聚丙烯挤压造粒的研究与分析

王 海

(广东寰球广业工程有限公司 工艺管道室,广东 广州 510655)

1 聚丙烯挤压造粒概述

1.1 聚丙烯概述

聚丙烯(PP)是一种利用合成树脂生产的塑料原材料，由于其密度小、无毒、无味、硬度、强度、刚度及耐热性均优于低压聚乙烯，目前其市场需求量仅次于聚乙稀，占居了世界第二位。除此外，研究发现聚丙稀的制作原料相对丰富，成本较低，而且可以通过改变分子结构形成各种具有不同特性的塑料橡胶和纤维制品，因此聚丙烯在合成材料中有着更为深远的市场潜力和研究价值，也是近年来所有塑料制品中发展最快的一种。生产聚丙烯的工艺按聚合类型主要有本体法-气相法、气相法、淤浆法、本体法及溶液法5大类工艺，其中迄今为止应用最广泛、最成功的聚丙烯生产工艺是本体法-气相法组合工艺[1]。

根据使用范围聚丙烯一般划分为通用料和专用料两种。因为我国技术水平的局限性，大部分的生产是低级的通用料，经济效益一般。熔融指数，又称熔体流动速率，代表塑胶材料加工时的流动性数值，所以对高熔融指数的分析，生产高熔融指数的聚丙烯，对促进专用性聚丙烯的发展，提高产品技术含量和核心竞争力具有至关重要的意义。杨艳青[2]认为生成聚丙烯时氢气量的大小以及催化剂的种类对聚丙烯熔融指数的影响最大，而王倩珣[3]发现聚合反应过程中抗氧剂的含量和温度对聚丙烯熔融指数有较大的影响。

我国通过长期的不解努力，在聚丙稀新型催化剂开发、生产工艺优化等方面都取得了一定的进步，目前生产聚丙稀的基地主要有大连石化、兰州石化、九江石化等单位，但与国外发达国家相比，依然存在着不小的差距，主要体现在：

(1)生产规模偏小，成本过高。我国聚丙稀生产线虽然数量众多，但大多数生产装置投产年代久远，生产效率偏低；

(2)高档品种的聚丙稀比例较少。我国目前能生产的聚丙稀产品种类还不能满足国内市场需求，尤其是高附加值的高档牌号，如无规则聚丙烯、高透明聚丙烯；

(3)工艺技术开发能力较为薄弱。我国虽然研发了间歇式聚丙烯搅拌装置，但这只适用于中小型聚丙烯生产装置，对大型的聚合工艺及产品牌号的开发研究力度依然不够。

1.2 挤压造粒概述

挤压造粒是将聚丙烯粉料和添加剂混合后经喂料保护筛过滤进入挤压造粒机，经熔融、混炼、过滤、挤出，由水下切粒机中的刀将聚丙烯切割成颗粒，随后颗粒沿着刀片和模板的水流被带出。挤压造粒机是聚烯烃后处理中的重要设备，是集高度、仪、机、电一体化的装置，主要分为5个系统：挤压造粒系统、喂料系统、干燥系统、气流输送系统和粉尘收集系统。挤压造粒所生成的颗粒强度较高、成粒均匀且生产效率高。

挤压造粒的缺点是工艺流程复杂、配套性强、操作难度和设备投资大等。在能耗方面，张顺强通过对装置的各因素进行全面分析，确定目前主要存在凝液无法回收，循环水单耗高和产品的存储能力不足等问题。 而且通过前面的分析知，聚丙烯的市场需求与国内外的差距决定了我国需研发出更满足需求的挤压造粒机组。北京化工大学、中国石化燕山分公司和浙江中控技术股份有限公司等6家组成的联合攻关组取得了初步成绩，成功制备出可生产20 Wt/a及以下和25 Wt/ a及以下聚丙烯的大型挤压造粒机组，并投入运行。对挤压造粒机型的选择，根据王雄伟[4]报道，INEOS、Unipol和中石化等大部分聚烯烃工艺来说，一般采用普通电机+双速齿轮箱和筒体加热模式就行，而区别于聚乙烯工艺变频电机+单速齿轮箱和蒸汽模式。

