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淺談EPS生產(chǎn)中影響預(yù)發(fā)的主要因素

  淺談EPS生產(chǎn)中影響預(yù)發(fā)的主要因素

可發(fā)性聚苯乙烯粒子由熱塑性聚苯乙烯和低沸點(diǎn)的碳?xì)浒l(fā)泡劑組成。當(dāng)粒子被加熱的時候，粒子變軟，內(nèi)部生成大量的發(fā)泡劑蒸汽泡并膨脹擴(kuò)大。不到1分鐘的時間粒子的體積可以膨脹到原來的50倍左右。一般采用的熱交換的媒介為蒸汽，它有兩個特點(diǎn)：

a它在一定的溫度凝結(jié)，同時釋放出大量的熱量；

b它能夠通過聚合物進(jìn)入每個顆粒的毛細(xì)孔內(nèi)，并且能夠比發(fā)泡劑更快的溢出。

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第一：工藝

   利用蒸汽作為傳熱的媒介，預(yù)發(fā)可以分成間歇式預(yù)發(fā)和連續(xù)式預(yù)發(fā)。密封間歇預(yù)發(fā)機(jī)和連續(xù)排料的連續(xù)預(yù)發(fā)機(jī)都采用豎立的圓筒。

1.1連續(xù)式預(yù)發(fā)

 連續(xù)式預(yù)發(fā)

普通的連續(xù)式預(yù)發(fā)機(jī)，原料粒珠被連續(xù)的投入底部，膨脹后的粒子在頂部離開，像間歇式預(yù)發(fā)機(jī)一樣，粒子被不停的攪拌，蒸汽以固定的速率進(jìn)入，進(jìn)口處的壓力保持在大約0.1bar-0.3bar；膨脹的粒子通過高處的開口離開容器，通過不同喂料速度調(diào)整它們停留加熱時間；連續(xù)式生產(chǎn)的預(yù)發(fā)機(jī)的生產(chǎn)量是非常大的。

1.2間歇式預(yù)發(fā)

 間歇式的預(yù)發(fā)機(jī)，將原料加入豎桶的內(nèi)部后，用蒸汽將冷空氣除盡；同時粒子被攪拌器攪動，更多的蒸汽被加入，直到達(dá)到要求的氣壓數(shù)值。隨著粒子的膨脹物料的料位上漲，粒子的膨脹程度（通過料位傳感器檢測）達(dá)到后，粒子將被排出。或者利用時間控制預(yù)發(fā)（由技術(shù)工人根據(jù)經(jīng)驗(yàn)繪制時間-密度曲線）。在間歇式預(yù)發(fā)機(jī)內(nèi)的壓力超過大氣的壓力，所以蒸汽的溫度超過了100度。

1.2.1上料輸送

市場上的工藝設(shè)備主要分為兩類：

1.機(jī)械式輸送機(jī)， a斗式輸送機(jī)b螺旋輸送機(jī)c柔性螺旋輸送機(jī)；

2.氣力輸送機(jī)， a負(fù)壓真空氣力輸送b壓縮空氣動力輸送。

因?yàn)闄C(jī)械式的輸送機(jī)的有更好的穩(wěn)定性和耐磨損性能，優(yōu)先選擇。

機(jī)械輸送：

斗式輸送機(jī)和軟螺旋結(jié)構(gòu)可以產(chǎn)生很好的效果：

A 斗式輸送機(jī)：斗式提升機(jī)具有高輸送量、低能耗、低磨損，較小占地空間即可滿足要求，它和剛性性的螺旋輸送機(jī)的安裝和布置方式是一樣的；

B：剛性螺旋輸送機(jī) 較大直徑的剛性螺旋輸送機(jī)有很高的輸送量，所以儲存原料盒子至少為1噸。原生料通過漏斗喂入螺旋機(jī)構(gòu)中，剛性的螺旋輸送機(jī)可以輸送長達(dá)10米的距離，局部的彎曲做成直線的運(yùn)動會增加成本大投入，但是運(yùn)營成本和維護(hù)成本很小；

