PVC生产中的喂料与传输

作者:无锡卡尔麦开创罗泰特机械制造有限公司 文章来源:PT《现代塑料》 发布时间:2015-10-13
在PVC的配混过程中,配混商们会遇到各种各样的问题。尽管每种成分的化学属性是品成功的关键,但一套理想的批量物料输送系统也对工作效率有重要影响。

然而,设计此类复杂的系统需要材料科学、气力传输系统、批量卸料和存储系统以及称重与换算系统方面的专业知识和经验,而无锡卡尔麦开创罗泰特机械制造有限公司(以下简称“卡尔麦”)无疑是一个理想的选择。

聚氯乙烯(PVC)是目前使用最广泛的热塑性材料之一。与其他聚合树脂相比,PVC在成本效益方面拥有突出优势,适用于消费品、建筑、食品和医疗等众多应用领域内的终端产品的制造。

PVC配混

PVC是一种热塑性树脂,由于其热稳定性较差且熔体黏度极高,因此无法自然生成,必须制备混合了各种添加剂和PVC树脂的中间产物。这种“干混料”通过之后的热熔混合或类似工艺而生成最终颗粒。

PVC配混中的单元操作包括交付和存储原料,将所有原料通过喂料和喷料送入专用混合装置,再通过混合和加热使其成为干混料,然后冷却并输送至存储空间或转换工艺(如挤出成型或压延等)。

PVC配混过程中使用的添加剂大致可归为以下几类:再生剂、塑化剂、加工助剂、热稳定剂、冲击改性剂、填料和阻燃剂、黏度改性剂、抗氧剂、颜料、杀菌剂、抗静电剂、紫外线吸收剂、防雾剂和粘结剂。这其中,填料的选择十分关键,其添加量、粒度和塑化剂吸收能力都会影响干混料的生成。例如,放入大量细颗粒填料会降低干混料的流动性,而放入表面多孔的填料往往会提高塑化剂吸收能力,从而使混合料变得干燥。因此,需要根据配混目的和最终塑料制品的规定属性而慎重选择填料。

材料本身的物理属性、外部因素(如湿度和温度)以及所有固体加工、输送和存储装置的选择共同决定了填料的流动性。而填料的流动性又影响了PVC配混操作中运输和馈送物料的设备类型。

批量卸载和存储系统

1.原料气力传输

PVC树脂一般通过轨道车或载罐车送到配混工厂或生产厂。载罐车配备车载高压鼓风机,可将树脂送入储料仓。轨道车通过高压真空稀相气力传输将PVC输送至储料仓,具体步骤是:首先将材料从轨道车下方转移到接料斗;然后通过旋转阀将材料喂入高压传输系统,并输送至储料仓;过滤空气中的灰尘,并用高压空气脉冲定期清洁过滤设备。

PVC树脂从轨道车转移至储料仓

根据操作规模,可以用载罐、集装袋或小型袋子装运CaCO3和TiO2等填料和少量添加剂。储料仓中的树脂、再生料和填料等主要原料通过高压或真空气动传输系统输送至称重台上方的缓冲仓和秤斗中。缓冲仓采用过滤接收装置分离气流中的材料。任何漂浮在空气中的材料均阻隔在过滤器的过滤袋中。此过滤袋用高压空气脉冲适时清洗。过滤后的材料返回该系统。

卡尔麦的连续真空系统,通过连续真空上料机将吨包卸料站中的TiO2送入计量料斗

缓冲仓、计量料斗和集装袋中的物料通过失重式喂料器和微量喂料器送入常用称量斗。填料和再生料通过真空或高压输送设备输送至收料仓,并通过旋转阀或其他喂料阀送入称重传感器上的集料斗中。当材料重量等于设定值时,可通过喂料阀减慢喂料速度,然后停止喂料。

2.选择正确的喂料器

原料的选择、配混操作的规模以及最终产品的配方或配料方式决定了采用重量测量法还是体积测量法、所用的喂料器类型(单/双螺杆式或旋转阀)以及材料添加到高强度混合器的顺序。如果工艺精度要求不高,则旋转阀式的喂料器是填料和其他物料最常用的选择之一。根据物料的不同,卡尔麦提供多款旋转阀及配选件。

每批材料的流动性和所需吞吐量决定了喂料器的类型以及所用螺杆的类型。根据流速的不同,流动性较强的粉末可用单螺杆喂料器,流动性较弱的粉末通常采用双螺杆喂料器。值得一提的是,螺杆又分为螺旋形、凹陷形或钻头形,且进料口往往附带振动或同心螺纹,这有助于更加均匀地分散产物。另外,喂料器球形斗中的水平搅拌器可以防止粉末黏连,并使其进入卸料螺杆。

先进的喂料和测量解决方案

虽然体积喂料器足以为工艺流程输送物料,但在对喂料速度的精确度有严格要求的情况下,重量喂料器是一种更加理想的选择,如当某配方中需要加入少量添加剂或贵重原料时。卡尔麦能提供多款重量和体积喂料器,适用于粉末状、粒状、球状或糊状等多种原料。

卡尔麦S60单螺杆失重式喂料器

1.送料、混合及测量

在分批喂料操作中,所有材料都在增重配料模式GIW下进行测量。GIW配料过程采用独立的体积喂料器将原料送入常用称量斗中。通常情况下,一个配料循环包含两个阶段:第一阶段是以最快速度将90%的配料送入设备;第二阶段是以“滴漏”的方式将剩余10%的配料缓慢送入设备,以确保送入的物料重量准确达到设定值。达到设定值后,停止喂料。

