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基于双转子连续混炼造粒机的高效混炼节能技术

发布时间:2017-02-17 09:31:00 点击:    关键词:密炼机,捏炼机,开炼机,橡胶机械

导读

为贯彻落实《中华人民共和国节约能源法》、《国务院关于加快发展节能环保产业的意见》(国发〔2013〕30号)规定和要求,加快节能技术进步和推广普及,引导用能单位采用先进适用的节能新技术、新装备、新工艺,促进能源资源节约集约利用,缓解资源环境压力,依据国家发展改革委《节能低碳技术推广管理暂行办法》(发改环资〔2014〕19号),国家发展改革委办公厅组织编制了《国家重点节能低碳技术推广目录(2016年本,节能部分)》,涉及煤炭、电力、钢铁、有色、石油石化、化工、建材、机械、轻工、纺织、建筑、交通、通信等13个行业,共296项重点节能技术。小编从中摘录一个适用于塑料共混改性等加工过程的节能技术。

一、技术名称:基于双转子连续混炼造粒机的高效混炼节能技术

二、技术所属领域及适用范围:轻工行业橡塑加工领域

三、与该节能技术相关生产环节的能耗现状

目前,聚合物共混主要设备为单螺杆、双螺杆挤出机和密炼机等。其中,单螺杆挤出机具有结构简单、易于制造、成本低等优点,但混合能力较差;双螺杆挤出机作为混炼设备,具有优异的混合特性,但填充混合能力弱,单位产品的能耗较高;密炼机在塑料混合方面应用比较广泛,但间歇式操作,产品质量不稳定,能量利用不合理,单位产品能耗高。基于混沌混合的双转子连续混炼造粒机结合密炼机优异的混合特性和双螺杆挤出机连续工作的特点,具有极强的填充、分散混合能力,节能效果良好。

四、技术内容

1.技术原理

采用基于高拉伸的混沌型转子,使塑料在连续混炼机内的熔融过程呈现离散熔融状态,提高传热效率和熔融速度;通过在连续混炼机的熔融区和混炼区之间建立起能量耦合,利用混炼过程中产生的熔融耗散热,满足固体树脂熔融过程中对热量的需求;通过在混炼场中建立高效的拉伸流动,提高混炼效率。终使整个混炼过程的能量消耗大幅降低。

2.关键技术

高效连续混炼技术通过转子结构和混炼工艺,在混炼流场中建立起强拉伸混沌混合流动和强化的熔融耗散混合过程,可有效解决高比例粉体填充改性聚合物过程中的粉体分散问题,其主要关键技术如下:

(1)塑料颗粒的离散熔融技术

借助于混沌型转子结构,使塑料的熔融过程呈现离散包覆熔融状态,提高了熔融过程中能量的传递效率和固体颗粒熔融速率,降低了熔融过程的能量消耗。

(2)基于能量耦合的热量自循环技术

通过对混炼机内部轴向返混流动的优化,在连续混炼机的熔融区和混炼区之间建立起能量耦合,利用混炼段熔体粘性耗散产生的热量,满足固体物料熔融过程对能量的需求,使设备在运行过程中不再需要外部补充热量。

(3)基于高拉伸的粘性耗散熔融高效混合技术

借助于优化的转子结构和三维造型,在混炼腔内建立起高拉伸混沌混合流动,提高了混炼效率,降低了单位产品的能量消耗。

3.工艺流程

以高效清洁化连续混炼成套生产装置为核心主机的塑料共混加工过程的典型生产工艺流程(电缆屏蔽料)见图1。物料(包括各种粉料、粒料、添加剂等)经过增重式计量秤计量后,进入低速预混混合器混合。借助于失重计量秤,将混合后的物料以一定的比例和流率连续地加入到双转子连续混炼机中进行混合,实现各组分的均匀分散。熔融的物料通过出料口均匀流出并进入到单螺杆挤出机中建立足够的压力,通过模头挤出,经过造粒机切成所需要的颗粒,并经过离心脱水机干燥,得到终成品。

