Экструдер: что это такое и как он устроен?
Рабочую часть механизма с учетом стадий процесса обработки можно разделить условно на три зоны: первая, отвечающая за прием сырья; вторая, отвечающая за пластификацию и сжатие; третья — зона выпрессовывания продукта. Рабочая часть шнековых экструдеров может иметь одну из нескольких разных конструкций:
— одинарные шнеки: цилиндрические с постоянным или переменным шагом, конический, винтовой, конический с шагом, уменьшающимся к выходу;
— сдвоенные шнеки: вращающиеся в одном или разных направлениях;
— сдвоенные шнеки, входящие в зацепление: вращающиеся в одном направлении и самоочищающиеся, вращающиеся в разных направлениях и частично очищающиеся.
Устройство экструдера
Устройство такого оборудования удобнее всего объяснить на примере самого простого из типов этой машины — одношнекового экструдера, также называемого одночервячным или одновинтовым. Он оснащён одним шнеком, и машина имеет одну сварную раму, в которую встроен вертикальный редуктор с упорным подшипником.
Через специальную муфту к редуктору подсоединяется электрический двигатель. Таким образом, он располагается под узлом пластификации. Нагрев происходит с помощью электрического шкафа, который автоматический регулирует температуру. Коррозионная стойкость обеспечивается путём насыщения элементов экструдера парами азота. Благодаря этому они не выходят из строя и являются довольно долговечными.
Кроме перечисленных выше, к раме подсоединены приборы, позволяющие осуществлять контроль над ходом производства. Они управляются пультом оператора. Благодаря компактным размерам получающегося устройства шнек можно вставлять прямо в выходной вал редуктора.
Процесс дегазации
Немаловажным этапом производства является дегазация. Сырьё, перерабатываемое экструдером, не всегда является идеальным, оно содержит примеси, излишнюю влагу и воздух. Чтобы качество материала не снижалось из-за несовершенства гранул, в машине осуществляется процесс дегазации. Он заключается в выпаривании воды, остаточного растворителя и мономеров из сырья под воздействием высоких температур или искусственно созданного вакуума. Осуществляется процесс либо шнеком, если в оборудовании предусмотрен только один винт, либо специальной камерой, если рассматривается многочервячный экструдер.
Роль шнека
Шнек имеет несколько функций, в зависимости от которых цилиндр можно условно разделить на несколько важных зон:
- в зоне питания исходное сырьё уплотняется за счёт попадания в шнековую область, но всё ещё остаётся твёрдым;
- в зоне пластификации гранулы плавятся, смешиваются и спрессовываются под давлением, чтобы далее продвигаться по винту;
- в зоне дозирования материал, состоящий из смеси плавящихся гранул с твёрдыми, перемешивается до однородности и поступает к формующему инструменту.
Все процессы происходят при нагреве, температура которого может различаться от зоны к зоне. Качество получаемого материала будет зависеть от условий и полноты прохождения сырьём перечисленных этапов.
Преимущества одношнекового и двухшнекового экструдеров
Главная характеристика машины — количество и вид шнеков. Самым распространённым типом является одношнековый экструдер. Он прост в обслуживании по сравнению с другими видами этой машины. Для его работы необходим только один оператор, поскольку все важные органы управления локализированы в одном месте. Но если машина входит в состав крупной экструзионной линии, может понадобиться подсобный рабочий. Конечное количество операторов и рабочих определяется технологией и целями производства.
Ещё одним немаловажным достоинством одношнекового экструдера является лёгкость транспортировки. Его можно перевезти с одного производства на другое или переустановить в новом месте.
Но иногда такой экструдер не позволяет получить необходимого качества плавления готового продукта, и в производстве применяют двухшнековую машину. Она позволяет лучше транспортировать сырьё, подходит для гигроскопичных гранул. Зачастую оборудование с двумя винтами обладает функцией самоочищения, что также удобно для эксплуатации.
Применение
Все экструзионные линии объединяет единый технологический процесс производства изделий. Тем или иным способом пластик в виде гранул или порошка поступает через загрузочное отверстие в материальный цилиндр экструдера, нагревается и плавится там, проходит под давлением, создаваемом шнеком через зазор в формующем инструменте, калибруется и охлаждается, протягивается и принимает окончательный вид.
Важно, чтобы все основные узлы работали в синхронном режиме. Такой режим достигается и стабилизируется на этапе запуска линии в работу, который обычно составляет несколько часов.
В случае применения нескольких экструдеров в составе одной линии применяется процесс коэкструзии или соэкструзии. Такие системы обычно работают с несколькими экструдерами, но одним, хотя и довольно сложным, формующим инструментом и «хвостом» и называются коэкструзионными.
По производительности серийные экструзионные линии варьируются от установок, перерабатывающих несколько килограммов полимера в час, до гигантских систем, перерабатывающих несколько сотен килограммов материала в час. Средняя экструзионная линия для производства пластмассовой продукции может изготовить порядка 30-300 кг/час продукции. Скорость экструзии зависит от производительности экструдера и типа выпускаемой продукции и в случае тонкостенного изделия (пленка, трубка, полоса) на производительных линиях может составлять сотни метров продукта в минуту.
