Po piętnastu latach projektowania i oddawania do użytku linii do produkcji arkuszy w JWELL obserwowałem, jak kupujący przepłacają, nie spełniają specyfikacji i błędnie konfigurują wybrane przez siebie konstrukcje ślimaków wytłaczarki więcej razy, niż mam ochotę zliczyć. Debata pomiędzy pojedynczą śrubą vs dwuślimakowa maszyna do wytłaczania arkuszy nie jest konkursem popularności. Jest to decyzja termodynamiki i logistyki. Wybierz źle, a koszty pochłoniesz w postaci złomu, przestojów i utraty wydajności na każdej zmianie.
Ten przewodnik został napisany dla kierowników zakładów, zespołów zaopatrzenia i inżynierów procesu, którzy potrzebują twardych danych, a nie marketingowego blasku. Porównamy podstawy konstrukcji ślimaka wytłaczarki, pułapy wydajności wyjściowej, zachowanie szybkości ścinania, jednorodność stopu, zużycie energii i całkowity koszt posiadania.
Jak konstrukcja ślimaka wytłaczarki wpływa na jakość arkusza
Jednoślimakowa maszyna do wytłaczania arkuszy uruchamia jedną solidną śrubę wewnątrz podgrzewanej beczki. Głębokość lotu, stopień sprężania i stosunek L/D kontrolują topienie, mieszanie i wzrost ciśnienia. Jeśli Twoja żywica jest wybaczająca, jak standardowy PP lub PE, dobrze zaprojektowana śruba barierowa z sekcją mieszającą Maddock zapewni akceptowalny arkusz.
Wytłaczarki jednoślimakowe polegają na rozpraszaniu lepkości w celu topienia. Wyjście jest ściśle powiązane z prędkością ślimaka. Naciskaj zbyt mocno, aby uzyskać wyższą wydajność wyjściową, co powoduje wzrost szybkości ścinania, przegrzanie stopu i obserwowanie balonu zmian grubości.
Dwuślimakowa maszyna do wytłaczania arkuszy zmienia grę. Współbieżne, zazębiające się śruby tworzą pompowanie wyporowe. Materiał jest ugniatany pomiędzy końcówkami zabieraków a ściankami beczki i przenoszony według wzorów ósemkowych. Otrzymujesz rozproszone i dyspersyjne mieszanie oraz odgazowanie w jednej beczce. W przypadku receptur wymagających dużej ilości przemiału lub mieszanek wypełnionych minerałami ta architektura często nie podlega negocjacjom.
Zleciłem linie jednoślimakowe, które pracowały z prędkością 800 kg/h na homopolimerze PP. Obserwowałem również tę samą dławik platformowy na 30% przemiału poprzemysłowego, ponieważ konstrukcja ślimaka wytłaczarki nie była w stanie wytrzymać wahań gęstości nasypowej. Podwójna śruba połykała ten przemiał z szybkością 1200 kg/h.
Wydajność wyjściowa: tam, gdzie znajduje się prawdziwe wąskie gardło
Kupujący skupiają się na rozmiarze silnika. Prawdziwym wąskim gardłem jest jakość stopu, a nie moc.
Nowoczesna maszyna do wytłaczania arkuszy jednoślimakowych w zakresie od 150 mm do 200 mm zazwyczaj zapewnia wydajność od 600 kg/h do 1200 kg/h w przypadku standardowych poliolefin. To wystarczy na opakowanie towarów i arkusz bazowy do termoformowania.
Platformy z dwoma śrubami skalują się w różny sposób. Ponieważ topienie jest napędzane mechanicznie, można stosować wyższe współczynniki wypełnienia bez takich samych kar termicznych. W przypadku żywic PET lub żywic inżynieryjnych o wysokim MFI, w przypadku linii o podobnej powierzchni typowe są trwałe wartości wydajności od 1500 kg/h do 2500 kg/h. Słowo klucz to zrównoważony. Każdy może przebić linię przez dziesięć minut. Pytanie brzmi, czy wskaźnik utrzymuje się w granicach +/- 3% podczas ośmiogodzinnej zmiany.
