机械毕业设计（论文）聚合物类胶体造粒设备的改进.doc

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1、内蒙古科技大学本科生毕业设计说明书（毕业论文） 题 目：聚合物类胶体造粒设备的改进学生姓名：学 号：200540401324专 业：机械设计制造及其自动化班 级：2005级03班指导老师：聚合物类胶体造粒设备的改进摘 要随着石油化工企业的发展，越来越多的原料、材料、化工产品被加工生产出来。伴随此类原料的储存，运输或再加工产生的问题促使了造粒技术和造粒机的研发。20世纪石油化工的发展使得高分子工业迅速成熟，塑料、橡胶、化纤三大合成材料的生产向规模化转变。高分子聚合物只有通过成型加工后才能成为有使用价值的制品。造粒成型加工是高分子材料不可缺少的生产环节。挤出成型技术作为聚合物加工主要技术之一。螺杆

2、挤压造粒机是应用挤出成型技术进行聚合物造粒的一种机器。然而传统的螺杆挤压造粒机在针对聚合物聚丙烯酰胺造粒工程中却产生了很多问题。通过分析加工缺陷，针对这些缺陷对螺杆挤压造粒机进行部分技术改进。从而提高生产效率，改善产品质量。关键词： 聚丙烯酰胺；造粒；螺杆造粒机；齿轮增压。ABSTRACTPetrochemical enterprises with the development of more and more raw materials, materials, chemical products produced by the processing. With such raw mater

3、ial storage, transport or processing of the problem prompted the granulation technology and the research and development granulator. 20th century the petrochemical industry has developed rapidly mature polymers, plastics, rubber, Three synthetic fiber materials to the production scale of the change.

4、 Only by forming polymer processing can become useful products. Granulation forming polymer materials is an indispensable link in the production. Extrusion polymer processing technology as one of the main techniques. Screw extrusion granulator Applied Extrusion Technology for a pelletizing machinery

5、. However, the traditional screw extrusion granulator against polyacrylamide polymer granulation project has created a lot of problems. By analyzing processing defects to address these deficiencies right screw extrusion granulator for some technical improvements. Thereby increasing production effici

6、ency and improve product quality.Keywords : polyacrylamide；granulation；granulator；gear screw supercharger。目录聚合物类胶体造粒设备的改进I摘 要IABSTRACTII第一章 绪 论111造粒简介112 造粒工艺及造粒机简介114 挤出成型技术的发展514 聚丙烯酰胺简介615聚丙烯酰胺的生产应用7151 聚丙烯酰胺的生产方法7152聚丙烯酰胺的应用816论文主要研究内容10第二章传统螺杆聚丙烯酰胺造粒机介绍1121 传统螺杆造粒机结构组成1122 传统螺杆造粒机造粒原理1323 传统螺杆造

7、粒机缺陷及原因分析13第三章 新型增压造粒机1531 新型增压造粒机组成1532 齿轮增压机构设计目的1633 增压机构运行说明1734 增压机构设计18341 增压机构设计原理18343 设计产量计算20344 齿根弯曲疲劳强度校正21345 齿轮内物料压强作用分析23346 主动齿轮轴分析23第四章 新型造粒机生产应用及其产品生产前景2841 新型造粒机主要技术参数2842新型造粒机特点2843 新型造粒机构生产应用对比2944 聚丙烯酰胺生产前景30第五章 总 结3551 新型造粒机设计构件总结3552 新型造粒机展望35参考文献38致谢39第一章 绪 论11 造粒简介随着石油化工企业的

8、发展，越来越多的原料、材料、化工产品被加工生产出来。在众多的固体化工产品中，有许多是块状、结晶状、粉状固体等。如：有机产品的树脂(石油树脂、酚醛树脂、环氧树脂)、石蜡、松香、马来酸酐、沥青等；无机产品的硫磺、硫酸铅等。,Y %n产品若不进行造粒加工，将产生如下诸多缺点：1.生产不连续，生产能力小；2.生产过程不密闭、产品外露、有害气体外露、环境污染严重； 3.产品处理困难，劳动强度大；4.产品形状不规则用户难于使用；5.产品易碎，粉尘大。以上缺点严重影响化工生产，需采用造粒机造粒，来改进生产采用后会带来如下优点：1.生产操作连续，生产能力大；2.整个传动系统处于密闭状态，从下料到产品包装无环境

