聚丙烯擠壓造粒的研究與分析

王 海

(廣東寰球廣業工程有限公司 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，研究發現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構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的市場潛力和研究價值，也是近年來所有塑料制品中發展最快的一種。生產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，其中迄今為止應用最廣泛、最成功的聚丙烯生產工藝是本體法-氣相法組合工藝[1]。

根據使用范圍聚丙烯一般劃分為通用料和專用料兩種。因為我國技術水平的局限性，大部分的生產是低級的通用料，經濟效益一般。熔融指數，又稱熔體流動速率，代表塑膠材料加工時的流動性數值，所以對高熔融指數的分析，生產高熔融指數的聚丙烯，對促進專用性聚丙烯的發展，提高產品技術含量和核心競爭力具有至關重要的意義。楊艷青[2]認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的影響最大，而王倩珣[3]發現聚合反應過程中抗氧劑的含量和溫度對聚丙烯熔融指數有較大的影響。

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

(1)生產規模偏小，成本過高。我國聚丙稀生產線雖然數量眾多，但大多數生產裝置投產年代久遠，生產效率偏低；

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

(3)工藝技術開發能力較為薄弱。我國雖然研發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裝置，對大型的聚合工藝及產品牌號的開發研究力度依然不夠。

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喂料保護篩過濾進入擠壓造粒機，經熔融、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備，是集高度、儀、機、電一體化的裝置，主要分為5個系統：擠壓造粒系統、喂料系統、干燥系統、氣流輸送系統和粉塵收集系統。擠壓造粒所生成的顆粒強度較高、成粒均勻且生產效率高。

擠壓造粒的缺點是工藝流程復雜、配套性強、操作難度和設備投資大等。在能耗方面，張順強通過對裝置的各因素進行全面分析，確定目前主要存在凝液無法回收，循環水單耗高和產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外的差距決定了我國需研發出更滿足需求的擠壓造粒機組。北京化工大學、中國石化燕山分公司和浙江中控技術股份有限公司等6家組成的聯合攻關組取得了初步成績，成功制備出可生產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措施

2.1 顆粒質量不穩

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

應對措施：優化模板、切刀和操作參數[7-8]，比如選擇優質切刀，優化進刀壓力與切刀轉速的關系，嚴格執行切刀和模板安裝檢修，使刀軸和模板的垂直，定期清理模孔和研磨模板。

2.2 切刀磨損過快

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

應對措施：每天檢查pH值，使其大于某一值；檢查切粒機液壓系統，更換有故障的閥門，消除進退刀壓力波動；根據造粒時產生的負荷，調整切刀的轉數。

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生后退現象。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，將導致物料從模孔流出然后纏繞在刀盤上，致使后系統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。一旦壓力大于進刀壓力，便會出現退刀現象；(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，等通水進刀后，就因冷卻而粘在切刀盤上，形成墊刀。

應對措施：在進行合模操作時，應將模板清理干凈，一人進行切粒機的啟動，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。

應對措施：將顆粒水箱保持輕微溢流并及時清理過濾器濾網，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要嚴格把握質量的關，防止漏料堵塞過濾器頻率；及時改變切刀轉數，降低造粒負荷，避免碎屑的產生。

3 結語

綜上所述，在化工生產過程中，由于聚丙烯具有良好的理化性能，其應用非常普遍。而擠壓造粒是聚丙烯生產的重要環節，為了促進我國聚丙烯工業的可持續發展，本文就聚丙烯擠壓造粒生產過程中可能出現的問題進行了介紹，并對引起這些現象的原因進行全面分析并找出對應的解決措施。這將在逐步排查故障上節約時間，對于擠壓造粒機的正常運行維護具有重要意義，很大程度上提高了經濟效益。

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

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

[3] 王倩珣.聚丙烯熔融指數影響因素的研究[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，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量不穩定原因及改進[J].石油化工設備，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則成因分析及對策[J].石化技術，2013，20(3):21-24.