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摘要：水下造粒设备是一种新型挤出夹具处理设备，适用范围广，生产效率高，产量高，颗粒质量好。随着聚合物工业的快速发展，水下造粒机变得越来越大，以进一步增加产量。本文着重于优化造粒机进入水下造粒机的过程，希望能够为同行提供一定的参考。
关键词：水下造粒设备；切粒机；工艺
引言
在经济高速发展，科技不断进步的社会背景下，化工行业和工艺技术也获得了突飞猛进的发展，取得了不错的进步，直接推动了聚丙烯工艺产能的发展，在日趋激烈的竞争市场下，高产能的聚丙烯成为了各工艺用来谋取利益的有效手段，这就对聚丙烯工艺提出了高层次的要求，对其要求具体到细节之处都要符合其规定水平。而对于现有工艺，想要在现有基础上来提升其运行负荷，如果缺乏了工艺的平稳运行，那么将无法实现该目标。
1.水下切粒机结构简介
密封切割室，水下切粒机，循环水泵，输送管路，脱水系统，控制系统等。聚丙烯的熔融材料在模板的上游流入水冷却室。高速旋转切割机将从镜孔流出的熔体切割成模板表面上的均匀颗粒，并且造粒工艺流流入颗粒水腔的下部。在用水沉淀后，它与粒状水一起流动到下一个过程。可以看出，造粒系统的作用影响聚丙烯产品的外观。
2.1模板
该模型是安装在管道后端的板状碳化物板。通过挤压树脂带，在轮胎形状中形成多个圆孔，其对应于模板的圆形切割器和通过小孔的过滤器的清洁材料。2.2切刀盘
切刀盘为一圆形不锈钢材质刀盘，如下图图2所示。几个靠近径向布置的用螺钉固定，牢固地固定在模型的表面上。发动机使切割盘利用速率来对系统旋转进行有效控制，同时将其对当作模板的小孔内所挤出来的的柱树脂切割成直径为2至3mm的颗粒（不包括颗粒）。切割盘通常配备有粒状水，其主要目的是将粒状水直接喷射到切割器和模板中，以防止树脂从刀中伸出。
2.3水室
在造粒水腔或造粒腔中被称为水室。它是一个密封的圆形腔室，具有模型的一个端面和一个安装在切割轴上的端面。水腔的下部具有入口开口，上部具有排水孔。两侧都有环，侧面有配有照明灯，从而给水室的铣削效果的顺利观察提供便利。水下造粒的开展就是在水室里进行的，在操作过程中，水腔充满工艺用水，切割器旋转并且切割的颗粒在水中快速冷却，同时收缩和表面张力起作用，使得它们形成椭圆形颗粒并且不会彼此粘附。切断水流过进水口，水箱，排水管，工艺管道，干燥器，水箱等。热交换后水温保持不变。粒状水的循环流也用于颗粒输送方法，即从切割板切下的颗粒，通过再循环颗粒状水送到离心干燥系统进行脱水。
3水下切粒系统的运行及优化措施
3.1水下切粒的生产过程
切粒剖视图如图4所示，必須首先将水下造粒工艺与树脂混合，然后将其送入挤出机入口。由于挤出机机筒的高温效应和由猫的自身能量产生的热量，它被压缩和熔化。。树脂通过挤出机的双螺杆旋转从模孔中挤出到造粒水室中，并且当切割器旋转时树脂在水流场环境中被切割成颗粒。当在水中运输时，颗粒被冷却并固化，然后通过水流输送到干燥器。干燥线并在干燥器中干燥，然后通过逐步筛分装置将正常颗粒分离成粒度
3.2水下切粒影响因素
水下粒度法具有切面颗粒规律，外形美观，稳定性高，适应大批量生产，不产生有害气体。然而，由于长期稳定的颗粒，存在许多条件，并且每种材料具有不同的性质。如果没有经验，则需要很长时间来研究适当的参数。因此，有几个因素会影响造粒的成功和颗粒的质量。
1）时间系数
