單螺桿擠出機在干/濕法造粒中的應用對比

孫淇余 周鈺君

(天華化工機械及自動化研究設計院有限公司)

單螺桿擠出機在干/濕法造粒中的應用對比

孫淇余*周鈺君

(天華化工機械及自動化研究設計院有限公司)

根據擠出造粒的特點，介紹了單螺桿擠出機應用于濕法造粒和干法造粒過程中時所用物料的特點，并比較了濕法造粒和干法造粒單螺桿擠出機的結構參數差異。

造粒機 單螺桿擠出機 長徑比 壓縮比 螺桿轉速

粉體物料一般指顆粒直徑小于100μm的粉狀固體，由于直徑小，容易在空氣中擴散、飛揚。在包裝、儲運和使用過程中會污染環境，甚至影響操作員工的身體健康。為便于包裝、儲運和使用，通常要求將粉體物料造粒，形成顆粒直徑大于1 000μm的顆粒，這樣可以減少物料在流通和使用過程中對環境造成的粉塵污染。粉體物料造粒按使用的設備可分為壓縮法、擠出法、滾動法和噴漿法，其中擠出法應用最廣。擠出機根據物料中是否含溶劑可分為濕法造粒和干法造粒。充分了解物料的特性、選擇合理的造粒方法和造粒設備是完成造粒過程的重要步驟。單螺桿擠出造粒機是擠出法造粒設備的一種，它具有結構簡單、操作方便、易于維護、設備投資少、成本低及適用范圍廣等優點。

經過多年的研究、實驗和使用證明：單螺桿擠出造粒機不但適用于濕法擠出造粒，也適用于干法擠出造粒。單螺桿擠出造粒機的濕法造粒和干法造粒雖然都屬于擠出法，但二者對物料的適用范圍和螺桿機本身具體結構參數的要求差異很大。

1 濕法造粒與干法造粒適用的物料特性

適合于濕法擠出造粒的物料應具備兩個條件：一是物料本身有濕度，并且這個濕度處于擠出造粒過程中可形成有效顆粒的范圍內，如果物料本身沒有濕度就需要該物料能添加某種溶劑(如水)，這種溶劑必須與粉體物料互溶，保證能形成擠出造粒所需的有效濕度；二是物料本身應有粘度，即通過擠出形成的顆粒經過后續干燥后絕大部分仍然為顆粒、不粉化或者能加入某種粘合劑而達到前面所述的效果。

有些粉體物料不具備濕法擠出造粒的條件，一是它本身沒有濕度，也沒有合適的溶劑，或者為保證物料質量要求不能添加溶劑，如硬脂酸類化合物；二是它本身沒有粘度，也不能添加粘合劑，但它們具有熔點低、熱化學性質穩定的特性，這類物料適合用干法造粒。干法造粒就是利用造粒過程中產生的熱量或外加熱使物料溫度升高至熔點，粉體物料軟化或部分融化，通過單螺桿擠出形成顆粒。適合干法造粒粉體物料的熔點應在高于環境溫度至設備能承受的、加熱或加熱裝置能達到的溫度范圍內，同時還應具備冷卻后能迅速固化的性質。熔點在50～200℃范圍內的粉體物料用單螺桿擠出機干法造粒效果最佳。

2 單螺桿擠出機在濕法造粒和干法造粒中的對比

干法造粒單螺桿擠出機與濕法造粒單螺桿擠出機結構具有共同之處，又各自具有特殊性。在設計過程中除了要考慮其共同之外，還要更多考慮其特殊性。

2.1長徑比

單螺桿擠出機的長徑比B是一個與物料相關的重要參數，長徑比是指螺桿長度L與螺桿直徑D的比值。物料性質決定B值的大小，通常情況下，干法造粒單螺桿擠出機的B值要大于濕法造粒的。濕法造粒時單螺桿擠出機B值為2.0～2.5，干法造粒時B≥2.5，而且隨物料熔點的升高而增大。

粉體物料在擠出過程中，隨螺桿向前推進，做直線運動，同時也在旋轉，物料在運動過程中會產生熱量，運動距離越長產生的熱量越多，物料在擠出過程中溫升越高。對于濕物料來說，造粒過程中溫度升高對造粒成型是有害的，因為濕物料中含有一定比例的溶劑，溶劑的汽化點較低，如果擠出造粒過程中溫度升高達到溶劑的汽化點，溶劑被汽化，螺桿機內物料體積膨脹產生很高壓力，容易出現物料從模板孔噴射而出，從而破壞物料的成型過程和操作環境。因此，在設計單螺擠出桿機時，應在保證造粒成型的前提下，盡量縮短物料運動的距離，即減少螺桿長度，縮小長徑比。

