单螺杆挤出机在干/湿法造粒中的应用对比

孙淇余 周钰君

(天华化工机械及自动化研究设计院有限公司)

单螺杆挤出机在干/湿法造粒中的应用对比

孙淇余*周钰君

(天华化工机械及自动化研究设计院有限公司)

根据挤出造粒的特点，介绍了单螺杆挤出机应用于湿法造粒和干法造粒过程中时所用物料的特点，并比较了湿法造粒和干法造粒单螺杆挤出机的结构参数差异。

造粒机 单螺杆挤出机 长径比 压缩比 螺杆转速

粉体物料一般指颗粒直径小于100μm的粉状固体，由于直径小，容易在空气中扩散、飞扬。在包装、储运和使用过程中会污染环境，甚至影响操作员工的身体健康。为便于包装、储运和使用，通常要求将粉体物料造粒，形成颗粒直径大于1 000μm的颗粒，这样可以减少物料在流通和使用过程中对环境造成的粉尘污染。粉体物料造粒按使用的设备可分为压缩法、挤出法、滚动法和喷浆法，其中挤出法应用最广。挤出机根据物料中是否含溶剂可分为湿法造粒和干法造粒。充分了解物料的特性、选择合理的造粒方法和造粒设备是完成造粒过程的重要步骤。单螺杆挤出造粒机是挤出法造粒设备的一种，它具有结构简单、操作方便、易于维护、设备投资少、成本低及适用范围广等优点。

经过多年的研究、实验和使用证明：单螺杆挤出造粒机不但适用于湿法挤出造粒，也适用于干法挤出造粒。单螺杆挤出造粒机的湿法造粒和干法造粒虽然都属于挤出法，但二者对物料的适用范围和螺杆机本身具体结构参数的要求差异很大。

1 湿法造粒与干法造粒适用的物料特性

适合于湿法挤出造粒的物料应具备两个条件：一是物料本身有湿度，并且这个湿度处于挤出造粒过程中可形成有效颗粒的范围内，如果物料本身没有湿度就需要该物料能添加某种溶剂(如水)，这种溶剂必须与粉体物料互溶，保证能形成挤出造粒所需的有效湿度；二是物料本身应有粘度，即通过挤出形成的颗粒经过后续干燥后绝大部分仍然为颗粒、不粉化或者能加入某种粘合剂而达到前面所述的效果。

有些粉体物料不具备湿法挤出造粒的条件，一是它本身没有湿度，也没有合适的溶剂，或者为保证物料质量要求不能添加溶剂，如硬脂酸类化合物；二是它本身没有粘度，也不能添加粘合剂，但它们具有熔点低、热化学性质稳定的特性，这类物料适合用干法造粒。干法造粒就是利用造粒过程中产生的热量或外加热使物料温度升高至熔点，粉体物料软化或部分融化，通过单螺杆挤出形成颗粒。适合干法造粒粉体物料的熔点应在高于环境温度至设备能承受的、加热或加热装置能达到的温度范围内，同时还应具备冷却后能迅速固化的性质。熔点在50～200℃范围内的粉体物料用单螺杆挤出机干法造粒效果最佳。

2 单螺杆挤出机在湿法造粒和干法造粒中的对比

干法造粒单螺杆挤出机与湿法造粒单螺杆挤出机结构具有共同之处，又各自具有特殊性。在设计过程中除了要考虑其共同之外，还要更多考虑其特殊性。

2.1长径比

单螺杆挤出机的长径比B是一个与物料相关的重要参数，长径比是指螺杆长度L与螺杆直径D的比值。物料性质决定B值的大小，通常情况下，干法造粒单螺杆挤出机的B值要大于湿法造粒的。湿法造粒时单螺杆挤出机B值为2.0～2.5，干法造粒时B≥2.5，而且随物料熔点的升高而增大。