GIW式无添加剂喂料

采用称重转换阀的增重式配料模式是一种经济准确且能同时完成物料输送和计量的称重方法。在此过程中,主要成分PVC基材树脂粉通过压力或真空气动传输系统输送至称重传感器上的称重料斗中。物料经分流阀(如安装在称重料斗顶部的称重转换阀)引流进入料斗。称重料斗中的物料不断堆积,直至达到目标重量,此时称重转换阀切换至闭合位置,流水线上的多余物料将继续流入下一个称重料斗或返回出料装置。

顶部设有称重转换阀的料斗

液体原料往往黏度较大,且其流动性随温度波动而变化。对此,液体可以采用容积式泵(活塞或齿轮)输送至称重料斗中。当然,也可结合增重配料模式和失重配料模式,尤其在需要浓缩液、起泡剂或少量其他原料时。失重喂料器配备高精度称重传感器,能实现较高的称重精度。喂料机、料斗和螺杆的尺寸由各种材料的流动性决定。

将所有相关添加剂输送至集料斗后,便可将混合物转移至高强度混合器中。

2.干混产物

根据预定配方混合各种原料所产生的中间混合物成为“干混料”。将各种材料放入高强度(高速)热混合器时,应注意放入顺序,以避免材料发生高温降解。PVC干混料的主要成分为PVC树脂粉、填料、添加剂和再生剂。

在高强度热混合器中,摩擦产生的热量将固体成分融化成胶状材料,从而吸收液态塑化剂。接下来,将高温混合物(约110~130℃)转移到一个更大的低强度水冷搅拌器中,直至温度降至50℃。在大规模操作中,可能会将干混料直接喂入加工设备。相反,在小规模操作中或需要高度匀化的情况下,必须首先将干混料混合生成球状颗粒。通常,此操作在双螺杆挤出机中进行。

挤出成型和成型

将冷却混合器中的材料全部转移到混合器下方的中间料斗后,通过高压传输线将这些材料输送至等待内部加工的储料仓中。在此阶段可以使用静态筒仓搅拌机解决批次差异问题。然后,再将干混料输送至加工线或包装在集装袋中等待出售。在电缆或注塑成型行业中,典型的最终产品加工工艺是对墙板、管材和其他异型材或颗粒材料进行挤出成型。

量身订制的系统设计

PVC配混和挤出成型工厂的设计与施工是一项复杂的工程项目,从简单的咨询工厂扩建、改建到设计新厂房,均包括在内。任何项目从最初的概念到工厂运行都存在众多变数,必须考虑到这些变数并进行正确处理,才能最终完成整个项目。

PVC配混工厂

PVC配混机采用了众多创新材料和尖端化学技术来配比产物。粗糙、易碎、黏度大、湿度/温度敏感、危险、难过滤、易氧化和流动性差等材料问题往往让配混商不知所措。尽管每种成分的化学属性是产品成功的关键,但一套理想的批量物料输送系统也对工作效率有重要影响。

设计此类复杂的系统需要材料科学、气力传输系统(正压和/或真空)、批量卸料和存储系统以及称重与换算系统方面的专业知识和经验,这其中涉及完整集成喂料器和搅拌机、加热器和冷却器、除湿机和烘干机以及过滤器和其他多种辅助设备。卡尔麦拥有成熟有效的项目管理技术、粉末添加剂的处理经验与专业知识以及液氮闭环系统的设计与实施经验,能为客户提供配备所有必备附件(如过滤器、液位指示器、分流阀、旋转阀、冷却器、管材和鼓风机等)的综合产品线。该公司专业工程师能为PVC配混项目提供跨学科支持,从而使所有主要操作都符合客户业务与技术需求。卡尔麦的工程师负责收集信息、提供概念与设计、编制和呈现提议、监督设计和生产、调试和启动项目以及培训客户派遣人员如何正确操作设备。

控制装置

无论是大规模还是小规模PVC配混操作,都必须精确送出大量原料,从而获得拥有良好复制性的干混料。所用的先进配方更要及时、准确地加入难处理的添加剂。在此过程中,任何错误都可能导致产品报废、生产力损失和产品质量降低。而卡尔麦为客户量身订制的过程整合了单台设备的操作,使其符合工厂的整体利益。这些系统甚至可以采用复杂的人机界面(HMI),显示并控制整个PVC配混过程、特定工艺区(如储料仓载料)或某一台设备(如储料仓加料的真空连续操作)。

高度自动化人机界面(HMI)实现完整配方管理及混合器和冷却器的控制

在PVC配混和挤出成型操作中,有3个不同领域可采用过程控制系统以大幅提高操作效率:将原料从载罐车和轨道车输送到储料仓的过程以及后续的厂内输送过程;PVC配方各成分的喂料和精确称重过程;将均匀干混料输送至挤出成型设备的过程。在输送原料的过程中,控制系统的自动化功能可以帮助检查库存和位置并通知供应商补料时间。控制系统可以确保达到合适的流速、重量、压降和温度。在喂料过程中,控制系统可以保存并调用配方,将所有原料送入高强度混合器中并控制混合的时间和温度。当低强度混合器中的干混料冷却后,控制器可以确保将干混料及时送入挤出成型设备。

过程控制系统可以启动并检查生产线、控制辅助系统并警告存在不一致和故障。它们可以保存准确的生产记录、数据库访问和修改记录以及历史警告记录。触屏式人机界面(HMI)或图形用户界面(GUI)通常采用包含单一系统自定义报警显示的彩色图片,且能够通过网络连接传输数据,以便进行存储和远程故障排查并获得支持。

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