Quelles sont les méthodes de granulation pour les lignes de production de granulés ?

Il y a beaucoup de différents ligne de granulation Il existe de nombreux modèles sur le marché, mais toutes les lignes de granulation se répartissent en deux grandes catégories : les systèmes de granulation à froid et les systèmes de granulation à chaud. La principale différence entre les deux réside dans la durée du processus de granulation. Chacun de ces systèmes présente ses propres avantages et inconvénients.

système de découpe à froid

Un système de granulation à froid comprend une filière, une zone de refroidissement (à air ou à eau), une zone de séchage (dans le cas d'un refroidissement à eau) et une chambre de granulation. Il existe deux principaux types de systèmes de granulation à froid : les granulateurs à flocons et les granulateurs à bandes.

a : Le polymère fondu du granulateur à paillettes s’écoule de l’équipement de mélange à travers une filière à bande ou un raffineur à rouleaux pour être calandré en paillettes de polymère d’une épaisseur spécifiée. Les paillettes se solidifient et refroidissent sur une certaine distance pendant le transport, puis sont découpées en granulés ronds ou carrés à l’aide d’une granuleuse dans une trémie.

La granulation par copeaux est une méthode particulièrement ancienne de fabrication de granulés pour une large gamme de polymères différents, du nylon aux PVCAvantages : Rendement élevé. La précision est excellente, avec une capacité de granulation pouvant atteindre 1 843,69 kg/h. Il s’agit d’une méthode de granulation par découpe à froid, plus bruyante que la méthode de découpe de granulés à partir de polymères fondus. La durée de vie des outils de coupe, une fois solidifiés, est plus courte et la production de poudre est fréquente. Pour certains polymères, un phénomène de « chaîne de grains » peut être observé.

b : Les granulateurs à bandes sont utilisés depuis presque aussi longtemps que les granulateurs à paillettes. Ils se composent d’une filière, d’une section de refroidissement (bain-marie ou soufflerie), d’une section de séchage (en cas de refroidissement à eau) et d’un couteau de coupe. Les bandes sont formées par passage du polymère fondu à travers un orifice horizontal, à l’aide d’une machine ou d’une pompe à engrenages (les orifices modernes sont usinés avec précision et chauffés uniformément pour produire des bandes de qualité constante). Une fois démoulées, les bandes sont refroidies par une soufflerie, un système air/vide ou un bain-marie. En cas de refroidissement à eau, les bandes passent par une section de séchage à ventilation forcée pour éliminer l’humidité, puis sont envoyées dans la chambre de granulation. Les bandes sont coupées avec précision à la longueur requise grâce à l’action de cisaillement d’une paire de couteaux fixes et rotatifs. Les granulés ont un diamètre et une longueur de 3.175 mm et des angles bien définis.

c : La méthode traditionnelle d’étirage de bandes consiste à les faire passer dans une section de refroidissement (généralement un bain d’eau), ce qui peut parfois entraîner un affaissement ou des dimensions irrégulières. Ce problème est fréquent avec les polymères à faible résistance à l’état fondu, comme le polypropylène, le polyester et le nylon. Lorsqu’une bande s’affaisse, le matériau est mis au rebut ; les opérateurs doivent donc être vigilants. Si l’étirage est irrégulier, les granulés obtenus en aval doivent être tamisés.

D'autres modes de formation de bandes peuvent être mis en œuvre sans surveillance étroite de l'opérateur grâce à un convoyeur d'alimentation motorisé à fentes qui supporte et sépare les bandes de la filière vers le granulateur. Les bandes transportées par ce type de force centrifuge sont de taille plus uniforme, ne tombent pas et sont donc moins susceptibles d'être mises au rebut. Certaines de ces méthodes peuvent atteindre une capacité de production de 6 803,89 kg/h, contre environ 1 814,37 kg/h pour la méthode d'étirage, car l'opérateur ne peut superviser qu'un nombre limité de bandes.

Les lignes à bandes sont peu coûteuses, faciles à utiliser et à nettoyer. Ceci présente des avantages pour le mélange de couleurs, car le passage à deux lots de couleurs différents nécessite un nettoyage complet de l'équipement. Cependant, l'inconvénient de cette méthode réside dans l'espace requis pour la section de refroidissement, dont la longueur est déterminée par les exigences de température du polymère.

Système de découpe thermique de la face de matrice

Il existe trois types principaux de systèmes de découpe thermique de surface : les granulateurs à pulvérisation, les granulateurs à jet d’eau (ou à anneau d’eau) et les granulateurs sous-marins. Bien que ces systèmes puissent présenter différentes conceptions, un système typique se compose d’une filière à orifice, d’une chambre de découpe, d’un couteau rotatif motorisé à lobes, d’un fluide de refroidissement et d’une méthode de séchage des granulés (en cas de refroidissement par eau).