颗粒和造粒的成功受三个关键时间参数的影响，即熔融塑料挤出的时间，颗粒水达到水室和造粒机开始时间的时间。挤出的熔融树脂的喷嘴孔10次，以确定驱动阀的操作时间，有相对稳定的值，则此时间与参考时间，然后调节水，在室中的水颗粒到达开始时间和切割器的驱动时间，以实现成功的粒料，造粒和稳定剂。如果树脂在挤出模头的开口处，切割刀片没有启动，或者颗粒状水不进入腔室进水，就不能成功造粒，造成“香肠”兮事故。如果树脂水到达水箱后挤压模孔中，第一切割器运行时，所述颗粒之前，造粒能成功，但该模型由10接近叶片上的，没有液体冷却，刀和损坏的JJ表的模型，这不是通常在生产顺序使用。如果树脂来自挤出模头之前的孔，在水槽之前将颗粒水，造粒机开始出现，以便在造粒过程中成功地满足必要条件。这是最符合逻辑的顺序，生产通常按顺序排列。在三个时间顺序合理，检查间隔的两个的情况下，这个步骤也很关键的，因为如果水在水箱中的颗粒过早地，即使割草机开始工作的时间合理的时间，导致模型太冷，喷嘴孔的冷却的部分堵塞树脂虽然可以成功地造粒，它产生大量的大块或不同大小的颗粒。如果水进入水室，则超过熔融树脂和熔融树脂之间的时间间隔。但是，Sula树脂挤出模头开口会导致喷嘴中的高压停滞。
2）产量
如果特定模具的尺寸是，则流速（产量）必须达到造粒成功的临界值。疏水阀必须填充材料，熔融树脂连续压制并均匀流动，形成稳定的挤压，保证了颗粒的连续性和稳定性。如果输出太大并且造粒率达到其最大值，则切割颗粒的浓度增加并增加。由于工作台的不规则性，很难在离心式干燥器中使这些颗粒完全脱水，并且易于生产不能满足产品质量要求的水性材料。塑料制品的制造商通常要求颗粒是圆形或椭圆形的并且尺寸是均匀的，否则不能保证装置和颗粒的常规进料。
均匀加热。如果产量太小，切割的颗粒太小，甚至是薄片。长期使用可能会导致挤出堵塞。在部分模具堵塞压力增加后，颗粒的形状变得不规则，并且加剧，模孔越来越堵塞，切割出大量的灰尘增加。当熔点在模板之前上升时，由于高熔体压力，所得的造粒系统被锁定。
3.6刀盘刀压、转速、装刀数量、模板开孔数的优化
根据客户对不同的产量和产品的百粒重不同的要求，切粒机切刀转速越低越好。这样就要求选择合适的刀片数量和合适的模板模孔数。如果切粒机模头前熔体的压力不够（一般切粒应该控制在120bar左右），可以考虑将一些模孔堵住增压，计算公式如下： 以计算出来的模头开孔数与现场的模头真实的开孔数比较，如果计算值小了，说明需要堵孔了。当然如果值在10%以内，可以不用调整。如果压力还是增加不起来，例如如果低于40%（即低于72bar），可以考虑用增压塞，即在模头的各个流道口塞入增压管。
当开机后出现了模头前的熔体压力缓慢增加的情况（产量，上游设备如挤出机＼熔体泵的转速没有变化等情况）下，同时成品出现大小粒子不均的情况，优先考虑有部分模孔被熔体料堵住（单个部分孔不是100%的堵住，可能5%-15%被熔體堵住）。在工艺允许的条件下，即不影响产品质量的条件下可以用增加水温和模头温度来将堵孔的熔体融化。增加温度，以每增加2度，静等几分钟，观察参数有没有变化（考虑切粒从水室在干燥器出口需要一定的时间），同时产品粒子大小不均的情况有没有改善。如果试验后粒子外观没有改善，模头前的熔体压力没有下降，则考虑下次开机以最大的目标产量开机，等目标产量达到后，才把物料从换向阀的打地位置转为生产位置。
同样，可以根据需要的粒子重量（即粒子大小）来推算需要的切粒机转速。
5.案例分析
某项目是生产改性尼龙6的工程塑料粒子的项目，此项目选择的德国KraussMaffei Berstoff的挤出机，其型号是ZE90AX36D-UTX，水下切粒机是美国Nordson BKG，型号是AH190。此项目造粒的难点是水下切粒机的工艺要求。客户的原料通过添加一些添加剂（技术保密，无法提供具体添加剂）共混改性后，熔体粘度特别高，相对粘度在1-2。高粘度的熔体对水下造粒的要求特别高，必须调整好熔体进入水下切割室的时间。否则很容易造成熔体无法被切割断，从而熔体缠绕于刀盘，切粒机电机高扭矩跳停，从而生产线停机。生产线开机率大大下降。