9、污染；3.产品造粒可大可小(颗粒直径范围130cm)。形状规则。易于混合，方便用户使用；4.产品不易碎，无粉尘，无污染；5.可采用自动化计量包装，易运输储存，减轻工人的劳动强度；6.生产过程自动化控制；7.造粒后的产品，热处理时，受热均匀，节省能源与工时；8.外型美观，畅销市场，利润更高。由于以上优点的存在，极大地激发了造粒机的研究开发。12 造粒工艺及造粒机简介现在已经有多种形式的造粒机问世。在不同的行业中，这一操作都有不同的术语，如球化、粒化制粒、制丸、制片、压片、粉末压制、团球、团聚、烧结、热硬化等等。用颗粒物料代替细粉物料在许多行业中，都得到较大的收益。目前国内外普遍使用的造粒技术为以

10、下分类：1.滚动造粒(翻滚、球化、团聚、温团块)；2.流化床造粒； 3.搅拌法造粒 4.压缩法造粒； 5.挤压法造粒；6.融化法造粒； 7.热发造粒(烧结、热硬化)； 8.液体造粒(凝聚选择性)等。不同的产品其原料不同，采用的造粒方式、机械亦不同，造粒机械应根据原料的性质、形状设计造粒机械的机构组成和造粒过程。例如：聚合物产品的造粒。产品原料粘滑、呈胶状物性。针对其性质、形状就要使其密闭施压，然后挤出成型。糖类物质热敏、易粘连，则应在一定的温度用适宜的工艺滚压造块。食品类的元宵则是先赋予内核，凭自重及湿度的吸附性放置于原料中，给于动力使其旋转吸附完善圆满，其方法属于离心造粒的一种。医药类的造粒

11、根据原料的不同，造粒的方式方法也多种多样。根据不同的使用要求，可分别采用往复锥杆式造粒机、往复式间断布料机构、旋转式造粒机、锥台式齿轮啮合造粒机等多种造粒机械。造粒技术史粉粒体过程处理的一个最主要分支，随着环保需求和生产过程自动化程度的提高，其重要性日益彰显。粉状产品状化已经成为世界粉体后处理技术的必然趋势。对粉状产品进行造粒的深度加工，其意义主要体现在3个方面：一是降低粉尘污染，改善劳动操作条件（包括生产过程和使用过程）;二是满足生产工艺需求，如提高孔隙率和比表面积，改善热传递等；三是改善产品的物理性能（如流动性，透气性，堆积相对密度，一致性等），避免后续操作过程（干燥，筛分，计量，包装）和

12、使用过程（计量，配料等）出现偏析，气泡，脉动，结块，架桥等不良影响，对提高生产和使用过程的自动化，密闭操作创造了条件。造粒技术从广义上课分为两大类，一类是成型加工法，主要是将粉状物料通过特定的设备和方法，处理为满足特定形状，成分，密度等的团块物料；另一类是粒径增大法，主要是把细粉末团聚成较粗的颗粒， 造粒技术及其设备作为一门专门的学科和独立技术出现，在国外可追溯到20世纪40年代，在我国则从80年代中期由原化工部化工机械研究院粉体工程研究所最早进行专门的系统研究。经过多年的努力，目前，我国造粒技术已有相当的水平，其设备的规模也有较大发展，已能基本满足粉粒体颗粒化的要求。按照实现小颗粒团聚的基本

13、原理，可以把现有的粉体处理技术分为搅拌法，压力成型法，喷雾和分散迷雾法，热熔融成型法等4类。1 搅拌法 搅拌法造粒是将某种液体或粘结剂渗入固态细粉末并使当地搅拌，使液体和固态细粉末相互密切接触，产生粘结力而形成团粒。最常用的搅拌方法是通过圆盘，锥形或筒形转鼓回转时的翻动，滚动以及帘式垂落运动来完成的。根据成型方式又可分为滚动团粒，混合团粒及粉末成团3类。典型的设备有造粒鼓，斜盘造粒机，锥鼓造粒机，盘式造粒机，滚筒造粒机，捏合机，鼓式混料机，粉末掺合机（锤式，立轴式，带式），落幕团粒机（鼓式，振动给料器，连续流动喷射混合系统）等。其优点是成型设备结构简单，单机产量大，所形成的颗粒易快速溶解，湿透

14、性强，缺点是颗粒均匀性不好，所形成的颗粒强度较低。目前这类设备单机处理能力最大可达500t/h，颗粒直径最大可到600mm，多用于选矿，化肥精细化工，食品等行业。图1为YQ型圆球状搅齿造粒机工作原理图。2 压力成型法 压力成型法是将粉体物料限定在特定的空间中，通过施加外力而压紧为密实状态。压力成型的成功与否，一方面取决于施加外力的有效利用和传递，另一方面取决于颗粒物料的物理性质。 根据所施加外力的物理系统不同，压力成型法又可分为两大类，即模压法和挤压法。典型的模压设备有重型压块法，台式压榨机，混凝土块压制机，压砖机，重型制片机等。其优点是可制造较大的团块，所制成的物料也有相当的机械强度，缺点是