Le moule à orifice est un élément essentiel du système de granulation thermique par extrusion. Monté verticalement ou horizontalement, il est généralement chauffé à l'huile, à la vapeur ou par une cartouche ou un ruban chauffant. Le chauffage électrique est généralement utilisé pour les moules de petite taille ; en revanche, les moules de plus grande taille sont généralement chauffés à la vapeur ou à l'huile. Les matériaux de fabrication des moules varient, mais quel que soit le matériau ou le fluide caloporteur utilisé, le diamètre de l'orifice doit être uniforme ; la chaleur doit être suffisante pour maintenir la température du polymère tout au long du processus ; et la surface de rotation du moule contre laquelle tourne le couteau de granulation doit être résistante et lisse – autant de conditions nécessaires à la production d'un granulé uniforme.

Lorsque le polymère fondu est injecté dans le moule, le couteau de granulation, tournant à très grande vitesse, le découpe en granulés. Généralement, le couteau est en contact avec la surface du moule ou très près de celle-ci. Une fois découpés, les granulés sont éjectés du couteau par la force centrifuge et transportés vers le milieu de refroidissement. La taille, la forme, le matériau et le mode de fixation du couteau peuvent varier. Sur certains systèmes, le couteau est monté sur ressort pour ajuster automatiquement la distance entre lui et la matrice ; sur d’autres, cet ajustement est manuel. La durée de vie du couteau dépendant de la précision de son alignement avec la matrice, de l’abrasivité du polymère et de la précision de l’opérateur, il est préférable de découper les granulés de polymère à l’état fondu.

a: Les granulateurs à pulvérisation sont recommandés pour les polymères sensibles à la chaleur et nécessitant un temps de séjour prolongé, tels que le PVC, le TPR et le polyéthylène réticulé. Des débits de granulation allant jusqu'à 4 989,52 kg/h sont nécessaires pour minimiser le trajet du polymère entre la machine et la chambre de granulation et limiter l'apport de chaleur. Lors du passage du polymère à travers la filière, la force de rotation de la surface de la filière le découpe en granulés. Une fois découpés, les granulés sont éjectés de la lame rotative et entraînés par le flux d'air forcé circulant dans la chambre de granulation spécialement conçue. Ce flux d'air refroidit initialement la surface du granulé et le transporte hors de la chambre de broyage vers la zone de refroidissement.

Les séchoirs à lit fluidisé sont souvent utilisés pour refroidir les granulés. Ces derniers sont acheminés le long d'une rampe réglable et un ventilateur insuffle de l'air à travers eux. En ajustant l'inclinaison de la rampe, on peut moduler le temps de séjour des granulés dans le séchoir. Une autre méthode de refroidissement courante consiste à décharger les granulés de la chambre de coupe dans un réservoir d'eau, puis à éliminer l'eau dans un séchoir à lit fluidisé ou un séchoir centrifuge.
b : Granulateurs à jet d’eau, adaptés à la plupart des polymères, à l’exception de ceux à faible viscosité à l’état fondu ou à faible viscosité. Ces machines, également appelées granulateurs à anneau d’eau, ont un débit de granulation de 13 607,77 kg/h.

Le polymère fondu est découpé en granulés à partir d'une filière à orifice chaud par un couteau rotatif qui frotte contre la surface de la filière. La particularité de ce système de granulation réside dans sa chambre de granulation par jet d'eau spécialement conçue. L'eau circule en spirale jusqu'à sa sortie de la chambre. Une fois découpés, les granulés sont projetés dans le jet d'eau pour un premier refroidissement. La suspension aqueuse de granulés est ensuite déversée dans un réservoir pour un refroidissement complémentaire, puis acheminée vers un séchoir centrifuge pour éliminer l'eau.

c : Le granulateur sous-marin est similaire au granulateur par pulvérisation et au granulateur à jet d'eau, à la différence qu'il utilise un flux d'eau continu qui s'écoule sur la surface de la filière, en contact direct avec celle-ci. La chambre de granulation est dimensionnée de manière à permettre à la lame de granulation de tourner librement sur la surface de la filière sans entraver le flux d'eau. Le polymère fondu traverse la filière, la lame rotative découpe les granulés, et ces derniers sont évacués de la chambre de granulation par de l'eau tempérée vers un séchoir centrifuge. Dans le séchoir, l'eau est renvoyée dans le réservoir de stockage, refroidie et recyclée ; les granulés repassent ensuite dans le séchoir centrifuge pour éliminer l'eau.

Le granulateur sous-marin nécessite un moule à distribution de chaleur uniforme et une isolation thermique spécifique. Les petits couteaux de granulation sont chauffés électriquement, tandis que les grands requièrent des orifices chauffés à l'huile ou à la vapeur. L'eau de process est généralement chauffée à des températures élevées, sans toutefois perturber l'écoulement des granulés. Les granulateurs sous-marins conviennent à la plupart des polymères et certains modèles atteignent une capacité de granulation de 22 679,62 kg/h. L'écoulement de l'eau sur la surface de l'orifice constitue un atout majeur pour la granulation de polymères à faible viscosité ou cohésifs. Cependant, pour certains polymères comme le nylon et certaines marques de polyester, ce phénomène peut entraîner le gel de l'orifice. Parmi les autres avantages, citons : une réduction du bruit grâce à la granulation à l'état fondu et à l'effet d'isolation acoustique de l'eau ; et une fréquence de remplacement des couteaux de granulation inférieure à celle des systèmes à froid.