在多次实验后，调整熔体进入切割室的时间由原来的0s，5.0s，8.0s改成0s，3.3s，1.7s.即原来生产线从熔体排料模式切换到生产模式后，切粒机电机立即启动（0s），刀盘立即转动至设定值转速；经过5s后旁通的工艺水系统阀门组合切换，工艺水切换到切割室；再经过3s（8s-5s=3s）后，熔体切割室前端的换向阀（或者叫打地阀）切换熔体物料方向，使熔体从打地排料位置进入切割室。现在改为切粒机启动（0s），经过1.7s后换向阀动作，切换熔体到切割室，再过1.8s（3.3s-1.7s=1.8s）后旁通的工艺水切换到熔体切割室来。这样水由于晚1.8s进入切割室，确保模头保持更高的温度（相对于工艺水先切换至切割室），当熔体经过模头端面后工艺水再切换过来冷却熔体物料。这样熔体的压力就会保证维持在一个相对高的压力且整个切割面上熔体压力是均匀地被切粒机的刀盘刀片切割。调整并优化熔体物料进入切割室的时间，还可以确保熔体在经过模头表面的时候，工艺水（水温65℃）不会把模头表面冷却过多（熔体温度是285℃），确保模头表面的所有切粒出料孔是完全被熔体打开的，没有被工艺水冻住。切割出来的产品粒子就不会出现大小粒子不均的现象。
由于客户改性物料后，对切粒机的启动速度要求也很高，转速过低过高都会造成切粒失败，要么转速低切割熔体不迅速而熔体缠刀，生产线停机；要么转速过高，切粒机在切割粒子的刚开始瞬间切粒机电机扭矩过大而过载，生产线停机。最终，我们通过一系列的实验，找到了适合切割客户的PA6改性的刀盘启动转速为1200rpm（产量为3.5吨/小时）。
当然，由于熔体的流动性能差，必须在切粒机切粒之前将生产线的产量提高到最高，不能为了减少废料产生而等切粒机启动造粒后再逐渐增加产量（刚开机时候，打地阀处于打地位置，熔体被作为废料排废处理）。否则如果产量低时就从排废位置切换到生产位置，熔体在经过模头切粒孔时，压力不高，模头表面被工艺水冷却后，很容易出现模孔被冻结的现象（一些模孔的开度不会是100%全开，由于熔体冷却变硬后停留在单个模孔的一周）。如果开机后模头前的压力在不断的增加，产品就会出现大小粒子不均匀。一般我们要求客户在切粒前冲洗模头的压力需要在90bar左右，生产时候模板前压力为120-150bar左右。
根据客户的这种改性过后的熔体粘度很粘的特性，还优化了下列的工艺。
1.要求客户在每次冲洗模头之前，模头的表面，切割室，刀盘刀片的表面及冲洗套内层必须涂抹或者喷射防粘剂，如硅油等。
2.工艺水水温相比其他的改性物料温度适当调低，最终确定在55-60度之间。
3.工艺水的工作压力调高，以确保所有的物料能顺利被带走，最终确定在7.5-8bar。由于工艺水的压力没有PID进行控制，只能通过工艺水水泵电机（变频电机）的转速来确定，最终确定在转速为90%左右能够保证需要的压力。
通过工艺优化后，生产客户的特殊PA6改性产品的生产效率大大提供。停机率大大减少。
6结束语
适度调整水下造粒机的参数，减少对水下造粒机的影响，改善加热系统的设计，生产更高负荷的聚丙烯颗粒，适度调节刀具与模型之间的距离。改善剪切磨损，同时保证颗粒的优良性能，制定合理的维护和修复程序，延长水下颗粒不同部位的使用寿命。通过这些优化和修改，可以提高该方法的水下造粒系统的效率和负载，以确保该方法的连续、长期、高负荷的有效运转。
参考文献：
[1]王健. 水下切粒机的模板研究与分析[D].北京交通大学，2012年.
