промывочной ванне.
Экструдер условно можно разделить на четыре технические зоны:
- фудзона;
- дозовая зона;
- зона дегазации;
- зона давления.
В зоне подачи материал подается через емкость, расплавляется до жидкого состояния и перемешивается вращением шнека. В зоне дозирования диаметр шнека расширяется, что позволяет дозировать однородную массу при ее подаче в следующую секцию. Пузырьки воздуха и газа удаляются из однородной смеси в зону дегазации, что позволяет получать гранулы без воздушных пустот на выходе. В зоне давления расплав сжимается и под давлением подается в сопло экструдера. Разделение на зоны в экструдере условное.
Нагреватели (ТЭНы)
В конструкции грануляторов предусмотрены электронагреватели, обеспечивающие нагрев корпуса и расплавление полимера. Для каждой зоны нагрева используются разные типы нагревателей.
Нагреватели зажимного или полузажимного типа установлены в цилиндрическом корпусе. Пластинчатые нагреватели используются для плоских поверхностей. Для локального нагрева отдельных секций экструдера востребованы грелки пальцев и электронагреватели. В дисзоне, где температура расплава полимера достигает максимального значения, применяют латунные нагреватели. Они не повреждаются при контакте с расплавленным полимером, не подвергаются химическому воздействию.
Температура нагрева ТЭНов в зоне подачи достигает 160-2300С. Точное значение определяется на практике. Отопление должно быть таким, чтобы полимер не прилипал к стенам дома. В следующей температурной зоне уровень тепла повышается прибл. 600С. Температура плавления различна для каждого типа полимера. В зоне дегазации температура падает на 130°С по сравнению с температурой плавления полимерного материала. Для контроля температуры в различных частях экструдера установлены термодатчики, обеспечивающие отключение нагревателей при достижении заданной температуры по технологическому процессу. Это предотвращает перегрев полимеров.
Фильера гранулятора
Фильера представляет собой формовочную головку, формирующую из расплавленного полимера нити. Прядильная насадка имеет калибровочные каналы и работает по принципу решетки в бытовой мясорубке.
Через калибровочные отверстия расплав под давлением подается из экструдера, затем охлаждается и нарезается ножами, вращающимися параллельно рабочей поверхности матрицы. Корпус форсунки изготавливается из твердых сплавов или композиционных сплавов, имеет большой запас прочности, коррозионной стойкости и износостойкости.
Грануляторы могут комплектоваться насадками с плоской и кольцевой насадкой. Кольцевые сопла используются для производства гранул из полимеров.
Разновидности
Условно высокотехнологичные устройства для грануляции классифицируются исходя из типа используемой матрицы. В настоящее время наиболее популярным типом является плоская матрица, представляющая собой дискообразную структуру небольшой толщины. Этот элемент также служит механизированным основным основанием цилиндрической камеры.
Что касается формы кольца, то этот тип чаще всего используется в промышленном и дорогом оборудовании. Для этого типа характерна более сложная конструкция, выполненная в виде вращающегося кольца. В этих системах сырье подается через небольшие отверстия, которые фиксируются специальным клином.
Уникальная линейка грануляторов представляет собой мини-агрегаты, разработанные специально для небольшого домашнего производства. Такое оборудование отличается низкой производительностью, но занимает гораздо меньше места, легко транспортируется и отличается меньшим энергопотреблением.
Отличительной особенностью мини-систем является возможность самостоятельного изготовления конструкции, благодаря чему данное оборудование получило широкое распространение среди промышленных предприятий России.
Кроме того, на практике можно найти довольно большое количество дешевых и бывших в употреблении мини-устройств.
Помимо вышеперечисленных классификаций, оборудование для гранулирования условно делят на конусные, ленточные, барабанные, дисковые, вибрационные и многоконусные. Данная классификация выведена на основании конструктивных особенностей устройства и технологических нюансов, связанных с принципом работы.
Барабанные
Главной конструктивной особенностью этого варианта является наличие в системе многофункционального барабана, внутри которого находятся направляющие аппараты. Благодаря таким конструктивным элементам влага и масса удаляются намного эффективнее, из-за чего материал очищается быстрее.
Помимо вышеописанной конструкции барабанный агрегат имеет специальную загрузочную камеру, на передней стенке которой установлены дополнительные форсунки пневматического типа. С их помощью осуществляется процесс распыления массы. В некоторых конструкциях используются смесительные форсунки, с помощью которых оператор агрегата имеет возможность регулировать разбрасывание сырья.
Существенным недостатком этого варианта является высокая скорость скольжения используемого сырья по внутренним стенкам конструкции барабана.
Материал изготовления также часто прилипает к стенам, что значительно снижает контроль и регулирование.