Соэкструзия и коэкструзия
В качестве сырья может использоваться: полиэтилен низкой и высокой плотности, полипропилен, полиамидная пленка и др. полимеры. Гранулят этих пластических масс плавится в разных экструдерах, после чего соединяется и проходит через одну формовочную фильеру (головку). Для прочного склеивания нужно, чтобы молекулярная сетка полимеров была похожа по структуре. Но если нужно связать барьерный слой, например, EVOH и линейный полиэтилен, то потребуется специальные вяжущие сополимеры.
Соэкструзионные многослойные пленки используются для вакуумирования продуктов, как транспортная упаковка, с/х пленка (для мульчирования, пленка с эффектом антифог), упаковка фармацевтических препаратов.
По похожей технологии, которая получила название коэкструзия, изготавливают панели сайдинга и профиль ПВХ. Поливинилхлорид — основа профиля, занимает около 80% толщины панели, оставшиеся 20% — акрил. Как и в случае соэкструзии, используется работа двух коэкструдеров, где отдельно плавят ПВХ и акрил. Соединяются эти расплавы в щелевой филере, откуда выходят уже готовым спаянным изделием.
Использование
Экструдеры применяются для изготовления кормов для животных. Применение данной технологии позволяет значительно снизить затраты на откорм животных. Кроме того, при переводе животных на питание экструдированными кормами снижается падеж молодняка.
Корма, изготовленные при помощи экструдеров, обладают способностью предотвращать желудочно-кишечные заболевания у животных и значительно улучшать пищеварительный процесс!
Применяются экструдеры и в пищевой промышленности. С их помощью изготавливаются сухие завтраки, кукурузные палочки, чипсы, сухарики, детское питание, диетические хлебцы.
Двухшнековые экструдеры применяются и при изготовлении полимеров: пленки для пакетов, полистирола и полипропилена.
Однако наиболее распространено использование экструдера для улучшения кормовых качеств зерновых культур. В качестве материала для изготовления кормов можно использовать любые злаковые культуры, сою, бобовые.
После переработки вкусовые качества зерновых значительно улучшаются, благодаря выделению масел. Корм приобретает приятный аромат и хлебный вкус. При этом животные быстрее наедаются.
Отдельные модели экструдеров позволяют перерабатывать отходы мясного и рыбного производства. Также применяют экструдеры для обработки маслосодержащих продуктов перед отжимом. Этот процесс облегчает отжим и увеличивает конечный объем получаемых масел.
Экструдер Е-500
Аппарат предназначен для изготовления кормов для животных, очистки зерновых от вредных микроорганизмов. Также применяется для подготовки сои, рапса, подсолнечника к отжиму масла.
С помощью аппарата можно обрабатывать пшеницу, рожь, кукурузу, ячмень, горох, амарант, люпин, сою и подсолнечник. В воронке экструдера установлен магнитный улавливатель металлических частиц, что позволяет избежать попадания ненужных примесей в аппарат и, в последствии, в корм.
Производительность при переработке сои достигает 500 кг. в час, при переработке зерновых до 300 кг. в час. При этом потребляемая мощность составляет 55 кВт/час.
Размеры экструдера:
- Длина — 230 см;
- Ширина — 210 см;
- Высота — 170 см;
- Вес — 1400 кг.
Отличительной особенностью данной модели является наличие узла увлажнения в рабочей зоне. Это гарантирует мягкий и равномерный процесс обработки зерновых, а также обеспечивает снижение износа рабочих деталей.
Экструдер ES-1250
Мощный агрегат для использования в крупных и средних хозяйствах. Производительность данной модели доходит до 1250 кг/час. При этом экструдер способен работать круглосуточно. Оснащен боковой подачей сырья из бункера непосредственно в рабочую зону. Это позволяет исключить проблемы в работе, которые присутствуют при переработке влажного зерна или сложных смесей в экструдерах с верхней подачей.
Кроме стандартных материалов для экструдирования (пшеница, овес, просо, ячмень), данная модель подходит для переработки биоотходов, мясокостного фарша, муки и других отходов. Аппарат снабжен двумя гидроцилиндрами при помощи которых происходит автоматический съем корпусов при разборке рабочей части экструдера или замене шнеков. Это значительно упрощает длительный и трудоемкий процесс обслуживания и ремонта, особенно в аварийных ситуациях. Вес экструдера составляет 2130 кг, а потребляемая мощность 110 кВт.
Данная модель позволяет регулировать зазоры внутри рабочей части экструдера, благодаря чему становится возможным проводить точные настройки аппарата под каждое сырье.
Экструдер ПЭ-900 УШК
Снабжен системой кондиционирования и парообработки зерна. Данная технология позволяет придавать обрабатываемому материалу мягкость и эластичность, что значительно сокращает энергозатраты на переработку. Кроме того, это помогает увеличить срок службы основных узлов экструдера.
Применяется для обработки пшеницы, сои, ячменя, кукурузы, и гороха. Производительность от 1300 до 1800 кг/час. Потребляемая мощность от 97 кВт/час. Расход пара приблизительно 100 кг/час при давлении 0,4-0,6 Мпа. Размеры 280*256*255 см. При этом вес агрегата 2500 кг.
Экструдер данной модели отличается высокой производительностью и может применяться для подготовки сои и подсолнечника к отжиму масла.