C柔性螺旋輸送機(jī) ：它些由鋼絲圈撓性管旋轉(zhuǎn)組成，驅(qū)動裝置位于放料口的上方，利用喂料部位的滑動的套管控制出料的速度，喂料的方向可以是水平或垂直方向的。

氣力輸送：

氣力輸送的缺點(diǎn)：氣動輸送機(jī)是高速度的原材料輸送，它可能在輸送機(jī)管彎曲部分破壞原料珠子的表面，磨損的材料容易在較低區(qū)域堆積，給提升造成困難；另一個缺點(diǎn)是空氣使用量和相關(guān)的運(yùn)行成本高。

A、壓縮空氣輸送：

     是通過壓縮空氣產(chǎn)生的氣力 輸送原料粒子的。它的入口設(shè)計成一個吸入管并配備一個額外的可調(diào)孔，用來設(shè)置空氣和物料比率，通常的為此設(shè)計同心空，空氣壓力決定了物料的流速。

B、負(fù)壓真空輸送：

    在這種情況下，物料是直接由管道鼓風(fēng)機(jī)氣動輸送，通常具有單向性。鼓風(fēng)機(jī)是安裝一個分離器作為緩沖槽，因此, 整個系統(tǒng)是在真空中，當(dāng)輸送機(jī)啟動 ，料盒放料自動關(guān)閉，物料堆積在分離器內(nèi)。通過過濾空氣逃脫，真空氣動輸送機(jī)通常操作間歇。

   運(yùn)輸?shù)臅r間由定時器控制或彈簧- 排出閥控制。有同時液位開關(guān) ，輸送管徑很小，物料的速度會很高，真空氣動輸送機(jī)必須設(shè)計確保最低磨損，即不應(yīng)該有半徑較小彎曲等，與壓縮空氣輸送相似，這種形式的物料輸送速度較高，會擦傷珠子和引起沉積 所以需要增加鼓風(fēng)機(jī)的空氣過濾器，由于這個原因,制造商提供真空輸送機(jī)過濾器可以保持自由的流通的空氣，這個設(shè)計大大降低了堵塞風(fēng)險。

      料位控制器填充預(yù)發(fā)機(jī)的料盒的速度和原生料使用速度不是同步的，所以輸送機(jī)是間歇性的開啟的。料位開關(guān)是必須的，這些料位控制開關(guān)通常是電容式的。

1.2.2預(yù)熱

      預(yù)熱時排氣閥門打開，為了將桶體內(nèi)部的冷空氣全部排空，防止在主加熱的過程中，蒸汽進(jìn)入困難；桶體的上下溫度差異大。

1.2.3加熱

     加熱過程分為穿透加熱、保溫。

     穿透加熱時熱源從底部進(jìn)入，桶體內(nèi)的溫度上升，熱量首先傳給粒子中的聚苯乙烯開始軟化，然后傳給發(fā)泡劑，發(fā)泡劑氣化膨脹產(chǎn)生大量的毛細(xì)孔洞，最后水蒸氣通過聚合物進(jìn)入毛細(xì)孔洞內(nèi)，繼續(xù)膨脹直至達(dá)到設(shè)定的膨脹倍率。

    保溫時空洞內(nèi)部的發(fā)泡劑和水蒸氣的壓力與桶體內(nèi)部的壓力達(dá)到平衡。

   根據(jù)設(shè)備的狀況和原料的不同，可以設(shè)定不同的溫度，控制粒子的發(fā)泡速度。特別是對于石墨料的粒子和預(yù)發(fā)密度較大的型號來說，發(fā)泡的的速度就變得很重要了。因?yàn)榫酆衔飪?nèi)部石墨的加入使得顆粒在膨脹的過程中，毛細(xì)孔洞的壁膜就變得很脆，如果膨脹的過快很容易就會漲破，造成穿孔，造成導(dǎo)熱系數(shù)增加。