Wydajność dwuślimakowa jest myląca, jeśli wylot jest zbyt mały. Widziałem wytłaczarki o wydajności 2000 kg/h z maksymalną wydajnością 1400 kg/h przez stos kalandrujący.
Szybkość ścinania i ryzyko uszkodzeń termicznych
Szybkość ścinania powoduje najcichsze uszkodzenia podczas wytłaczania arkuszy. Nie zawsze czuć degradację. Czasami objawia się to kruchością po sześciu miesiącach lub zamgleniem panelu optycznego.
W jednoślimakowej maszynie do wytłaczania arkuszy prędkość ścinania jest najwyższa w sekcji prześwitu przelotowego i mieszania. Typowe wartości wahają się od 50 s^-1 do 150 s^-1 w zależności od prędkości i średnicy ślimaka. W przypadku materiałów wrażliwych na ścinanie, takich jak PCV, wymaga to konserwatywnych prędkości i długich odcinków przejściowych. Naciskaj zbyt mocno, a otrzymasz skórę rekina, nagromadzenie się kości lub całkowitą degradację.
Systemy dwuśrubowe zapewniają większą kontrolę. Dzięki modułowym elementom śrubowym można wrzucić bloki ugniatające o różnej grubości i kącie przesunięcia, aby dostosować profil szybkości ścinania wzdłuż cylindra. Można ukarać materiał tam, gdzie wymaga mieszania dyspersyjnego, a następnie przejść na transport o niskim ścinaniu w celu delikatnego pompowania stopu. Dlatego w przypadku polimerów konstrukcyjnych, w których okna termiczne są wąskie, dominuje maszyna do wytłaczania arkuszy dwuślimakowych.
W JWELL przeprowadzamy symulacje szybkości ścinania dla receptur klientów przed sfinalizowaniem konfiguracji. Jeśli Twój materiał ulegnie degradacji w ciągu 20 stopni Celsjusza od okna przetwarzania, potrzebujesz tej kontroli.
Jednorodność stopu i dyspersja dodatków
Jednolitość grubości arkusza zaczyna się w wytłaczarce, a nie w matrycy. Matryca może rozprowadzać tylko to, co daje jej wytłaczarka.
Układy jednoślimakowe są słabsze przy mieszaniu dyspersyjnym. Ślimak barierowy rozszczepia stopiony i niestopiony polimer dość dobrze, ale nie jest w stanie dorównać powtarzającemu się rozszczepianiu i reorientacji w strefie zazębienia dwuślimakowego. Jeśli potrzebujesz jednolitego rozkładu talku lub CaCO3 w celu uzyskania sztywności w a Maszyna do wytłaczania arkuszy PP , zobaczysz smugi i paski pomiarowe na pojedynczej śrubie na długo przed podwójną śrubą.
To powiedziawszy, jeśli Twój przepis jest czysty i wstępnie zmieszany, wystarczy jedna śruba. Wypuściłem arkusze PP o wysokiej przejrzystości do termoformowanych tacek na żywność na liniach jednoślimakowych w firmie JWELL, które przeszły każdy test optyczny. Możliwość pracy dwuślimakowej byłaby marnotrawstwem.
Wszechstronność materiałów i tolerancja surowców
Twoja surowa rzeczywistość powinna decydować o wyborze architektury.
Wytłaczarki jednoślimakowe preferują spójne peletki. Duże wahania gęstości nasypowej, dopływ proszku lub wysoki poziom przemiału zakłócają transport cząstek stałych w gardzieli zasilającej. Jeśli Twój zakład pozyskuje żywicę od wielu dostawców lub planujesz przeprowadzić ciężki przemiał w zakładzie, pojedyncza śruba ukarze Cię nadmiernym wzrostem.
