單螺桿催化劑成型擠岀儀器是實(shí)驗(yàn)室和中小試階段制備條狀催化劑的常用設(shè)備,適合氧化鋁、分子篩、活性炭及部分載體泥料的濕法擠條。其工作過程并不復(fù)雜:濕態(tài)粉體泥料進(jìn)入機(jī)筒,由螺桿旋轉(zhuǎn)向前推送,在螺槽逐漸收窄和機(jī)頭模板阻力共同作用下形成擠出壓力,最終從孔板擠出成連續(xù)條狀物。
設(shè)備通常由電機(jī)、減速機(jī)、料斗、螺桿、機(jī)筒、機(jī)頭模板和切料機(jī)構(gòu)組成。電機(jī)經(jīng)減速后驅(qū)動(dòng)螺桿轉(zhuǎn)動(dòng),料斗內(nèi)的催化劑泥料被送入機(jī)筒起始段。螺桿多采用變距結(jié)構(gòu),進(jìn)料端螺距較大,便于吃料和輸送;向前逐漸變?yōu)閴嚎s段,螺槽變淺或螺距變小;到擠出段物料被進(jìn)一步壓實(shí)并推向機(jī)頭。
擠出壓力的形成主要來自三方面。一是螺桿幾何壓縮,螺槽體積沿軸向減小,物料被迫致密化;二是機(jī)筒壁與物料的摩擦約束,使物料不能隨螺桿同步旋轉(zhuǎn),只能軸向前進(jìn);三是機(jī)頭模板的流動(dòng)阻力,物料要通過小孔徑模具,必須建立足夠背壓才能連續(xù)擠出。壓力不是某一點(diǎn)突然產(chǎn)生,而是沿螺桿逐步建立,在機(jī)頭前達(dá)到較高值。
泥料狀態(tài)對(duì)壓力影響很大。催化劑擠條料一般含干粉、黏結(jié)劑、助擠劑和適量水分,水分偏低時(shí)流動(dòng)性差,螺桿需要更大推力,條狀物易出現(xiàn)裂紋;水分偏高時(shí)物料過軟,壓力不穩(wěn),擠出條易扁塌或粘連。實(shí)驗(yàn)設(shè)備常見適配含水率在百分之二十五至三十五區(qū)間,但實(shí)際應(yīng)以泥料不粘壁、不出蜂窩孔、條體表面光滑為準(zhǔn)。
螺桿轉(zhuǎn)速通過變頻器調(diào)節(jié),是現(xiàn)場(chǎng)常用參數(shù)。轉(zhuǎn)速提高,輸送量增加,機(jī)頭壓力通常上升,擠出速度加快;但轉(zhuǎn)速過高可能導(dǎo)致物料在機(jī)筒內(nèi)受力不均、排氣不充分,出現(xiàn)氣泡或脈動(dòng)出料。轉(zhuǎn)速過低則產(chǎn)量小,壓力建立慢,啟動(dòng)階段不易成條。操作時(shí)宜先低速喂料,待出料連續(xù)再逐步提速。
機(jī)頭模板孔徑和孔形直接決定出口阻力。圓孔、三葉孔、四葉孔或環(huán)形孔的面積不同,相同物料下背壓不同。孔徑越小,擠出壓力越高,條體致密度通常提升,但對(duì)泥料均勻性和螺桿推力要求也更高。小孔徑成型前應(yīng)將泥料充分捏合脫氣,避免顆粒堵塞孔道或造成單孔出料偏快。
排氣和喂料連續(xù)性也會(huì)影響壓力曲線。若泥料中夾帶空氣,經(jīng)過壓縮段后氣體被壓向前端,可能在機(jī)頭處形成氣塞,表現(xiàn)為壓力波動(dòng)、斷條或表面麻點(diǎn)。部分設(shè)備在進(jìn)料端設(shè)壓料器或排氣段,目的就是減少空氣卷入。手工加料時(shí)應(yīng)避免空斗干轉(zhuǎn),防止螺桿不吃料造成壓力跌落。
擠出壓力范圍依設(shè)備規(guī)格不同而變化。小型實(shí)驗(yàn)單螺桿機(jī)常見壓力在數(shù)兆帕至十幾兆帕區(qū)間,但這只是設(shè)備能力參考,不等于每種泥料都需調(diào)到上限。判斷標(biāo)準(zhǔn)應(yīng)看條體質(zhì)量:表面光滑、斷面密實(shí)、不易掉粉、長(zhǎng)度均勻,說明壓力和轉(zhuǎn)速匹配較合理。
運(yùn)行中還要注意幾點(diǎn)。開機(jī)前確認(rèn)機(jī)筒內(nèi)無干料殘?jiān)苊饪崭箯?qiáng)轉(zhuǎn)導(dǎo)致抱軸;不同配方切換時(shí)要清理螺桿和機(jī)頭,防止交叉污染;停機(jī)后及時(shí)拆模板清洗,干結(jié)泥料會(huì)增加下次啟動(dòng)壓力;螺桿和機(jī)筒為易損件,長(zhǎng)期擠高硬度載體后應(yīng)檢查磨損。
單螺桿催化劑成型擠岀儀器的核心邏輯是“穩(wěn)定喂料、逐步壓縮、機(jī)頭建壓、模板成型”。擠出壓力不是越大越好,而是要與泥料水分、黏結(jié)劑、轉(zhuǎn)速、模板孔徑匹配。壓力建立平穩(wěn),條體強(qiáng)度、外觀和批次一致性才會(huì)較好,后續(xù)焙燒后的催化劑形狀也更可控。