15、设备的适用范围较小，对有的物料不易脱模。这类设备多用于建筑、制药等行业。 挤压法是目前我国粉体造粒的主要方法，挤压法造粒设备根据工作原理和结构可分为真空压杆造粒机、单（双）螺杆挤出造粒机、模型冲压机、柱塞挤出机、辊筒挤出机、对辊筒轮造粒机等。这类设备可广泛用于石油化工、有机化工、精细化工、医药、食品、染料、农药、饲料、肥料等行业。具有使用能力强、产量大、造粒品粒度均匀、颗粒强度好、成粒率高等优点。 在SE系列单螺杆造粒机的基础上，研制成功的DLJ系列解碎造粒机可以很好地解决胶状体物料的破碎问题，广泛用于高分子量聚丙烯酰胺、聚丙烯酸钠等胶状体物料的解碎造粒，扩宽了挤压法造粒的应用范围。 对于要求

16、特殊形状颗粒（如环状、三叶草形、多孔状等）的物料（如催化剂载体）造粒，一般采用柱塞挤出机来实现。这类设备多采用液压传动，根据活塞原理进行挤条造粒。液压系统所产生的压力，推动活塞将布料筒中的物料从特殊设计的模头强行挤出，既可制得强度更高，表面更光滑的料条。目前对柱塞挤出机的研究已趋完善，柱塞直径在50250mm范围，颗粒直径在220mm范围内可选，机头压力超过1MN，可实现的颗粒形状超过20种。3 喷雾和分散迷雾法 喷雾和分散迷雾法是在特定的设备中使处于高度分散状态的液相或半液相物料直接成为固体颗粒。这种造粒设备有喷雾干燥塔、喷雾干燥器、造粒塔、喷动床和流化床干燥器以及气流输送干燥器等。在喷雾时

17、，液态进料（液体、胶质液、膏状物、乳化液、泥浆液或熔融物）弥散在气体（一般为空气）中通过热量传递或质量传递（或者两个传递过程同时进行）而生成固体颗粒。有关颗粒生成的机理包括液态进料形成小滴而硬化成固体颗粒，许多小粒子在喷入的粘结剂作用下粘聚在一起而形成团粒等。这种喷雾和分散迷雾造粒法的共同特点： a. 液态进料必须是可用泵输送的和可弥散的； b.造粒过程通常应为连续的、自动化的以及大规模的操作；c.造粒系统必须设计成能回收或循环使用料末，以解决物料的磨损消耗和粉末夹带现象；d.产品粒度一般限制在5mm以下。 这类设备的优点在于物料的造粒过程和干燥过程同时进行，可广泛应用于各种行业的物料造粒，如

18、制药、食品、化工、矿业以及陶瓷工业等。其缺点是颗粒强度较低，粒度较小。 目前这类设备可制备的颗粒直径可小到50500Um，甚至更小。产量最大可超过30t/h（如尿素造粒塔等）。4 热熔融成型法 热熔融成型法是利用产品的低熔点特性（一般低于300c),将熔融的物料通过特殊的冷凝方式，使其冷凝结晶成所要求的片状条状块状及半球状等形状。根据成型设备的工作原理，主要可分为转鼓结片机和回转冷带落模成型装置。综上，造粒已是产品最终工序（药品、食品）或某些中间（聚合物类）工序常用的方法。前者使产品易于包装、运输推向市场；后者造粒是产品整个生产工艺流程中最重要的环节，特别是干燥前的造粒,直接影响干燥时间和干燥

19、质量。对于其它要求的产品，中间工序的造粒质量也是后续工艺达到较高质量的关键所在。较先进的造粒设备，能使产品生产在干燥、粉碎等后续工艺步骤中降低生产成本、提高产品成色，甚至缩短工艺流程，为企业创造生产捷径而产生极大的经济效益。14 挤出成型技术的发展找寻挤出成型技术的生产年代，可能会溯及比较久远的通心粉和其他食品，制砖和陶瓷制品的挤出法加工。而对于最早将挤出法用于聚合物加工的说法，比较一致地认为一始于1845年，专利申请人R.Brooman的关于挤出法成型以古塔波胶为包覆的电线的专利申请。当时的挤出机是柱塞式的，操作方式由手动到机械式再到液压式，不断进步，但这一时期中无论哪种形式，只反映操作的难