Wytłaczarki dwuślimakowe są zbudowane z myślą o chaosie w surowcach. Ich geometria przenoszenia dodatniego jest mniej wrażliwa na gęstość nasypową, a możliwości odpowietrzania umożliwiają bezpośrednie podawanie płatków PET bez oddzielnych krystalizatorów. Jeśli oceniasz maszynę do wytłaczania arkuszy PP, ale wiesz, że Twój surowiec będzie korzystał z mieszanek kopolimerów pochodzących z recyklingu, dwuślimakowa opcja zapewnia Ci opcję.
Mamy klienta w Azji Południowo-Wschodniej, który zaczynał od pierwotnego homopolimeru PP, a następnie w ciągu osiemnastu miesięcy przeszedł na 50% przemiał poprodukcyjny. Ich linia jednośrubowa wymagała ciągłej uwagi. Sąsiednia linia dwuślimakowa obsługiwała ten przepis bez obsługi przez całą nocną zmianę.
Zużycie energii i obciążenie chłodnicze
Energia to nie tylko silnik wytłaczarki. Jest to ogrzewanie beczek, chłodzenie beczek, pompa topiąca, grzejniki matrycowe i instalacja schładzająca rolki kalandra.
Systemy jednośrubowe są wydajne mechanicznie w swoim najlepszym punkcie. Specyficzne zużycie energii w przypadku poliolefin może wynosić od 0,15 kWh/kg do 0,22 kWh/kg. Obciążenie chłodnicze jest umiarkowane.
Systemy dwuślimakowe pobierają więcej mocy na kilogram. Zazębienie i bloki ugniatające zwiększają energię właściwą z 0,20 kWh/kg do 0,30 kWh/kg. Jednakże koszty odzyskują się dzięki wyższej wydajności na metr powierzchni, mniejszej ilości odpadów w przypadku trudnych receptur i możliwości pominięcia oddzielnego etapu mieszania. Jeśli zamierzasz kupić mieszarkę dwuślimakową plus linię jednoślimakową do arkuszy, bezpośrednia wytłaczarka dwuślimakowa do arkuszy prawie zawsze jest ścieżką o niższych nakładach inwestycyjnych.
Weź również pod uwagę swoją wieżę chłodniczą. Wyższe ścinanie oznacza większe ciepło tarcia. Dostosuj rozmiar agregatu chłodniczego do szczytowych warunków otoczenia w lecie.
Powierzchnia, konserwacja i całkowity koszt posiadania
Maszyna do wytłaczania arkuszy z jednym ślimakiem jest kompaktowa. Jedna skrzynia biegów, jedno łożysko oporowe, jedna śruba do ciągnięcia. Okna konserwacji są krótsze. Wymiana śrub to poranna robota z dźwigiem i dwoma technikami.
Systemy dwuśrubowe są szersze. Dwie śruby oznaczają dwa łożyska oporowe, bardziej złożoną skrzynię biegów i sekcje lufy, które muszą być zgodne z tolerancjami mikrometrowymi. Montaż elementu śrubowego trwa dłużej. Zużycie bloków ugniatających jest realne, szczególnie w przypadku receptur wypełnionych szkłem.
Całkowity koszt posiadania to nie tylko części zamienne. Jest to koszt złomu, koszt przestoju i koszt alternatywny receptur, których nie można uruchomić. Dwuślimakowa maszyna do wytłaczania arkuszy z pięcioletnią premią za konserwację w wysokości 40 000 USD nadal może pokonać pojedynczą śrubę, jeśli zaoszczędzi 80 000 USD rocznie na złomie i materiałach niezgodnych ze specyfikacją.
Mówię kupującym, aby korzystali z trzyletniego modelu TCO, a nie porównywali cenę zakupu. Uwzględnij mieszankę żywicy, taryfę za energię elektryczną i stawkę pracy operatora.
Którą maszynę warto kupić?
Oto moje bezpośrednie wskazówki po uruchomieniu obu architektur na czterech kontynentach.