Тарельчатые (чашевые)
Отличительной особенностью тарельчатого (чашеобразного) гранулятора является возможность получения гранул определенной формы, которая по своим размерам напоминает небольшой шарик диаметром 2-20 мм. Это оборудование, как правило, заполняется порошковым материалом сыпучей фракции, изготовленным в заявленной форме с использованием технологии гранулирования и добавления жидкого связующего.
Процесс гранулирования сыпучих материалов с использованием данного типа грануляторов обычно используется для улучшения эксплуатационных и технологических свойств сырья. Помимо этой функции такое оборудование также используется для более практичного дозирования, хранения и упрощения транспортировки используемых материалов.
Конструкция тарельчатого устройства предполагает подачу материала для последующего гранулирования на специальную тарелку. Через некоторое время к этому конструктивному элементу в современном оборудовании добавляют связующее – важнейший жидкий компонент, позволяющий точно и качественно агломерировать частицы.
В результате агломераты автоматически поднимаются на ранее заданную высоту, исходя из скорости вращения основной плиты. Кроме того, мелкая фракция плавно скатывается вниз под действием силы тяжести. Соответственно, грануляционный материал быстро и качественно принимает форму гранул, при этом постепенно и слой за слоем наращивает свою плотность.
Следует отметить, что путь движения используемого сырья в основном зависит от диаметра и толщины основной плиты. В то же время длина этого конструктивного элемента также влияет на производительность самого оборудования для грануляции. Для управления этим процессом конструкция плиты позволяет изменять угол наклона от 45° до 75°.
Управление может осуществляться как в автоматическом режиме (по заданному программному алгоритму), так и с помощью специализированного пульта дистанционного управления, который поставляется в комплекте с самим устройством.
Вместе с оборудованием поставляется также смесительная камера, система подачи сжатого воздуха и узел очистки днища.
Конусные
Конусный гранулятор – один из самых современных видов специального оборудования, с помощью которого можно быстро получить вторичное сырье в гранулированном формате. Помимо классических материалов, устройство используется для производства достаточно широкого спектра изделий, в том числе щитовых листов, труб и профилей.
Характерными особенностями данного типа устройств являются повышенная производительность, хороший показатель пластификации и сниженное потребление электроэнергии от сети. Главный привод всегда комплектуется дополнительным преобразователем, который отличается плавностью работы и низким уровнем шума при работе.
Что касается дополнительных конструктивных особенностей, конусное оборудование оснащается дополнительными системами защиты от перегрузок или сигнализацией. Следует отметить, что скорость вращения основного винта зависит от размера цилиндрического основания и подключения к дополнительному регулятору температуры.
Главный редуктор почти всегда герметизирован, добавлена смазка и встроена система водяного охлаждения. Внутренний контейнер типа сырья оснащен системой принудительной подачи материала в основной резервуар.
Кроме того, цилиндрический механизм и шнек снабжены высокотехнологичными узлами так называемой вакуумной дегазации и охлаждения масла.
Этот тип устройств отличается высокой производительностью и достаточно простым использованием.
Многоконусные
Конструкция многоконусного оборудования в чем-то похожа на одноконусное. Главное отличие двух систем — наличие нескольких конусов вместо одного конструктивного элемента. Как показывает практика, этот вариант производства намного производительнее и эффективнее, при этом отличается несколько более высокими затратами и более сложным операционным процессом.
Не менее важной характеристикой многоконусного варианта является возможность подключения дополнительного шнекового загрузчика, использование которого значительно упрощает дальнейшую работу с сырьем. Многоконусный тип также оснащен автоматизированной панелью управления, струнной головкой и охлаждающей ванной для придания формы конечному продукту.
Некоторые производственные организации выпускают многофункциональные установки со сменными корпусами фильтров, которые могут приводиться в действие гидравлической или электрической системой. Отличительной особенностью многоконусного типа также является наличие специализированной приемной емкости с дополнительной мешалкой.
Как показывает практика, использование многоконусной разновидности значительно упрощает процесс смачивания и измельчения фракций, а также последующее просеивание исходного материала.
Фасовка полученного вещества осуществляется в большинстве случаев с помощью специализированного дозатора.
Ленточные
Основное назначение многокомпонентного и высокотехнологичного ленточного устройства – качественное гранулирование композиций, характеризующихся малым количеством жидкости. Эта группа сырья включает такие материалы, как сера, воск, смола и все типы парафинов.
Благодаря наличию 2-х основных головок для фракционирования ленточное оборудование отличается повышенной производительностью, при этом данные элементы конструкции способны работать параллельно. Отличительной особенностью этого устройства является также то, что гранулы изготавливаются из самого расплава, что позволяет значительно сэкономить на электроэнергии.
Что касается других конструктивных нюансов, то на баке агрегата можно дополнительно найти специализированные датчики температуры. С их помощью системный оператор быстро и качественно отслеживает важные показатели.
В отличие от других вариантов, на первую охлаждающую ленту поступает полученное сырье однородной фракции. Вторичный материал, который не используется в производстве, транспортируется на вторую ленту, которая ведет к дренажному желобу. Этот материал можно использовать повторно.