20、易程度和工人劳动强度的差异，而生产过程的本质是相同的一间歇式，是那一时期挤出机共同的特点。1879年，英国人M.Gray取得第一个采用阿基米德螺线式螺杆挤出机专利，同一年另一英国人F.Shaw也研制出螺杆式挤出机，而且在两年后，他将自己研制的螺杆式挤出机转化为产品出售。1880年，美国人J.Royle也开发了一种螺杆式挤出机。在比较接近的几年中，涌现出几种不同类型的挤出机。最早成批 量生产和出售螺杆式挤出机的是德国的机械制造商PaulT roester。从1892年一1912年的20年里，他生产销售了500多台螺杆式挤出机，也是这个制造商于1935年研制生产了用于热塑性塑料的挤出机。在此之前，

21、挤出机螺杆长径比约3-5m,显然，挤出橡胶不成问题，但对于热塑性塑料则不可能满足塑化的要求。这家公司除增大了挤出机螺杆的长径比，还在加热方式、加料装置和传动装置方面也做了许多的改进，它可以称为“现代单螺杆挤出机阶段”。这一阶段的特征是挤出机采用直接电加热，空气冷却、自动控温装置、内衬式料筒和螺杆表面渗氮处理，螺杆长径比可达到10m，采用无级变速的传动装置等。自现代单螺杆挤出机出现至今的几十年里，可加工的聚合物种类，制品的结构、形式不断扩大，使得包括挤出成型工艺，成型设备、研究开发新产品、新工艺的手段等全面推进。挤出成型技术作为聚合物加工主要技术之一，是伴随聚合物加工工业技术的发展而成长的。20

22、世纪50年代，石油化工的发展使得高分子工业迅速成熟;60年代，塑料、橡胶、化纤三大合成材料的生产向规模化转变;70年代，世界合成高分子材料在总体体积上已超过了金属材料。聚合物只有通过成型加工后才能成为有使用价值的制品。成型加工是高分子材料不可缺少的生产环节。14 聚丙烯酰胺简介聚丙烯酰胺（cpolyacrylamids）简称PAM。聚丙烯酰胺和它的衍生物可以用作有效的絮凝剂、增稠剂、纸张增强剂以及液体的减阻剂等。广泛应用水处理、造纸、石油、煤炭、矿冶、地质、轻纺、建筑等工业部门。工业上，凡含有50%以上丙烯酰胺单体的聚合物，都泛称聚丙烯酰胺。聚丙烯酰胺一般是线性水溶性聚合物，是油田中应用最为广

23、泛的水溶性聚合物品种之一。随着油田开发进入后期，提高采收率技术成为油田可持续发展的重要措施之一，聚丙烯酰胺的生产、性能和应用研究越来越受到人们的关注。聚丙烯酰胺及其衍生物近年来广泛地应用于石油工业的三次采油中，成为提高原油采收率的重要手段，我国每年都需要大量的驱油剂来提高石油的采收率 聚丙烯酰胺是在1893年研制成功的，直到1954年才活的工业化生产。我国于上世纪60年代初开始生产，但生产规模小。到了70年代末，由于石油工业的需要，其产量才大幅度增长，但无论在产品质量和数量上都不能满足日益发展的三次采油的需要。在“起雾”和“八五”期间我国深入地开展了聚丙烯酰胺的研制、应用和性能测试技术的研究，

24、并取得了可喜的进展，大庆炼化公司为配合大庆油田聚合物驱油试验，于“八五”期间引进了5万吨/年的聚丙烯酰胺生产装置，“九五”期间投产，胜利油田在“九五”期间也建成了1万t/年的聚丙烯酰胺生产装置，并投入了生产。 三次采油技术已成为我国提高原油采收率的主要措施之一，研究发现，当保持聚合物溶液粘度为20mPa.s情况下，随着聚合物相对分子质量的提高，吨聚合物增油量提高，驱油成本大幅度降低。由此可见，在超高相对分子质量聚丙烯酰胺产品价格与中等相对分子质量聚丙烯酰胺产品价格相当的前提下，会降低三次采油成本，能够获得更好的经济效益。 聚丙烯酰胺是目前公认的使用效果好，最有发展前景的聚合物。用于提高采收率的

25、聚丙烯酰胺包括未水解的聚丙烯酰胺和部分水解聚丙烯酰胺。高相对分子质量的部分水解聚丙烯酰胺是目前提高原油采收率中应用最广泛的一种聚合物，他可由聚丙烯酰胺在碱性条件下水解而成；也可以通过丙烯酰胺和丙烯酸共聚得到。 聚丙烯酰胺分子量由300万到2400万。分子量高，水溶性好。可调节分子量，并可以引进各种离子基团以得到特定的性能。低分子量是分散材料有效增稠剂或稳定剂；高分子量是重要的絮凝剂。它可以制作出亲水而水不溶性的凝胶，它许多团体表面和溶解物质有良好的粘附力。聚丙烯酰胺（PAM）的合成工艺：由丙烯腈与水在骨架铜催化作用下直接反应生成聚丙烯酰胺，再经离子交换、聚合、造粒、干燥、磨粉等工艺即得成品。反