  嚴(yán)重時預(yù)發(fā)過程就會產(chǎn)生萎縮坍塌；預(yù)發(fā)密度較重的顆粒設(shè)定溫度就可以控制熱交換的速度，從而使顆粒的密度更加的均勻。以15kg/m3密度的顆粒為例，白料顆粒在40s的時間內(nèi)膨脹到設(shè)定的倍率，但是石墨料的膨脹時間相對就比較長約為80-100s之間。

    膨脹倍率的控制預(yù)發(fā)密度的控制可以用以下2種方法：

a、通過固定加料的重量和排料的時間; 

b通過固定加料的重量，在料位達(dá)到預(yù)設(shè)的高度是排料.

穿透加熱時盡量保證底部溫度和上部溫度的一致和恒定，是預(yù)發(fā)密度均一性的必要條件。

 1.2.4減壓穩(wěn)定

減壓穩(wěn)定排氣口打開，底部熱量上升，使頂部溫度提高；但是壓力降低使得整體的溫度下降，顆粒變硬，毛細(xì)孔內(nèi)部的水蒸氣和發(fā)泡劑開始冷凝，孔內(nèi)產(chǎn)生真空狀態(tài)，內(nèi)外壓力建立起新的平衡。

 1.2.5排料流化

     預(yù)發(fā)完成的顆粒被排放是潮濕的，在進(jìn)入圓熟的料倉以前要做干燥的處理，流化床干燥是非常好的處理手段，因?yàn)樗€使泡內(nèi)的壓力恢復(fù)，使粒子能更好的適應(yīng)后續(xù)的處理。在預(yù)發(fā)分批處理的位置，流化床作為在預(yù)發(fā)機(jī)和輸送設(shè)備之間的緩沖區(qū)，需要使產(chǎn)品更好的流動。

  在大多數(shù)情況下,如果空氣流速和溫度保持不變，空氣在20 -30°C 就能夠滿足預(yù)發(fā)干燥珠子。

      殘余水分含量取決于以下因素：

a)預(yù)發(fā)粒子的初始含水率。通常膨脹完成的粒子有大概2%-5%的含水量，在有其他的特殊情況時，例如啟動時它能高達(dá)10%的含水量。

B)在流化床平均停留時間，通過流化床干燥的粒子的堆積密度有所降低。在15-26kg/m3的粒子干燥后的的密度能降低1公斤，但是不影響后面的氣力輸送

 1.2.6密度檢測

    發(fā)泡膨脹的粒子密度要經(jīng)常的測量。當(dāng)在設(shè)置操作參數(shù)和質(zhì)量監(jiān)控的時候，那就需要人工或自動的測量它。

    通常測量密度是把膨脹的粒子填滿到一個稱量過的圓柱形的盒子中去（高度為直徑的2倍，可容5-10dm3）.震動或輕輕的敲擊盒子，去掉多余的部分，用直尺刮平它，重新測量。

    在人工測量的時候，填滿容器的嚴(yán)格步驟（例如敲擊和去除）是特別繁瑣的。但是必須嚴(yán)格的遵守它，樣品應(yīng)該從同一個地方抽取。應(yīng)該在流化床干燥的地方獲取。容器的體積應(yīng)一次性測量。

    自動密度測量應(yīng)該提前設(shè)置間隔。重量值被用來控制密度，例如連續(xù)式預(yù)發(fā)機(jī)喂料的速度和間歇式預(yù)發(fā)機(jī)的加料的重量，可以和預(yù)設(shè)的值相差很小

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第二：設(shè)備

 2.1閥門管路

1、減壓閥門:在主蒸汽的管路上使用的閥門要根據(jù)現(xiàn)場的工況添加決定，有設(shè)備供應(yīng)商提供的應(yīng)提前說明情況，通常一次側(cè)壓力的范圍為0.4mpa-0.8mpa,間歇式預(yù)發(fā)機(jī)的入口的側(cè)壓一般要求早0.05mpa-0.15mpa.先導(dǎo)薄膜式減壓閥就可以很好的滿足其應(yīng)用的環(huán)境，但同時注意到它也有一定的應(yīng)用范圍，常規(guī)選擇時一次壓力的范圍為0.1mpa -2.0 mpa、二次壓力的范圍應(yīng)在0.02 mpa - 0.15 mpa，并且應(yīng)該注意到所選則的閥門的最低的壓差，使用的過程當(dāng)中避免出現(xiàn)壓差過低的現(xiàn)象，在進(jìn)入閥門前的蒸汽應(yīng)做過濾和疏水的處理，以免影響閥門的動作。