粉体物料在挤出过程中，随螺杆向前推进，做直线运动，同时也在旋转，物料在运动过程中会产生热量，运动距离越长产生的热量越多，物料在挤出过程中温升越高。对于湿物料来说，造粒过程中温度升高对造粒成型是有害的，因为湿物料中含有一定比例的溶剂，溶剂的汽化点较低，如果挤出造粒过程中温度升高达到溶剂的汽化点，溶剂被汽化，螺杆机内物料体积膨胀产生很高压力，容易出现物料从模板孔喷射而出，从而破坏物料的成型过程和操作环境。因此，在设计单螺挤出杆机时，应在保证造粒成型的前提下，尽量缩短物料运动的距离，即减少螺杆长度，缩小长径比。

而对于干物料来说，物料不含溶剂，一般固体物料的汽化点都很高，挤出造粒过程中产生的热量远达不到物料的汽化点。同时，挤出造粒过程中需要很多热量提高物料自身温度以达到其熔化点。因此，在设计单螺挤出杆机时，在结构允许的前提下，应尽量加大物料运动的距离，即增加螺杆长度，加大长径比。

2.2控制热量的结构措施

物料在造粒过程中自己产生的热量称为自生热。在湿法造粒过程中，有些物料在造粒过程中自生热较多，而溶剂的汽化点较低，容易使溶剂在螺杆机内汽化。还不能单靠缩小长径比来控制其自生热而不使溶剂温升至汽化点。物料挤出造粒成型过程中对长径比有一个最小值要求，低于此值就难以成型。这样，必须采取强制散热措施，通常采用筒体外加冷却夹套的结构。筒体与夹套间通入冷却介质(如冷却水)，带走物料挤出造粒过程的自生热，达到降温的目的。

干法造粒过程正好与上述过程相反，物料挤出造粒过程的自生热不足以使物料温度达到其熔点，需要外加热。外加热方式有流体介质加热和电加热两种，流体介质加热的结构与湿法造粒的冷却夹套一样，只是通入的介质是加热介质，加热介质一般为水蒸气或导热油，主要用于熔点较低物料；电加热就是在筒体外层用电热套加热，对于高温性能稳定的物料来说，电加热效果更好，因为电加热可使螺杆挤出机筒体壁温远高于物料熔点，靠近筒壁的物料迅速熔化，为成型创造良好的条件。

不管是流体介质加热还是电加热，都应有温度控制与调节装置。当物料温度不满足挤出造粒时，该装置向螺杆挤出机输送热量；如果物料温度过高不利于挤出成型时，降低或停止向螺杆挤出机输送热量。

2.3压缩比

单螺杆挤出机的单螺杆一般分为两段，后一段(靠近进料口)为输送段，它的功能是将物料往前送；前一段(靠近出料口)为压缩段，它的功能是将物料压实并挤出模板，使物料成型。由于两段螺杆的功能不一样，因此，它们的螺距也是不一样的。输送段的螺距相对固定，一般为螺杆直径的0.8倍，压缩段的螺距随物料的变化差距很大。通常将压缩段螺距与输送段螺距的比值称为压缩比b。输送段的螺距用l2表示，压缩段的螺距用l1表示，b=l1/l2，b≤1。b值与物料挤出成型前后体积变化成反比，体积变化越大b值越小。具体数值可取物料粉体堆比重与物料密度的比值，或通过实验测到。一般来说，湿物料颗粒间距离小，挤出成型过程中体积变化也就小，b值相对较大；干物料粉体颗粒间距离大，挤出成型过程中体积变化也就大，b值相对较小。

2.4螺杆旋转速度

由于物料在挤压成型过程中随螺杆做旋转运动和向前的直线运动，在运动中会产生热量，螺杆旋转速度越快产生热量多，物料温升越高。因此，干法造粒时螺杆转速要比湿法造粒时的高。

3 结束语

工业产品中许多是粉体物料，为了改善其生产环境，方便储运和使用，需要进行造粒。各种粉体物料性质千差万别，每种粉体物料都有自身的特点，其造粒过程有相应要求。笔者通过对适合于单螺杆挤出机干法造粒和湿法造粒的物料特性分析，阐述了单螺杆挤干法造粒和湿法造粒时结构与参数的差异，为单螺杆挤出机精准设计提供了依据，使单螺杆挤出机结构设计更加合理，参数选择更准确，从而提高了其使用的针对性和准确性。

*孙淇余，男，1962年9月生，高级工程师。甘肃省兰州市，730060。

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