26、应式及工艺如 图1.1 PAM工艺流程示图：1. 催化水合CH2=CHCN+H2O骨架铜催化CH2=CHCONH2（或生物催化）2. 聚合nCH2=CHCOH2引发剂（CH2CHCONH2）图1.1 PAM工艺流程示图可见造粒是整个生产过程中不可缺少且是一个非常重要的环节，它是由胶体过度到成品干粉的桥梁，它是走向经济走向产品高品质的重要一站。15聚丙烯酰胺的生产应用151 聚丙烯酰胺的生产方法 聚丙烯酰胺的生产方法主要有水溶液聚合法、乳液及反相乳液聚合法以及辐射聚合法等。1水溶液聚合法 水溶液聚合法是生产聚丙烯酰胺的传统方法，采用该法可以生产聚丙烯酰胺胶体和粉体产品。一般聚丙烯酰胺胶体采用8%

27、10%丙烯酰胺水溶液在引发剂作用下直接聚合而得；聚丙烯酰胺干粉则多用25%30%丙烯酰胺溶液进行聚合，聚合后得到的聚丙烯酰胺胶体经造粒、捏合、干燥、粉碎后值得产品。其中的聚合反应是关键工序。该法具有生产安全、工艺设备简单以及生产成本较低等优点，是目前国内外生产聚丙烯酰胺普遍采用的方法。我国采用该法生产聚丙烯酰胺最早采用手工作坊式的盘式聚合，后来才用捏合机。20世纪80年代后期开发了锥形釜聚合工艺，由核工业部无所在江都化工厂试车成功。20世纪90年代从国外引进的聚合技术，类似国内的技术，只是反应釜可以旋转，聚合釜的容积也较大，可以达到5000升。 2乳液聚合及反相乳液聚合法 乳液聚合是聚丙烯酰胺

28、合成的另外一个比较重要的方法，其常规操作是将丙烯酰胺水溶液分散在汽油等有机溶剂中，剧烈搅拌，使溶液形成分散均匀的乳液体系，而后加入引发剂丙烯酰胺反应得到聚丙烯酰胺。这种方法的特点是高聚合速率、高转化率条件下可以得到高相对分子质量的产品（乳液或者干粉）。反相乳液聚合法是指水溶性的丙烯酰胺借助表面活性剂（多采用非离子型表面活性剂）的作用使丙烯酰胺单体分散在油相中形成乳化体系，在引发剂作用下进行乳液聚合，形成稳定的高分子量速溶的聚丙烯酰胺胶乳产品，经共沸蒸馏脱水后得到粉状聚丙烯酰胺。由于聚合反应是在分散于油相中的丙烯酰胺微粒中进行，因而在聚合过程中放出的热量散发均匀，反应体系平稳，易控制，适合于制备

29、高分子量且分子量分布窄的聚丙烯酰胺胶乳或干粉型产品。3辐射引发法辐射引发法是丙烯酰胺单体在紫外线或或r射线下引发直接聚合得到固体聚丙烯酰胺产品。该法生产工艺简单，但设备投资大，且所得产品分子量分布很宽，故目前还没有进行大规模工业生产。152聚丙烯酰胺的应用聚丙烯酰胺由于具有高分子化合物的水溶性以及其主链上活泼的酰基，因而在石油开采、水处理、纺织印染、造纸、选矿、洗煤、医药、制糖、养殖、建材、农业等行业具有广泛的应用，有“百业助剂”、“万能产品”之称。1水处理领域聚丙烯酰胺在水处理工业中的应用主要包括原水处理、污水处理和工业水处理&个方面。在原水处理中，聚丙烯酰胺与活性炭等配合使用，可用于生活水

30、中悬浮颗粒的凝聚和澄清；在污水处理中。聚丙烯酰胺可用于污泥脱水；在工业水处理中，聚丙烯酰胺主要用作配方药剂。在原水处理中，用有机絮凝剂聚丙烯酰胺代替无机絮凝剂，即使不改造沉降池，净水能力也可提高!(以上。所以目前许多大中城市在供水紧张或水质较差时，都采用聚丙烯酰胺作为补充。在污水处理中，采用聚丙烯酰胺可以增加水回用循环的使用率。2石油采油领域在石油开采中，聚丙烯酰胺主要用于钻井泥浆材料以及提高采油率等方面，广泛应用于钻井、固井、压裂、强化采油等油田开采作业中，具有增粘、降滤失、流变调节、胶凝、分流、剖面调整等功能。目前我国油田开采已经步入中后期，为提高原油采收率，目前主要推广聚合物驱油和三元复

