Extrusie: een inleiding

1. Wat is extrusie?

Extrusieprocessen worden toegepast in diverse industrieën, met name in de petrochemische-/kunststofindustrie voor het compounderen van kunststoffen en het produceren van korrels die door klanten kunnen worden gebruikt, of in de voedingsmiddelenindustrie voor het vervaardigen van eetbare producten in verschillende vormen.

Extrusie bestaat uit het transformeren...

Extrusie is een zeer efficiënt proces, aangezien meerdere eenheidsbewerkingen in dezelfde apparatuur kunnen plaatsvinden: mengen, verwarmen, smelten, koken, chemische reacties, granulatie, enz. Dit maakt het echter ook tot een proces dat moeilijk te beheersen is, omdat het vele chemische en fysieke transformaties omvat.

Een typisch extrusieproces bestaat uit de volgende stappen:

• Toevoer van grondstoffen: meestal bulkvaststoffen (poeders of korrels)
• Extrusie
• Matrijs
• Granulatie

Hamerbrekers behoren tot de familie van impactmolens, wat betekent dat het maaleffect wordt verkregen dankzij de snelheid waarmee deeltjes worden geraakt, in dit geval door één of meerdere rotors.

2. Hoe werkt een hamerbreker?

Hamerbrekers zijn ontworpen met een as waarop meerdere "hamers" zijn gemonteerd, die meestal de vorm hebben van dikke platen. De as draait binnen een behuizing, en aan de uitlaat van de breker is een zeef gemonteerd waarvan de maaswijdte bepaalt welke deeltjes fijn genoeg zijn om de breker te verlaten. De breker kan door zwaartekracht worden gevoed en ontladen wanneer deze als crusher wordt gebruikt, terwijl de gemalen producten direct pneumatisch kunnen worden getransporteerd, gebruikmakend van de grote hoeveelheid lucht die door de breker wordt verplaatst, voor fijnmaaltoepassingen.

Figuur 1: Onderdelen van een hamerbreker (zwaartekrachtontlading)

2.1 Hamers

Het aantal hamers in een breker is variabel, afhankelijk van de gewenste fijnheid en de capaciteit van de breker. Over het algemeen geldt: hoe meer hamers, des te fijner het eindproduct, maar des te lager de capaciteit.

De breker kan breder of smaller zijn, afhankelijk van het aantal rijen hamers dat op de as is gemonteerd. Elke rij hamers is gescheiden door een afstandsplaat.

De lengte van de hamers kan ook worden aangepast. Wanneer de hamerlengte wordt vergroot en dichter bij de zeef komt, zal het resulterende product fijner zijn, maar zal de capaciteit afnemen. Kortere hamers produceren een grover product, maar staan een hogere capaciteit toe.

2.2 As-snelheid

Het tweede belangrijke ontwerp- en operationele aspect van een hamerbreker is de rotatiesnelheid. Omdat het maalprincipe is gebaseerd op de impactenergie, zal een hogere snelheid resulteren in een fijner product, aangezien de deeltjes de hamer met hoge snelheid raken en ook tegen elkaar of tegen de zeef worden geslingerd.

Men moet echter voorzichtig zijn met het verhogen van de snelheid zonder specifieke reden of zorgvuldigheid, aangezien een hoge snelheid de energie-invoer, temperatuurstijging en mechanische vermoeiing van de gehele breker verhoogt, wat kan leiden tot intensievere onderhoudsbehoeften. Zeer hoge rotatiesnelheden worden gereserveerd voor zachte materialen voor fijnmalen, terwijl lagere snelheden worden gebruikt voor het breken van grotere/hardere producten.

2.3 Zeefmaaswijdte

De zeefmaaswijdte helpt bij het regelen van de deeltjesgrootte van het gemalen product door te voorkomen dat te grote deeltjes de breker verlaten voordat ze voldoende verkleind zijn. Het verkleinen van de zeefmaaswijdte zal dus helpen om de deeltjesgrootteverdeling van het eindproduct te verminderen, maar dit gaat ten koste van de capaciteit van de breker.

2.4 Aandrijving

Een hamerbreker-aandrijving moet zijn uitgerust met een frequentieomvormer om de snelheid te kunnen regelen en zo de capaciteit en resulterende fijnheid van de materialen aan te passen.

2.5 Producttoevoer

De toevoer naar de breker moet (minstens globaal) worden geregeld door een doseerinrichting, zoals een trillende buis, een schroeftransportband of een sluisklep. Als de breker breed is, met meerdere rijen hamers gescheiden door afstandsplaten, moet het voedsysteem een goede verdeling van de toevoer over de gehele lengte van de breker mogelijk maken. Omdat de breker veel lucht vereist, is het ook essentieel om een luchtaanvoer te hebben.

2.6 Productafvoer

Als de breker wordt gebruikt als crusher, wat betekent dat de deeltjesgrootte van het eindproduct vrij grof is (>> 1 mm), kan de breker door zwaartekracht worden ontladen. Voor fijnere doelmatigheden, waarbij zeer hoge snelheden nodig zijn en dus veel lucht worden verplaatst, kan het eindproduct pneumatisch worden getransporteerd. In alle gevallen is het noodzakelijk rekening te houden met de luchtbehoefte van de breker en filters te voorzien bij de luchtinlaat en -uitlaat (in de ontlaadtrechter bij zwaartekrachtontlading, of in de ontvangsttrechter na pneumatisch transport).

Het luchtbeheer in een hamerbreker moet zorgvuldig worden bestudeerd. [Liu] vermeldt dat een onjuiste luchtstroom ertoe kan leiden dat een breker tot 50% van zijn capaciteit verliest. De volgende vuistregels worden gegeven:

• 260 m³/u tot 775 m³/u per 1 m² zeefoppervlak
• 1350 m³/u tot 2050 m³/u per 1 ton/u toevoer

Dit zijn slechts vuistregels; ondersteuning van een leverancier is verplicht voor gedetailleerd ontwerp.

2.7 Veiligheid

Hamerbrekers hebben roterende elementen, de hamers, die met zeer hoge snelheid (tot 120 m/s) draaien. Het binnendringen van vreemde voorwerpen, zoals metaaldeeltjes, kan ernstige mechanische en veiligheidsconsequenties hebben (stofexplosies). De breker moet daarom worden beschermd door de toevoer te zeven en een sterke magneet of zelfs een metaaldetector bij de inlaat te plaatsen. Het risico op stofexplosies moet ook worden aangepakt door een explosiebestendige breker te gebruiken of door beschermingsmaatregelen te treffen (explosiepanelen, onderdrukkingsystemen, enz.).

3. Industriële hamerbrekers

Hamerbrekers worden typisch toegepast in grote industriële processen die een hoge doorvoer vereisen, terwijl een relatief fijn product wordt gegarandeerd.

Grote hamerbrekers kunnen een capaciteit bereiken van 20-50 ton/u, afhankelijk van de gewenste korrelgrootte (fijner = lagere capaciteit; grover = hogere capaciteit). Materialen met een grootte tot 60 mm kunnen worden vermalen tot ~1 mm, terwijl, als de toevoer al fijn is (10 mm), hamerbrekers korrelgroottes kleiner dan 500 micron kunnen bereiken.

Bron

[Liu] "Hammer Milling and Jet Milling fundamentals", Gary Liu, CEP, 2017