2 聚丙烯挤压造粒的常见问题及改进措施

2.1 颗粒质量不稳

在挤压造粒过程中，聚丙烯颗粒的规格是产品质量的一项重要指标，通常要求粒子完整、大小相似、无棱角和碎块出现，而产品经常出现不规则颗粒，产生蛇皮粒和拖尾料[5]，这主要归因于不锋利的切刀刀刃和粗糙的刀刃背面，将导致切下的物料与切刀脱离不及时。拖尾料的产生有以下几点原因：(1)模板磨损；(2)切刀与模板贴合度不够。另外，张牛[6]发现，由于挤压机的真空脱气口被树脂堵塞，导致进入挤压机水汽和不凝气的排气过程受到影响，在拖尾料出现的同时也可能形成“真空泡”粒子。

应对措施：优化模板、切刀和操作参数[7-8]，比如选择优质切刀，优化进刀压力与切刀转速的关系，严格执行切刀和模板安装检修，使刀轴和模板的垂直，定期清理模孔和研磨模板。

2.2 切刀磨损过快

切刀磨损主要由以下几个方面造成：(1)当添加剂中含有弱酸性组分，在生产时因颗粒水滤后又反复循环使用，导致酸性成分不断累积和增加，严重时就对切刀造成腐蚀；(2)切刀进刀或平衡压力波动变大；(3)切粒机转速高。切刀损耗过快会使成本增加，同时也会缩短装置的平稳运行周期。

应对措施：每天检查pH值，使其大于某一值；检查切粒机液压系统，更换有故障的阀门，消除进退刀压力波动；根据造粒时产生的负荷，调整切刀的转数。

2.3 挤压机退刀问题

退刀顾名思义就是刀盘在运行过程中发生后退现象。由于切刀不再和模板贴合在一起，物料夹在切刀与模板之间，将导致物料从模孔流出然后缠绕在刀盘上，致使后系统管线和切粒室被物料堵满。引起退刀的原因有很多，其中主要有以下两种：(1)液压缸漏油时，会使刀轴向前的推力会降低。一旦压力大于进刀压力，便会出现退刀现象；(2)在切粒机开车过程中，对切粒室锁紧是手动的。这与切粒机启动之间存在时间间隙，在此过程中，模板仍旧会流出部分树脂，等通水进刀后，就因冷却而粘在切刀盘上，形成垫刀。

应对措施：在进行合模操作时，应将模板清理干净，一人进行切粒机的启动，并且使切粒室锁紧，这样将缩短操作时间，防止切刀垫刀。

2.4 颗粒水流量低

颗粒水流量低可归因于离心干燥器漏料、颗粒水过滤器的堵塞或者颗粒中的碎屑过多。

应对措施：将颗粒水箱保持轻微溢流并及时清理过滤器滤网，在计划停车时将颗粒水箱彻底清理；安装时离心干燥器筛网要严格把握质量的关，防止漏料堵塞过滤器频率；及时改变切刀转数，降低造粒负荷，避免碎屑的产生。

3 结语

综上所述，在化工生产过程中，由于聚丙烯具有良好的理化性能，其应用非常普遍。而挤压造粒是聚丙烯生产的重要环节，为了促进我国聚丙烯工业的可持续发展，本文就聚丙烯挤压造粒生产过程中可能出现的问题进行了介绍，并对引起这些现象的原因进行全面分析并找出对应的解决措施。这将在逐步排查故障上节约时间，对于挤压造粒机的正常运行维护具有重要意义，很大程度上提高了经济效益。

[1] 孙亚玲，曹吉民.聚丙烯挤压造粒单元故障分析及处理[J].石油化工设备，2013，42(s01):101-103.

[2] 杨艳青.聚丙烯熔融指数影响因素的研究及分析[J].科技创新与应用，2016(3):89.

[3] 王倩珣.聚丙烯熔融指数影响因素的研究[J].化工管理，2017(29):105.

[4] 王雄伟.浅谈聚丙烯聚乙烯装置挤压造粒机选型[J].石化技术，2017，24(4):36.

[5] 张 鑫.挤压造粒机组常见故障分析及处理[J].石油和化工设备，2014， 17(9):53-55.

[6] 张 牛，普智勤.JSW聚丙烯挤压造粒机疑难杂症综合分析[J].科技资讯，2012 (34):100.

[7] 陈 敏.聚丙烯挤压造粒机造粒质量不稳定原因及改进[J].石油化工设备，2007，36(6):90-92.

[8] 陈凑喜，康 蕾，耿 帅，等.聚丙烯装置挤压机组造粒不规则成因分析及对策[J].石化技术，2013，20(3):21-24.