关键词：水下造粒设备；切粒机；工艺
引言
在经济高速发展，科技不断进步的社会背景下，化工行业和工艺技术也获得了突飞猛进的发展，取得了不错的进步，直接推动了聚丙烯工艺产能的发展，在日趋激烈的竞争市场下，高产能的聚丙烯成为了各工艺用来谋取利益的有效手段，这就对聚丙烯工艺提出了高层次的要求，对其要求具体到细节之处都要符合其规定水平。而对于现有工艺，想要在现有基础上来提升其运行负荷，如果缺乏了工艺的平稳运行，那么将无法实现该目标。
1.水下切粒机结构简介
密封切割室，水下切粒机，循环水泵，输送管路，脱水系统，控制系统等。聚丙烯的熔融材料在模板的上游流入水冷却室。高速旋转切割机将从镜孔流出的熔体切割成模板表面上的均匀颗粒，并且造粒工艺流流入颗粒水腔的下部。在用水沉淀后，它与粒状水一起流动到下一个过程。可以看出，造粒系统的作用影响聚丙烯产品的外观。
2.1模板
该模型是安装在管道后端的板状碳化物板。通过挤压树脂带，在轮胎形状中形成多个圆孔，其对应于模板的圆形切割器和通过小孔的过滤器的清洁材料。2.2切刀盘
切刀盘为一圆形不锈钢材质刀盘，如下图图2所示。几个靠近径向布置的用螺钉固定，牢固地固定在模型的表面上。发动机使切割盘利用速率来对系统旋转进行有效控制，同时将其对当作模板的小孔内所挤出来的的柱树脂切割成直径为2至3mm的颗粒（不包括颗粒）。切割盘通常配备有粒状水，其主要目的是将粒状水直接喷射到切割器和模板中，以防止树脂从刀中伸出。
2.3水室
在造粒水腔或造粒腔中被称为水室。它是一个密封的圆形腔室，具有模型的一个端面和一个安装在切割轴上的端面。水腔的下部具有入口开口，上部具有排水孔。两侧都有环，侧面有配有照明灯，从而给水室的铣削效果的顺利观察提供便利。水下造粒的开展就是在水室里进行的，在操作过程中，水腔充满工艺用水，切割器旋转并且切割的颗粒在水中快速冷却，同时收缩和表面张力起作用，使得它们形成椭圆形颗粒并且不会彼此粘附。切断水流过进水口，水箱，排水管，工艺管道，干燥器，水箱等。热交换后水温保持不变。粒状水的循环流也用于颗粒输送方法，即从切割板切下的颗粒，通过再循环颗粒状水送到离心干燥系统进行脱水。
3水下切粒系统的运行及优化措施
3.1水下切粒的生产过程
切粒剖视图如图4所示，必須首先将水下造粒工艺与树脂混合，然后将其送入挤出机入口。由于挤出机机筒的高温效应和由猫的自身能量产生的热量，它被压缩和熔化。。树脂通过挤出机的双螺杆旋转从模孔中挤出到造粒水室中，并且当切割器旋转时树脂在水流场环境中被切割成颗粒。当在水中运输时，颗粒被冷却并固化，然后通过水流输送到干燥器。干燥线并在干燥器中干燥，然后通过逐步筛分装置将正常颗粒分离成粒度
3.2水下切粒影响因素
水下粒度法具有切面颗粒规律，外形美观，稳定性高，适应大批量生产，不产生有害气体。然而，由于长期稳定的颗粒，存在许多条件，并且每种材料具有不同的性质。如果没有经验，则需要很长时间来研究适当的参数。因此，有几个因素会影响造粒的成功和颗粒的质量。
1）时间系数