而對于干物料來說，物料不含溶劑，一般固體物料的汽化點都很高，擠出造粒過程中產生的熱量遠達不到物料的汽化點。同時，擠出造粒過程中需要很多熱量提高物料自身溫度以達到其熔化點。因此，在設計單螺擠出桿機時，在結構允許的前提下，應盡量加大物料運動的距離，即增加螺桿長度，加大長徑比。

2.2控制熱量的結構措施

物料在造粒過程中自己產生的熱量稱為自生熱。在濕法造粒過程中，有些物料在造粒過程中自生熱較多，而溶劑的汽化點較低，容易使溶劑在螺桿機內汽化。還不能單靠縮小長徑比來控制其自生熱而不使溶劑溫升至汽化點。物料擠出造粒成型過程中對長徑比有一個最小值要求，低于此值就難以成型。這樣，必須采取強制散熱措施，通常采用筒體外加冷卻夾套的結構。筒體與夾套間通入冷卻介質(如冷卻水)，帶走物料擠出造粒過程的自生熱，達到降溫的目的。

干法造粒過程正好與上述過程相反，物料擠出造粒過程的自生熱不足以使物料溫度達到其熔點，需要外加熱。外加熱方式有流體介質加熱和電加熱兩種，流體介質加熱的結構與濕法造粒的冷卻夾套一樣，只是通入的介質是加熱介質，加熱介質一般為水蒸氣或導熱油，主要用于熔點較低物料；電加熱就是在筒體外層用電熱套加熱，對于高溫性能穩定的物料來說，電加熱效果更好，因為電加熱可使螺桿擠出機筒體壁溫遠高于物料熔點，靠近筒壁的物料迅速熔化，為成型創造良好的條件。

不管是流體介質加熱還是電加熱，都應有溫度控制與調節裝置。當物料溫度不滿足擠出造粒時，該裝置向螺桿擠出機輸送熱量；如果物料溫度過高不利于擠出成型時，降低或停止向螺桿擠出機輸送熱量。

2.3壓縮比

單螺桿擠出機的單螺桿一般分為兩段，后一段(靠近進料口)為輸送段，它的功能是將物料往前送；前一段(靠近出料口)為壓縮段，它的功能是將物料壓實并擠出模板，使物料成型。由于兩段螺桿的功能不一樣，因此，它們的螺距也是不一樣的。輸送段的螺距相對固定，一般為螺桿直徑的0.8倍，壓縮段的螺距隨物料的變化差距很大。通常將壓縮段螺距與輸送段螺距的比值稱為壓縮比b。輸送段的螺距用l2表示，壓縮段的螺距用l1表示，b=l1/l2，b≤1。b值與物料擠出成型前后體積變化成反比，體積變化越大b值越小。具體數值可取物料粉體堆比重與物料密度的比值，或通過實驗測到。一般來說，濕物料顆粒間距離小，擠出成型過程中體積變化也就小，b值相對較大；干物料粉體顆粒間距離大，擠出成型過程中體積變化也就大，b值相對較小。

2.4螺桿旋轉速度

由于物料在擠壓成型過程中隨螺桿做旋轉運動和向前的直線運動，在運動中會產生熱量，螺桿旋轉速度越快產生熱量多，物料溫升越高。因此，干法造粒時螺桿轉速要比濕法造粒時的高。

3 結束語

工業產品中許多是粉體物料，為了改善其生產環境，方便儲運和使用，需要進行造粒。各種粉體物料性質千差萬別，每種粉體物料都有自身的特點，其造粒過程有相應要求。筆者通過對適合于單螺桿擠出機干法造粒和濕法造粒的物料特性分析，闡述了單螺桿擠干法造粒和濕法造粒時結構與參數的差異，為單螺桿擠出機精準設計提供了依據，使單螺桿擠出機結構設計更加合理，參數選擇更準確，從而提高了其使用的針對性和準確性。

*孫淇余，男，1962年9月生，高級工程師。甘肅省蘭州市，730060。

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