2、比例閥門：主要根據(jù)設(shè)定的進(jìn)汽溫度和壓力，通過調(diào)整開度來控制蒸汽或壓縮氣的進(jìn)氣量，但利用進(jìn)汽溫度或壓力的回饋值來調(diào)整單一蒸汽比例閥門的的開度的話，存在一定的局限性。只滿足溫度時，很難保證穿透壓力的穩(wěn)定，即使了滿足了進(jìn)汽側(cè)壓力恒定時，由于料位的不斷升高使得桶體內(nèi)的蒸汽阻力變大，進(jìn)汽側(cè)壓不變，反而降低了后期的穿透力度，不利于上下溫度的均一性。

3、排氣閥門：預(yù)熱時打開較大的排氣閥門，排出冷空氣；加熱時打開小排氣閥門，利于溫度上升；所以根據(jù)溫度和桶體的側(cè)壓回饋，通過算法控制蒸汽和冷氣的比例閥門開度，但與此同時需根據(jù)桶體的上下溫度差值控制排氣調(diào)節(jié)閥門的開度，保證穿透加熱時底部溫度和上部溫度的一致和恒定。

4、底部排水閥門：一般采用角座閥，應(yīng)當(dāng)注意的是如果加熱后底部的冷凝水較多，可通過控制或疏水閥門增加排水的時間。

5、疏水閥門：盡量應(yīng)采用可靠的機(jī)械型浮球式疏水閥，避免使用熱動力型的圓盤式，不可靠且易損壞。

2.2控制方式

1、料位控制：

在料位識別的一般采用光電開關(guān)和震動料位計。光電開關(guān)有一定的誤報率，特別是黑色的石墨料時，對光電開關(guān)的性能要求較高，震動料位計因?yàn)楹臀锪现苯咏佑|，穩(wěn)定性較光電開關(guān)好。

2、.熱源

進(jìn)入預(yù)發(fā)機(jī)的蒸汽應(yīng)該為干燥的飽和蒸汽，避免過熱.安裝減壓閥的位置要和預(yù)發(fā)機(jī)蒸汽進(jìn)口的位置保持一段距離。

蒸汽的速度不能超過50m/s.并且管道的直徑應(yīng)保證蒸汽的速度在25m/s.蒸汽中的水分應(yīng)該的在進(jìn)入預(yù)發(fā)機(jī)應(yīng)去除水分，例如通過旋風(fēng)水汽分離裝置。應(yīng)使用穩(wěn)定和高質(zhì)量的蒸汽提供給連續(xù)式的預(yù)發(fā)機(jī)，否則產(chǎn)品的均一性不好。

蒸汽的波動的來源包括以下幾個方面： 

a大尺寸減壓閥

b其他用戶和設(shè)備的間歇性用氣.

理論上,發(fā)泡膨脹1公斤粒子需要134kj/kg,需要溫度為100度水蒸氣的60g,事實(shí)上它不能夠滿足要求，其影響的因素很多，主要有以下幾個方面：

a預(yù)發(fā)發(fā)泡容器的絕熱型（凝結(jié)在容器壁上損耗熱量）

b預(yù)發(fā)粒子的最終密度。

c不同等級的原料的膨脹特性

d蒸汽的狀況

e設(shè)備的高度（但他不影響間歇式預(yù)發(fā)機(jī)）

一般的情況下，結(jié)合現(xiàn)場情況需要飽和的蒸汽為150-400g/kg。二次膨脹的需要的熱量為100g/kg.