31、合驱油技术。通过注入聚丙烯酰胺水溶液，改善油水流速比，使采出物中原油含量提高。目前国外聚丙烯酰胺在油田方面的应用不多，我国由于特殊的地质条件，大庆油田和胜利油田已经开始广泛采用聚合物驱油技术。3造纸领域聚丙烯酰胺在造纸领域中广泛用作驻留剂、助滤剂、均度剂等。它的作用是能够提高纸张的质量，提高浆料脱水性能，提高细小纤维及填料的留着率，减少原材料的消耗以及对环境的污染等。聚丙烯酰胺在造纸中使用的效果取决于其平均分子量、离子性质、离子强度及其它共聚物的活性。非离子型聚丙烯酰胺主要用于提高纸浆的滤性，增加干纸强度，提高纤维及填料的留着率；阴离子型共聚物主要用作纸张的干湿增强剂和驻留剂；阳离子型共聚物主

32、要用于造纸废水处理和助滤作用，另外对于提高填料的留着率也有较好的效果。此外，聚丙烯酰胺还应用于造纸废水处理和纤维回收。4纺织印染工业在纺织工业中，聚丙烯酰胺作为织物后处理的上浆剂、整理剂，可以生成柔顺、防皱、耐霉菌的保护层。利用它吸湿性强的特点，能减少纺细纱时的断线率；聚丙烯酰胺作后处理剂可以防止织物的静电和阻燃；用作印染助剂时，聚丙烯酰胺可使产品附着牢度大、鲜艳度高，还可以作为漂白的非硅高分子稳定剂；此外，聚丙烯酰胺还可以用于纺织印染污水的高效净化。5其他领域在采矿、洗煤领域，采用聚丙烯酰胺作絮凝剂可促进采矿、洗煤回收水中固体物的沉降，使水澄清，同时可回收有用的固体颗粒，避免对环境造成污染；

33、在制糖工业中，聚丙烯酰胺可加速蔗汁中细粒子的下沉，促进过滤和提高滤液的清澈度；在养殖工业中，聚丙烯酰胺可改善水质，增加水的透光性能，从而改善水的光合作用；在医药工业中，聚丙烯酰胺可用作分离抗菌素的絮凝剂、用作药片的赋型粘接剂以及工艺水澄清剂等；在建材工业中，聚丙烯酰胺可用作涂料增稠分散剂、锯石板材冷却剂以及陶瓷粘接剂等；在农业上，聚丙烯酰胺作为高吸水性材料可用作土壤保湿剂以及种子培养剂等。在建筑工业中，聚丙烯酰胺可以增强石膏水泥的硬度，加速石棉水泥的脱水速度。此外，聚丙烯酰胺还可用作天然或合成皮革的保护涂层以及无机肥料的造粒助剂等。2004年全球聚丙烯酰胺的总生产能力约为91万吨+年，其中25

34、%在西欧。亚太地区（日本除外）为25万吨/年，其次为西欧21万吨/年。主要的生产厂家有美国汽巴特种化学品公司、道化学公司、马拉松石油公司、纳尔科公司，日本的聚丙烯酰胺公司、日东化学公司、三井化学公司、三菱化成公司，英国的汽巴特种化学品公司，法国的SNF公司，德国的斯托豪森公司、纳尔科公司以及芬兰的赛特公司等。亚太地区是世界上最大的聚丙烯酰胺消费地区，其次是西欧和美国。聚丙烯酰胺作为水溶性聚合物，大多用作絮凝剂、凝聚剂和过滤辅剂。根据2005年2月统计，全球聚丙烯酰胺产量约为37%用于废水处理，27%用于石油工业，18%用于造纸工业。各国聚丙烯酰胺的消费结构有所不同，美国和西欧的聚丙烯酰胺主要用

35、于水处理，在造纸方面应用所占比例相对较小，而日本的聚丙烯酰胺则主要用于造纸工业。预计到20052010年，全球聚丙烯酰胺需求量的年均增长率将达到约5.4%，其中拉美地区的年均增长率将达到约6.0%，亚洲和中东地区将达到约6.3%，亚太地区将达到约9.1%。16论文主要研究内容本文首先介绍造粒及其造粒工艺的发展，对我们国家挤压成型技术的发展过程做了概括性的介绍，因为聚丙烯酰胺是然后介绍螺杆挤压造粒机在聚合物造粒工序中的应用。并针对在聚合物聚丙烯酰胺造粒过程中传统造粒设备出现的缺陷。并对这些缺陷进行的一项技术改进齿轮增压造粒机构。对改进机构进行设计分析。最后结合生产实践对新技术进行效益测评。第二章