颗粒和造粒的成功受三个关键时间参数的影响，即熔融塑料挤出的时间，颗粒水达到水室和造粒机开始时间的时间。挤出的熔融树脂的喷嘴孔10次，以确定驱动阀的操作时间，有相对稳定的值，则此时间与参考时间，然后调节水，在室中的水颗粒到达开始时间和切割器的驱动时间，以实现成功的粒料，造粒和稳定剂。如果树脂在挤出模头的开口处，切割刀片没有启动，或者颗粒状水不进入腔室进水，就不能成功造粒，造成“香肠”兮事故。如果树脂水到达水箱后挤压模孔中，第一切割器运行时，所述颗粒之前，造粒能成功，但该模型由10接近叶片上的，没有液体冷却，刀和损坏的JJ表的模型，这不是通常在生产顺序使用。如果树脂来自挤出模头之前的孔，在水槽之前将颗粒水，造粒机开始出现，以便在造粒过程中成功地满足必要条件。这是最符合逻辑的顺序，生产通常按顺序排列。在三个时间顺序合理，检查间隔的两个的情况下，这个步骤也很关键的，因为如果水在水箱中的颗粒过早地，即使割草机开始工作的时间合理的时间，导致模型太冷，喷嘴孔的冷却的部分堵塞树脂虽然可以成功地造粒，它产生大量的大块或不同大小的颗粒。如果水进入水室，则超过熔融树脂和熔融树脂之间的时间间隔。但是，Sula树脂挤出模头开口会导致喷嘴中的高压停滞。
2）产量
如果特定模具的尺寸是，则流速（产量）必须达到造粒成功的临界值。疏水阀必须填充材料，熔融树脂连续压制并均匀流动，形成稳定的挤压，保证了颗粒的连续性和稳定性。如果输出太大并且造粒率达到其最大值，则切割颗粒的浓度增加并增加。由于工作台的不规则性，很难在离心式干燥器中使这些颗粒完全脱水，并且易于生产不能满足产品质量要求的水性材料。塑料制品的制造商通常要求颗粒是圆形或椭圆形的并且尺寸是均匀的，否则不能保证装置和颗粒的常规进料。
均匀加热。如果产量太小，切割的颗粒太小，甚至是薄片。长期使用可能会导致挤出堵塞。在部分模具堵塞压力增加后，颗粒的形状变得不规则，并且加剧，模孔越来越堵塞，切割出大量的灰尘增加。当熔点在模板之前上升时，由于高熔体压力，所得的造粒系统被锁定。
3.6刀盘刀压、转速、装刀数量、模板开孔数的优化
根据客户对不同的产量和产品的百粒重不同的要求，切粒机切刀转速越低越好。这样就要求选择合适的刀片数量和合适的模板模孔数。如果切粒机模头前熔体的压力不够（一般切粒应该控制在120bar左右），可以考虑将一些模孔堵住增压，计算公式如下： 以计算出来的模头开孔数与现场的模头真实的开孔数比较，如果计算值小了，说明需要堵孔了。当然如果值在10%以内，可以不用调整。如果压力还是增加不起来，例如如果低于40%（即低于72bar），可以考虑用增压塞，即在模头的各个流道口塞入增压管。
当开机后出现了模头前的熔体压力缓慢增加的情况（产量，上游设备如挤出机＼熔体泵的转速没有变化等情况）下，同时成品出现大小粒子不均的情况，优先考虑有部分模孔被熔体料堵住（单个部分孔不是100%的堵住，可能5%-15%被熔體堵住）。在工艺允许的条件下，即不影响产品质量的条件下可以用增加水温和模头温度来将堵孔的熔体融化。增加温度，以每增加2度，静等几分钟，观察参数有没有变化（考虑切粒从水室在干燥器出口需要一定的时间），同时产品粒子大小不均的情况有没有改善。如果试验后粒子外观没有改善，模头前的熔体压力没有下降，则考虑下次开机以最大的目标产量开机，等目标产量达到后，才把物料从换向阀的打地位置转为生产位置。
同样，可以根据需要的粒子重量（即粒子大小）来推算需要的切粒机转速。
5.案例分析
某项目是生产改性尼龙6的工程塑料粒子的项目，此项目选择的德国KraussMaffei Berstoff的挤出机，其型号是ZE90AX36D-UTX，水下切粒机是美国Nordson BKG，型号是AH190。此项目造粒的难点是水下切粒机的工艺要求。客户的原料通过添加一些添加剂（技术保密，无法提供具体添加剂）共混改性后，熔体粘度特别高，相对粘度在1-2。高粘度的熔体对水下造粒的要求特别高，必须调整好熔体进入水下切割室的时间。否则很容易造成熔体无法被切割断，从而熔体缠绕于刀盘，切粒机电机高扭矩跳停，从而生产线停机。生产线开机率大大下降。