图1 塑料共混加工典型工艺流程图

本技术所采用的核心部件——双转子连续混炼机转子结构如图2 所示。根据其功能可以划分为加料段、混炼段和出料段。

图2 连续混炼机双转子结构示意图

由图2 可见,转子的加料段像一对非啮合的双螺杆,将计量加料机加入的物料输送到混炼段。转子的混炼段像一对密炼机的转子,其表面有两对旋转方向相对、角度各不相同的螺棱,物料在此被压缩、熔融、剪切、伸展,从而终被混炼与塑化;转子的卸料段是椭圆形的,混炼完成的物料在此通过机筒上卸料口被排出。

五、主要技术指标

1.实际混炼能耗比功率:0.24kW/(kg·h)(80%CaCO3/HDPE);

2.相对传统混炼工艺,减少能耗:30%-50%;

3.减少有害异味气体排放量:≥60%;

4.减少粉体排放量:98%。

六、技术应用情况

该技术获得国家发明专利5 项,并于2003 年获得江苏省科学技术进步三等奖,2008 年获得中国机械工业联合会科学技术进步三等奖, 2012 年获得上海市科学技术进步二等奖。目前,已在市场上成功应用近40 套设备,经过与美国FARREL 企业的CPⅡ连续混炼机对比,该技术设备的产量提高约20%;与目前国内常用的塑料混炼方法对比,单位产品能耗降低30%~50%,粉尘排放量降低90%~95%,节能环保效益良好。

七、典型用户及投资效益

典型用户:上海万益高分子材料有限企业、山东安澜高分子材料有限企业、苏州国嘉高分子科技有限企业、广东彩虹色母粒有限企业、南京新鹏塑化有限企业、金发科技股份有限企业、杜邦(中国)研发中心、浙江万马高分子材料有限企业等。

典型案例1

案例名称:上海万益高分子材料企业电缆屏蔽料连续混炼造粒项目

技术提供单位:华东理工大学

建设规模:1 万t/a 电缆屏蔽料清洁连续混炼造粒系统。建设条件:厂房面积4000m2,层高6m+4m+4m,三层。主要改造内容:采用4 套转子直径为100mm的基于混沌混合的双转子连续混炼造粒机组替换原美国进口的CPⅡ-500 型连续混炼造粒机组。项目投资额800 万元,较进口生产线节约投资1920万元,建设期5 个月。年节能量约93tce,碳减排量218tCO2。年节能经济效益为24 万元,投资回收期约1 年。

典型案例2

案例名称:金发科技企业高浓缩滑石粉母粒的连续混炼造粒项目

技术提供单位:华东理工大学

建设规模: 2500t/a 高浓缩滑石粉母粒连续混炼造粒系统。建设条件:厂房面积1000m2,高12m,单层。主要技改内容:采用1 套转子直径为100mm的高效清洁双转子连续混炼造粒装置替代原有的密炼机+单螺杆挤出造粒机系统,提高了生产能力和产品质量,降低了单位产品的能量消耗,同时构建了无尘化生产车间。项目投资额180 万元,建设期5 个月。年节能量约104tce,碳减排量244tCO2。年节能经济效益24 万元,投资回收期约3 年。

八、推广前景和节能潜力

基于混沌混合的双转子连续混炼造粒机及相关的高效连续混炼技术,结合了密炼机优异的混合特性和双螺杆挤出机连续工作的特点,广泛应用于橡塑加工行业。该技术在提高共混塑料制品性能的同时,不仅可以大幅度降低现有橡塑加工过程中的能耗和运行成本,还能有效提高自动化程度和生产效率,改善车间环境,有效粉尘排放量减少95%以上,推广前景广阔。以高浓缩色母粒、功能母粒制造业为例,预计到2020 年,本技术可推广至40%,实现生产共混改性母粒和专用料1000 万t/a,项目总投资20 亿元,可实现的年节能能力约13 万tce,年碳减排潜力约31 万tCO2


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