36、 传统螺杆聚丙烯酰胺造粒机介绍21 传统螺杆造粒机结构组成如图2.1中为一螺杆造粒机实物图 图2.1 螺杆造粒机现结合 图2.2 z-200螺杆造粒机 介绍普通螺杆主要结构组成。图2.2 z-200螺杆造粒机1 传动皮带轮 2 减速器 3 连轴器 4主轴 5 绞龙 6 壳体前部 7 壳体后部 8 连接法兰 9 孔板 10 内切刀 11 外切刀 12 进料斗 13 底座组件22 传统螺杆造粒机造粒原理螺杆造粒机可分为四个主要部分构成；即：喂料系统，造粒系统 ，动力及传输系统，支架底座组成。造粒过程中，物料通过输送系统从进料斗进入6壳体前部，由1传动皮带轮传递来的动力经过2减速器调整好合适速度后由

37、3连轴器传递给4主轴，在在主轴的另一端上焊接有螺旋状导流板-绞龙5，进入6壳体前端的物料在5绞龙旋转产生的轴向分 力作用下被向前推进到达密封7壳体后部。绞龙不断运动对物料产生挤压力，使得出料口压力远大与外界压力，从而 图2.3 孔板使物料从7壳体后部末端挤出。在7壳体后部固定一9孔板（如图2.3）。物料在压力的作用下从9孔板上的小孔内挤出，形成住状长条。孔板两侧设置10，11切刀，切刀逼近孔板。以合适的传动比调节绞龙送料速度和切刀切割速度。使被挤出的柱状长条物料被切割成为短小的柱料。小柱物料在自身张力的作用下膨胀。从而形成近乎球型的颗粒。该机械设计工程中，根据造粒物料特性不同，造粒产量高低，造

38、粒颗粒大小，生产工艺流程变化等决定机械的结构组成，传动比，功率，重量体积等因素。23 传统螺杆造粒机缺陷及原因分析聚丙烯酰胺胶体性状粘滑、极负弹性、易粘聚成团。随含水量不同，胶体性状改变较大，使造粒显得尤为困难。聚丙烯酰胺胶体成粒后由于挤出压力（挤出速度）与造粒切割速度不能在需要的范围内调整，又会重新结合（切割速度大），或呈现柱状物料（切割速度小）。螺杆推力造力机由于在螺杆上面布设推力螺旋叶片，前端设置切割内刀（孔板内）和外刀，一般该类机械为卧式。物料进入壳体后，由螺杆将其向一端推进，在螺杆产生的压力下物料经端部孔板挤出。内外刀在物料挤出的过程中切断成粒。该造粒机械长期以来，以增大、减小功率，

39、改变几何参数以适应不同生产环境和生产规模的需要。整机一旦组装，产量、粒度就局限在一定的范围内。对于聚丙烯酰胺胶体粘滑返料、附着粘连等现象只能被动的适应。螺杆挤出造粒由于绞龙叶片的高速运动，对物料任意及较长时间的切割，形成了对物料品质的损害，降低了胶体的分子量。某些聚合物在分子量变化后甚至会产生毒性，极大影响生产。聚丙烯酰胺胶体表面受损后黏度增大，容易粘连，使已经切割的颗粒易重新黏结在一起不易干燥。并且胶体表面受损黏度增大形成自润滑，降低螺杆挤压力，使胶体不易挤出，造成出料困难产量下降。另外，为了保证出料口内外压差，孔板上孔眼的大小也受到一定限制，不能太小影响出料，从而是造粒颗粒较大。再则，绞龙

40、叶片螺旋角无效分力的原因，摩擦加剧，产生大量热量。造成能量损失。且进料口附近物料形成旋涡运动，往往表现为喂料困难。形成该类产品的缺陷，造成动力的巨大浪费。第三章 新型增压造粒机31 新型增压造粒机组成如图3.1所示，为ZLJ200型造粒机结构图。图3.1ZLJ200型造粒机结构示意图 图3.2 增压机构的侧视图图3.2为5增压机构的侧视图。从图中很清晰的看出，本造粒设备的主要结构可概括为：1机架、2动力系统 3传动装置、4加料机构、5增压机构、6防粘剂引入系统、7高压造粒仓8造粒端组件。与传统螺杆造粒机相比，最突出的特点就是进入了5增压机构。32 齿轮增压机构设计目的设计目的之一是提供一种对高

41、分子胶体物料产品品质影响小、不易粘连的设备。采用齿轮增压，通过动力装置使两齿轮做低速转动。胶体从加料机构进入两齿轮齿间，随齿轮同步转动。这样胶体物料随齿轮的转动不断被带到齿轮的另一（高压造粒仓）侧，并逐步挤入造粒仓，很快形成强大的挤压力。在足够压力的作用下，胶体从孔板的料孔挤出，挤出过程切刀不断转动切断胶体而形成颗粒。由于胶体是在两齿轮齿间被不断同步运送，大大减少了机械磨损对胶体的损害，克服了造粒后的二次粘连。设计目的之二是使设备挤出力大、产量高、耗能低。胶体被转动的两齿轮不断同步带到密闭的造粒仓，而具有一定制作精度的两齿轮啮合时，则通过齿与齿间的挤压，杜绝了胶体的回流。胶体不断被带入、不断被

