聚酯工业中齿轮泵的典型应用_郑州海科熔体泵有限公司 
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聚酯工业中齿轮泵的典型应用
作者:海科熔体泵  更新时间:2016-10-27

  塑料是日常生活中最常用的材料之一,比如餐具、玩具、电脑、医疗器械、建筑材料、居家用品、工具和水管等都有塑料的身影。尽管塑料在我们的生活中无处不在,但大多数人并不知道塑料是怎样生产出来。本文将向您介绍齿轮泵在聚合物生产中的典型应用。

  塑料分为很多种,制备工艺也不尽相同。塑料的历史可以追溯到18世纪初。第一个塑料专利是1859年John Wesley Hyatt获得的,他发明了赛璐珞(celluloid),一种象牙的廉价替代品。他发现在硝酸纤维素中加入樟脑会发生“塑化”作用。于是赛璐珞大量用来制作台球、梳子、纽扣、假牙及其他产品。1951年,Phillips石油公司的两位化学家开发出了聚丙烯和聚乙烯,他们的发明成为了今天塑料产业的基础。

  现今大多数塑料的生产工艺始于原油。谈到原油,一般我们会想到由它而生的汽油。实际上,一桶原油的收率大约只有40%为汽油。石化厂为了得到汽油及其他很多有用的副产品,将原油置入罐内加热,根据各种成分沸点的不同进行分离。这些成分被称为“馏分”,而这种工艺被称为“蒸馏”。在温度达到150℃左右时,汽油从原油中被分离出来,气相的副产品乙烯和丙烯在加热到840℃时从馏余物中被“裂解”出来,成为塑料的原料。

  这些气体成分,也叫做单体,将进入一个反应釜。反应釜内的温度和压力根据生产的聚合物的不同而各异。单体分子链之间在热和压力的作用下聚合形成长链,我们称之为聚合物。随着反应的进行,重质量的聚合物沉到反应釜底,于是适用于高温、高压、高粘度的齿轮泵就派上了用场。

MP-VC专用熔体泵

  因为反应釜内大多为真空状态,齿轮泵往往被螺栓直接连接在反应釜底以减少所需汽蚀余量。这时,由于聚合物中还含有大量的溶剂,物料粘度还不是特别的高,大约在150000cP左右。釜底抽出齿轮泵需要有特殊的设计,来适应入口的低压及耐高温性,以抵消钢材在200℃高温下的热膨胀。泵的入口被设计成锥形大敞口,可帮助物料进入泵内,夹套可用蒸汽或热媒加热泵身。

  在有些工艺中,聚合物被泵入第二个反应釜或塔盘塔,溶剂被分离出去,剩下更加粘稠的物料,粘度达到500000cP,温度达到340℃,这就需要另一种齿轮泵将物料从塔底抽出(如图2)。

  因为需要将熔体推出至其他压降较大的设备,然后进入切粒机,这台泵需要具有比第一台泵更高的设计,来适应更极端的工况,以及更高的压力——出口压力高达250kg是再正常不过了。因此,泵的运动部件之间必须有紧而精准的间隙设计,这些间隙需由泵的制造商考量高温、高压、高粘度、材料的不同热胀系数和非牛顿流体物料的特性等因素,仔细计算。

  下一步是在熔融聚合物中加入添加剂,如稳定剂、UV保护剂或色剂等以达到要求的产品质量。如果添加剂为液态,则需要第三台齿轮泵来处理这些高排压、中等粘度的流体。这台泵用来向高压熔融物料中引入精确计量的添加剂。泵的夹套可用热媒、蒸汽或电加热。

  为将熔融聚合物变成可售卖的商品,则需将其做成粒料。在切粒机处,无论是水下切粒还是单丝切粒,熔体被挤向一个模头,冷却并被切粒、干燥、包装,然后卖给用户或中间商。上述这种工艺称为“溶相聚合”,只是众多工艺的一种。

  另一种工艺“气相聚合”使用稍有不同的反应釜。在这种工艺里,乙烯和催化剂在环式反应器中循环,反应温度也稍低一些,为85~110℃,于是会引入溶剂来降低反应釜散发的热量。聚合物不再是熔融状态,而是粉状。粉料需经再熔融后造粒。粉料通过漏斗进入双螺杆挤出机或混合器,在其中被融化、均化(需用如图3所示的泵加入添加剂),再进入一台混炼泵,混炼泵将熔体推入前述的切粒机。粒子被冷却、干燥、装箱售卖。

  混炼泵的大小由装置其他设备的综合能力决定,每小时生产量可小到3t,大到100t。由于在极高温度下运转,泵被水平安装以补偿钢材的热胀。物料有极高粘度和磨蚀性成分,因此混炼泵由同步齿轮箱驱动,使泵的两齿轮之间没有直接接触。为了使泵达到额外的产量,也可装配轴和轴承的冷却系统以降低泵的部件温度,加快转速,提高生产率。因为泵需要在极高的温度压力和粘度下运转,泵的尺寸和间隙就显得尤为重要。

  最后的工序是把粒料变成最终产品。购买粒料的最终用户或中间商把塑料粒料重新熔融并压制成型。粒料可以被熔融后经注塑机塑成各种复杂的形状、经吹塑机做成瓶子,或经挤塑机成为型材、片材或薄膜。

  举一个塑料管材的挤出工艺为例,粒料首先经喂料漏斗进入单螺杆挤出机,从挤出机的一端向另一端逐渐被融化、混合(有时会添加色剂或其他添加剂)并均化,熔体被挤向模头制成管材,最后经水槽冷却成型。

  尽管挤出生产可以不用齿轮泵,但在挤出机的末端加入一台齿轮泵可以保持稳定性和产出质量。齿轮泵,这里常称为熔体泵(如图5),是正位移式泵,每转的产出量是恒定的。齿轮泵在这里可承受高压力,它能比挤出机更加有效地减压以克服系统来自模头和换网器的背压。

  熔体泵的容积效率为98%~99%,而挤出机的效率仅有45%左右。这表明加入挤出泵后会节省总的电力消耗。同时挤出泵代受了挤出机承受的高压力,昂贵的挤出机部件也就减少了磨损。挤出泵的整个系统,包括驱动部分和控制部分,通常在几个月内就能由自身带来的废料减少和产能提升而收回成本。

  熔融聚合物齿轮泵是高端设计的正位移泵。为了应对高温、高压和高粘度工况,聚合物泵制造商必须了解泵的各种材料性能,充分掌握聚合物本身以及它们在不同运行工况下的特性。


郑州海科熔体泵有限公司是专业生产熔体泵、高温熔体泵、熔体齿轮泵、熔体计量泵、反应釜输送熔体泵以及熔体泵PID和PLC控制系统等产品的企业。是国内专业生产熔体齿轮泵较早的企业之一。