聚丙烯擠壓造粒的研究與分析

王 海

(廣東寰球廣業(yè)工程有限公司 工藝管道室,廣東 廣州 510655)

1 聚丙烯擠壓造粒概述

1.1 聚丙烯概述

聚丙烯(PP)是一種利用合成樹脂生產(chǎn)的塑料原材料，由于其密度小、無毒、無味、硬度、強度、剛度及耐熱性均優(yōu)于低壓聚乙烯，目前其市場需求量僅次于聚乙稀，占居了世界第二位。除此外，研究發(fā)現(xiàn)聚丙稀的制作原料相對豐富，成本較低，而且可以通過改變分子結(jié)構(gòu)形成各種具有不同特性的塑料橡膠和纖維制品，因此聚丙烯在合成材料中有著更為深遠(yuǎn)的市場潛力和研究價值，也是近年來所有塑料制品中發(fā)展最快的一種。生產(chǎn)聚丙烯的工藝按聚合類型主要有本體法-氣相法、氣相法、淤漿法、本體法及溶液法5大類工藝，其中迄今為止應(yīng)用最廣泛、最成功的聚丙烯生產(chǎn)工藝是本體法-氣相法組合工藝[1]。

根據(jù)使用范圍聚丙烯一般劃分為通用料和專用料兩種。因為我國技術(shù)水平的局限性，大部分的生產(chǎn)是低級的通用料，經(jīng)濟(jì)效益一般。熔融指數(shù)，又稱熔體流動速率，代表塑膠材料加工時的流動性數(shù)值，所以對高熔融指數(shù)的分析，生產(chǎn)高熔融指數(shù)的聚丙烯，對促進(jìn)專用性聚丙烯的發(fā)展，提高產(chǎn)品技術(shù)含量和核心競爭力具有至關(guān)重要的意義。楊艷青[2]認(rèn)為生成聚丙烯時氫氣量的大小以及催化劑的種類對聚丙烯熔融指數(shù)的影響最大，而王倩珣[3]發(fā)現(xiàn)聚合反應(yīng)過程中抗氧劑的含量和溫度對聚丙烯熔融指數(shù)有較大的影響。

我國通過長期的不解努力，在聚丙稀新型催化劑開發(fā)、生產(chǎn)工藝優(yōu)化等方面都取得了一定的進(jìn)步，目前生產(chǎn)聚丙稀的基地主要有大連石化、蘭州石化、九江石化等單位，但與國外發(fā)達(dá)國家相比，依然存在著不小的差距，主要體現(xiàn)在：

(1)生產(chǎn)規(guī)模偏小，成本過高。我國聚丙稀生產(chǎn)線雖然數(shù)量眾多，但大多數(shù)生產(chǎn)裝置投產(chǎn)年代久遠(yuǎn)，生產(chǎn)效率偏低；

(2)高檔品種的聚丙稀比例較少。我國目前能生產(chǎn)的聚丙稀產(chǎn)品種類還不能滿足國內(nèi)市場需求，尤其是高附加值的高檔牌號，如無規(guī)則聚丙烯、高透明聚丙烯；

(3)工藝技術(shù)開發(fā)能力較為薄弱。我國雖然研發(fā)了間歇式聚丙烯攪拌裝置，但這只適用于中小型聚丙烯生產(chǎn)裝置，對大型的聚合工藝及產(chǎn)品牌號的開發(fā)研究力度依然不夠。

1.2 擠壓造粒概述

擠壓造粒是將聚丙烯粉料和添加劑混合后經(jīng)喂料保護(hù)篩過濾進(jìn)入擠壓造粒機，經(jīng)熔融、混煉、過濾、擠出，由水下切粒機中的刀將聚丙烯切割成顆粒，隨后顆粒沿著刀片和模板的水流被帶出。擠壓造粒機是聚烯烴后處理中的重要設(shè)備，是集高度、儀、機、電一體化的裝置，主要分為5個系統(tǒng)：擠壓造粒系統(tǒng)、喂料系統(tǒng)、干燥系統(tǒng)、氣流輸送系統(tǒng)和粉塵收集系統(tǒng)。擠壓造粒所生成的顆粒強度較高、成粒均勻且生產(chǎn)效率高。

擠壓造粒的缺點是工藝流程復(fù)雜、配套性強、操作難度和設(shè)備投資大等。在能耗方面，張順強通過對裝置的各因素進(jìn)行全面分析，確定目前主要存在凝液無法回收，循環(huán)水單耗高和產(chǎn)品的存儲能力不足等問題。 而且通過前面的分析知，聚丙烯的市場需求與國內(nèi)外的差距決定了我國需研發(fā)出更滿足需求的擠壓造粒機組。北京化工大學(xué)、中國石化燕山分公司和浙江中控技術(shù)股份有限公司等6家組成的聯(lián)合攻關(guān)組取得了初步成績，成功制備出可生產(chǎn)20 Wt/a及以下和25 Wt/ a及以下聚丙烯的大型擠壓造粒機組，并投入運行。對擠壓造粒機型的選擇，根據(jù)王雄偉[4]報道，INEOS、Unipol和中石化等大部分聚烯烴工藝來說，一般采用普通電機+雙速齒輪箱和筒體加熱模式就行，而區(qū)別于聚乙烯工藝變頻電機+單速齒輪箱和蒸汽模式。

2 聚丙烯擠壓造粒的常見問題及改進(jìn)措施

2.1 顆粒質(zhì)量不穩(wěn)