42、挤压，两齿轮的挤压力在造粒仓积聚，形成强大的压强。因而，挤出压力高、通过孔板挤出速度快，产量高。33 增压机构运行说明与螺杆造粒机相比，齿隙送料过程中，齿轮与物料没有相对运动，由如列车载物一样，从物源地到目的地。物料大大减少了机械摩擦和分子链的损伤。物料只是挤压挤出切割成粒。需要说明的是，该种造粒方法，仍然采用螺杆作为辅助机构，但应用的意义却不同。并且通过计算齿隙的含料量，较准确的确定 齿轮增压机构 的吞吐能力。近而确定螺杆辅助喂料机构螺杆的速度，使螺杆工作在对胶体物料无损伤的频率区域。即能发挥螺杆的优点，又避免构成对聚丙烯酰胺胶体分子链的破坏。实现的方法是使螺杆的送料量小于齿轮增压机构的吞吐

43、量。即能将物料源源不断的喂入齿轮机构，齿轮低压侧的压力又不至于太高而使螺杆导程内形成返料现象。引入齿轮增压机构，使该类造粒机的螺杆辅助、齿轮增压和切割造粒三大机构可协调工作。物料不断为齿轮吞服，造粒腔压力迅速升高满足物料挤出造粒的良好条件。胶体物料顺利从孔板的孔挤出被切刀切割成粒。切刀的切割速度要与造粒压力相适应，切割的胶体不应太碎也不能成柱状。由于齿轮增压机构的运用，可大大减少设备的功率输入。螺杆传送物料时，胶体几近缠绕在螺杆上面，似一条螺旋状的龙被整体推送。与螺旋面较大的接触面，及物料较强的粘附性，可想而知，需要较大的功率输入才行。齿轮是将胶体物料分隔为许多小块单元传送的，胶体物料大部分的

44、面积被齿隙庇护，运动过程中不表现出任何力的特征。胶体物料被轻快的送入造粒仓，从分析可见，以平行轴啮合齿轮作为造粒机的心脏部件，需要较小的功率输入。生产效率的提高几乎只需改变二齿轮的几何参数，整机体积对该变化不十分敏感。和螺杆造粒机比较，设备的产量调整变的十分容易。也就是说，该类造粒设备大大提高了对不同环境的适应能力。34 增压机构设计341 增压机构设计原理图3.3 增压机构运行图增压机构5主要是齿轮增压机构。其原理类似于齿轮泵，如图3.3为增压机构运行图。齿轮增压机构安装在机架上，通过传动机构带动两个齿轮转动。齿轮的转动把加料机构的胶体送入高压造粒仓内，在一定压力下胶体从孔板挤出，在挤出过程

45、中切刀不断旋转切断胶体，形成颗粒。采用齿轮泵原理，用啮合的齿轮作为增压造粒的心脏部件：两齿轮啮合，被壳体在两齿轮轴线平面内密封，胶体物料通过齿隙传送，两平行轴齿轮外侧传递物料，内侧啮合阻断返料。物料不断地被移送，造粒仓很快形成胶体挤出造粒的压力条件。 342 增压齿轮介绍下面就ZLJ-200型新型造粒机增压机构进行设计。如(图3.4)为ZLJ-200型造粒机一个增压齿轮 图3.4增压机构增压机构主要部件为2个等大6齿直齿圆柱齿轮。模数15 传动比i=1 两齿轮捏合产生压力，几乎不承受载荷传动。并且模数大，齿数少。因此不能专门精细加工。考虑到实际生产成本和作用。加工精度为9级。由刨床刨切而成。考虑到加工材料聚丙烯酰胺胶体的特性，齿轮材料选 用2 Cr13不锈钢，防止被物料腐蚀。同时增压腔内壁，及其齿轮轴外露端也被不锈钢层包裹。齿轮材料经过调制处理消除内部应力，方便加工。齿轮相关数据如下齿顶圆直径齿根圆直径分度圆直径齿宽压力角中心距端面模数15mm全齿高mm径向间隙由于该齿轮精度不高，为由刨床刨切而成。同时考虑到提高运送物料量。模数大，齿数少。故齿轮加工出现类似“根切”状态，因此需考虑齿根弯曲强度。343 设计产量计算如图3.5齿隙面积两齿轮每次啮合将齿轮间隙内的物料挤出。即排除物料体积为V