在多次实验后，调整熔体进入切割室的时间由原来的0s，5.0s，8.0s改成0s，3.3s，1.7s.即原来生产线从熔体排料模式切换到生产模式后，切粒机电机立即启动（0s），刀盘立即转动至设定值转速；经过5s后旁通的工艺水系统阀门组合切换，工艺水切换到切割室；再经过3s（8s-5s=3s）后，熔体切割室前端的换向阀（或者叫打地阀）切换熔体物料方向，使熔体从打地排料位置进入切割室。现在改为切粒机启动（0s），经过1.7s后换向阀动作，切换熔体到切割室，再过1.8s（3.3s-1.7s=1.8s）后旁通的工艺水切换到熔体切割室来。这样水由于晚1.8s进入切割室，确保模头保持更高的温度（相对于工艺水先切换至切割室），当熔体经过模头端面后工艺水再切换过来冷却熔体物料。这样熔体的压力就会保证维持在一个相对高的压力且整个切割面上熔体压力是均匀地被切粒机的刀盘刀片切割。调整并优化熔体物料进入切割室的时间，还可以确保熔体在经过模头表面的时候，工艺水（水温65℃）不会把模头表面冷却过多（熔体温度是285℃），确保模头表面的所有切粒出料孔是完全被熔体打开的，没有被工艺水冻住。切割出来的产品粒子就不会出现大小粒子不均的现象。
由于客户改性物料后，对切粒机的启动速度要求也很高，转速过低过高都会造成切粒失败，要么转速低切割熔体不迅速而熔体缠刀，生产线停机；要么转速过高，切粒机在切割粒子的刚开始瞬间切粒机电机扭矩过大而过载，生产线停机。最终，我们通过一系列的实验，找到了适合切割客户的PA6改性的刀盘启动转速为1200rpm（产量为3.5吨/小时）。
当然，由于熔体的流动性能差，必须在切粒机切粒之前将生产线的产量提高到最高，不能为了减少废料产生而等切粒机启动造粒后再逐渐增加产量（刚开机时候，打地阀处于打地位置，熔体被作为废料排废处理）。否则如果产量低时就从排废位置切换到生产位置，熔体在经过模头切粒孔时，压力不高，模头表面被工艺水冷却后，很容易出现模孔被冻结的现象（一些模孔的开度不会是100%全开，由于熔体冷却变硬后停留在单个模孔的一周）。如果开机后模头前的压力在不断的增加，产品就会出现大小粒子不均匀。一般我们要求客户在切粒前冲洗模头的压力需要在90bar左右，生产时候模板前压力为120-150bar左右。
根据客户的这种改性过后的熔体粘度很粘的特性，还优化了下列的工艺。
1.要求客户在每次冲洗模头之前，模头的表面，切割室，刀盘刀片的表面及冲洗套内层必须涂抹或者喷射防粘剂，如硅油等。
2.工艺水水温相比其他的改性物料温度适当调低，最终确定在55-60度之间。
3.工艺水的工作压力调高，以确保所有的物料能顺利被带走，最终确定在7.5-8bar。由于工艺水的压力没有PID进行控制，只能通过工艺水水泵电机（变频电机）的转速来确定，最终确定在转速为90%左右能够保证需要的压力。
通过工艺优化后，生产客户的特殊PA6改性产品的生产效率大大提供。停机率大大减少。
6结束语
适度调整水下造粒机的参数，减少对水下造粒机的影响，改善加热系统的设计，生产更高负荷的聚丙烯颗粒，适度调节刀具与模型之间的距离。改善剪切磨损，同时保证颗粒的优良性能，制定合理的维护和修复程序，延长水下颗粒不同部位的使用寿命。通过这些优化和修改，可以提高该方法的水下造粒系统的效率和负载，以确保该方法的连续、长期、高负荷的有效运转。
参考文献：
[1]王健. 水下切粒机的模板研究与分析[D].北京交通大学，2012年.