在擠壓造粒過程中，聚丙烯顆粒的規(guī)格是產(chǎn)品質(zhì)量的一項重要指標(biāo)，通常要求粒子完整、大小相似、無棱角和碎塊出現(xiàn)，而產(chǎn)品經(jīng)常出現(xiàn)不規(guī)則顆粒，產(chǎn)生蛇皮粒和拖尾料[5]，這主要歸因于不鋒利的切刀刀刃和粗糙的刀刃背面，將導(dǎo)致切下的物料與切刀脫離不及時。拖尾料的產(chǎn)生有以下幾點原因：(1)模板磨損；(2)切刀與模板貼合度不夠。另外，張牛[6]發(fā)現(xiàn)，由于擠壓機的真空脫氣口被樹脂堵塞，導(dǎo)致進(jìn)入擠壓機水汽和不凝氣的排氣過程受到影響，在拖尾料出現(xiàn)的同時也可能形成“真空泡”粒子。

應(yīng)對措施：優(yōu)化模板、切刀和操作參數(shù)[7-8]，比如選擇優(yōu)質(zhì)切刀，優(yōu)化進(jìn)刀壓力與切刀轉(zhuǎn)速的關(guān)系，嚴(yán)格執(zhí)行切刀和模板安裝檢修，使刀軸和模板的垂直，定期清理?？缀脱心ツ０濉?/p>

2.2 切刀磨損過快

切刀磨損主要由以下幾個方面造成：(1)當(dāng)添加劑中含有弱酸性組分，在生產(chǎn)時因顆粒水濾后又反復(fù)循環(huán)使用，導(dǎo)致酸性成分不斷累積和增加，嚴(yán)重時就對切刀造成腐蝕；(2)切刀進(jìn)刀或平衡壓力波動變大；(3)切粒機轉(zhuǎn)速高。切刀損耗過快會使成本增加，同時也會縮短裝置的平穩(wěn)運行周期。

應(yīng)對措施：每天檢查pH值，使其大于某一值；檢查切粒機液壓系統(tǒng)，更換有故障的閥門，消除進(jìn)退刀壓力波動；根據(jù)造粒時產(chǎn)生的負(fù)荷，調(diào)整切刀的轉(zhuǎn)數(shù)。

2.3 擠壓機退刀問題

退刀顧名思義就是刀盤在運行過程中發(fā)生后退現(xiàn)象。由于切刀不再和模板貼合在一起，物料夾在切刀與模板之間，將導(dǎo)致物料從?？琢鞒鋈缓罄p繞在刀盤上，致使后系統(tǒng)管線和切粒室被物料堵滿。引起退刀的原因有很多，其中主要有以下兩種：(1)液壓缸漏油時，會使刀軸向前的推力會降低。一旦壓力大于進(jìn)刀壓力，便會出現(xiàn)退刀現(xiàn)象；(2)在切粒機開車過程中，對切粒室鎖緊是手動的。這與切粒機啟動之間存在時間間隙，在此過程中，模板仍舊會流出部分樹脂，等通水進(jìn)刀后，就因冷卻而粘在切刀盤上，形成墊刀。

應(yīng)對措施：在進(jìn)行合模操作時，應(yīng)將模板清理干凈，一人進(jìn)行切粒機的啟動，并且使切粒室鎖緊，這樣將縮短操作時間，防止切刀墊刀。

2.4 顆粒水流量低

顆粒水流量低可歸因于離心干燥器漏料、顆粒水過濾器的堵塞或者顆粒中的碎屑過多。

應(yīng)對措施：將顆粒水箱保持輕微溢流并及時清理過濾器濾網(wǎng)，在計劃停車時將顆粒水箱徹底清理；安裝時離心干燥器篩網(wǎng)要嚴(yán)格把握質(zhì)量的關(guān)，防止漏料堵塞過濾器頻率；及時改變切刀轉(zhuǎn)數(shù)，降低造粒負(fù)荷，避免碎屑的產(chǎn)生。

3 結(jié)語

綜上所述，在化工生產(chǎn)過程中，由于聚丙烯具有良好的理化性能，其應(yīng)用非常普遍。而擠壓造粒是聚丙烯生產(chǎn)的重要環(huán)節(jié)，為了促進(jìn)我國聚丙烯工業(yè)的可持續(xù)發(fā)展，本文就聚丙烯擠壓造粒生產(chǎn)過程中可能出現(xiàn)的問題進(jìn)行了介紹，并對引起這些現(xiàn)象的原因進(jìn)行全面分析并找出對應(yīng)的解決措施。這將在逐步排查故障上節(jié)約時間，對于擠壓造粒機的正常運行維護(hù)具有重要意義，很大程度上提高了經(jīng)濟(jì)效益。

[1] 孫亞玲，曹吉民.聚丙烯擠壓造粒單元故障分析及處理[J].石油化工設(shè)備，2013，42(s01):101-103.

[2] 楊艷青.聚丙烯熔融指數(shù)影響因素的研究及分析[J].科技創(chuàng)新與應(yīng)用，2016(3):89.

[3] 王倩珣.聚丙烯熔融指數(shù)影響因素的研究[J].化工管理，2017(29):105.

[4] 王雄偉.淺談聚丙烯聚乙烯裝置擠壓造粒機選型[J].石化技術(shù)，2017，24(4):36.

[5] 張 鑫.擠壓造粒機組常見故障分析及處理[J].石油和化工設(shè)備，2014， 17(9):53-55.

[6] 張 牛，普智勤.JSW聚丙烯擠壓造粒機疑難雜癥綜合分析[J].科技資訊，2012 (34):100.

[7] 陳 敏.聚丙烯擠壓造粒機造粒質(zhì)量不穩(wěn)定原因及改進(jìn)[J].石油化工設(shè)備，2007，36(6):90-92.

[8] 陳湊喜，康 蕾，耿 帥，等.聚丙烯裝置擠壓機組造粒不規(guī)則成因分析及對策[J].石化技術(shù)，2013，20(3):21-24.