Kup jednoślimakową maszynę do wytłaczania arkuszy, jeśli używasz wstępnie zmieszanych granulatów o dużej objętości, z pojedynczą żywicą i minimalną ilością przemiału. Jeśli Twoje produkty to standardowe arkusze PP, PS lub PE do pakowania i termoformowania, wygrywa prostota i niższe koszty inwestycyjne.
Kup dwuślimakową maszynę do wytłaczania arkuszy, jeśli używasz modyfikowanych polimerów, arkuszy wypełnionych minerałami, ciężkiego przemiału lub receptur wieloskładnikowych wymagających reaktywnego mieszania lub usuwania substancji lotnych. Jeśli Twój model biznesowy zależy od elastyczności materiału lub jeśli potrzebujesz wytłaczać PET bezpośrednio z płatków, dwuślimakowa konstrukcja nie jest opcjonalna. Jest to technologia umożliwiająca.
Do operacji obejmujących oba światy JWELL oferuje konfiguracje hybrydowe i linie tandemowe, które łączą dwuślimakową sekcję topienia z jednoślimakową pompą topiącą do wytwarzania ciśnienia.
Często zadawane pytania
Czy wytłaczarka jednoślimakowa poradzi sobie z przemieleniem?
Tak, w skromnych procentach. Zwykle można zastosować do 15% do 20% przemiału, jeśli wielkość cząstek i gęstość nasypowa są zbliżone do pierwotnych peletek. Poza tym zobaczysz wzrost paszy, chyba że dodasz podajnik wpychający lub nadziewarkę boczną.
Czy śruba podwójna jest zawsze szybsza niż śruba pojedyncza?
Nie koniecznie. Śruba dwuślimakowa może przetwarzać trudniejsze materiały z większą szybkością, ale w przypadku łatwych poliolefin duża pojedyncza śruba może dorównać lub nawet przekroczyć zrównoważoną wydajność mniejszego ślimaka dwuślimakowego. Zaletą podwójnej śruby jest elastyczność i jakość stopu, a nie prędkość.
Czy konstrukcja ślimaka wytłaczarki wpływa na przejrzystość arkusza?
Absolutnie. Słabe topienie i niedostateczne wymieszanie powodują powstawanie niestopionych żeli, smug i wad optycznych. Do zastosowań o wysokiej przejrzystości niezbędna jest śruba podwójna lub pojedyncza ze specjalistyczną barierą i geometrią mieszania. Zawsze określaj wymagania optyczne przed zaprojektowaniem śruby.
Który ma mniejsze zużycie energii na kilogram?
W przypadku prostych żywic pojedyncza śruba zwykle wygrywa pod względem określonego zużycia energii. W przypadku skomplikowanych receptur, które wymagałyby wstępnego wymieszania, wygrywa metoda dwuślimakowa, eliminując cały etap procesu. Porównaj energię na poziomie systemu, a nie tylko pobór mocy silnika wytłaczarki.
Czy mogę później przejść z wersji jednośrubowej na dwuślimakową?
Nie łatwo. Skrzynia biegów, łożysko oporowe, układ lufy i systemy podawania są zasadniczo różne. Jeśli w swoim trzyletnim planie przewidujesz złożoność receptury, skonfiguruj specyfikację dwuślimakową już teraz. Ekonomia modernizacji rzadko się sprawdza.
Linie jednoślimakowe firmy JWELL zazwyczaj zapewniają ARO od 14 do 18 tygodni. Platformy dwuślimakowe, ze względu na dopasowanie elementów śrubowych i czas realizacji przekładni, wynoszą zwykle od 18 do 24 tygodni. Odpowiednio zaplanuj harmonogram projektu.
Jeśli nie masz pewności, która architektura pasuje do Twojego programu arkuszy, prześlij firmie JWELL specyfikację żywicy, docelową wydajność wyjściową i zakres grubości produktu. Nasi inżynierowie ds. procesu zamodelują konstrukcję ślimaka wytłaczarki, przewidzą narażenie na szybkość ścinania i polecą platformę, która zarobi na Twojej podłodze. Teoria jest tania. Rzeczywistość termodynamiczna jest tym, wokół czego budujemy.