Характерной особенностью конструкции ленты является наличие специализированных водяных форсунок, с помощью которых осуществляется более эффективное охлаждение производственной ленты за счет подачи холодной жидкости. Излишки воды тщательно удаляются с помощью защитных щеток. Для лучшей просушки ленточного блока в конструкцию включены мощные вентиляторы.
После изготовления нужных гранул из воска или других связующих, полученное сырье опускают в зону загрузки для пневматической транспортировки. Для этого в механизме устройства есть дополнительные скребки.
В дальнейшем сырье можно транспортировать и упаковывать.
Что касается основных преимуществ, то ленточное оборудование не имеет ограничений по обрабатываемому материалу. Как показывает практика, в этом агрегате наблюдается стабильная вязкость в пределах 15-20% от общей массы. Использование этого типа также позволяет избежать нежелательного слипания гранул – достаточно распространенной проблемы, из-за которой снижается производительность.
Помимо вышеперечисленных достоинств, следует отметить многофункциональную и технологичную систему внутренних распределительных каналов, которая смонтирована в цилиндрическом основном статоре. Наличие этих структурных элементов позволяет добиться максимально точного и ровного дробления, в том числе по диаметру, ширине и длине гранул.
Вибрационные
Гранулятор вибрационного типа – это высокотехнологичное и современное оборудование, изготовленное в соответствии со всеми нормативными стандартами GMP. Все изделия этого типа выполнены полностью из конструкции из нержавеющей стали, что позволяет не только увеличить производительность, но и улучшить внешний вид устройства.
Назначение вибрационного гранулятора достаточно разнообразно. Такая система может быть эффективно использована для гранулирования влажных, полувлажных или сухих материалов. В отличие от большинства описанных типов, это устройство имеет простые и эффективные процессы очистки, настройки и контроля.
В группу основных конструктивных элементов прибора входят основная часть, или корпус, корпус редуктора, дополнительная рамка и основной прицел. Отличительной особенностью вибрационного типа является установка основного двигателя непосредственно на металлическую раму.
Основным преимуществом этого типа является возможность гранулирования влажных веществ порошкового типа, которые эффективно просеиваются с помощью внутреннего сита. Благодаря этим конструктивным особенностям вибрационное оборудование активно используется в химической и пищевой промышленности, а также для производства пластмассовых и керамических изделий.
Характерными достоинствами вибрационного устройства также являются простота разборки и установки грохота, возможность регулировки натяжения, высокопрочная конструкция внутреннего ролика и многофункциональный механизм передающей части. Благодаря наличию высокотехнологичной системы смазки виброприбор работает точнее, чем у перечисленных конкурентов.
Шнековые
Основное назначение шнековых устройств – производство многофункциональных топливных пеллет и комбикормовых смесей для животных. Данное устройство позволяет быстро и эффективно перерабатывать такое сырье, как торф, зерноотходы, сапропель, гидролизный лигнин, уголь и многие другие виды материалов.
Вышеупомянутое сырье гранулируется без применения дополнительных связующих — обычно достаточно, чтобы используемый материал имел мелкую фракцию в пределах 0,1-3,0 мм и необходимый уровень влажности. Если таковых нет, достаточно добавить в сырье чистую воду и тщательно перемешать материал до получения пластичной и однородной массы.
Главной особенностью шнекового оборудования является возможность достижения фракции от 6 мм и более в зависимости от того, какой материал используется в производственной деятельности. Характерными преимуществами этого типа являются повышенная производительность, хорошая производительность, простота эксплуатации и довольно простое обслуживание.
Другое
Помимо вышеперечисленных вариантов, на практике можно встретить рулонные и струнные грануляторы. Несмотря на некоторые различия в конструкции, эти виды не так популярны из-за того, что в их прямом назначении есть определенные недостатки и проблемы, вызванные неправильным использованием матрицы диска.
Также следует отметить аппараты двухвалкового типа, являющиеся прямым аналогом многоконусного оборудования. Его использование возможно только в бытовых условиях – в противном случае происходит значительное снижение эффективности промышленного производства.
Как выбрать?
Первое, что необходимо сделать перед покупкой многофункциональной спецтехники, это рассчитать реальную производственную мощность. В зависимости от сферы применения выбирается один из вышеперечисленных типов оборудования.
Особое внимание следует обратить на тип матрицы. Этот элемент конструкции должен содержать высококачественную нержавеющую сталь, при этом внутренние отверстия должны быть хорошо отшлифованы.
При выборе гранулятора следует рассчитать длину шнура и проверить наличие запчастей для ремонта.
Помимо вышеперечисленных нюансов, также следует обратить внимание на реальное энергопотребление и наличие сертификатов и документов, подтверждающих качество устройства. Кроме того, необходимо проанализировать материал, используемый для изготовления роликов, матрицы и основной рамы.
