Разновидности экструдеров и их назначение

Чтобы понять, как работает экструдер, достаточно представить себе привычную мясорубку. Принцип действия этих устройств во многом совпадает. Экструдер представляет собой электромеханический аппарат, который состоит из нескольких главных блоков:

Цилиндр,

Фильерная пластина (экструзионная головка), дающая готовому изделию форму. Она устанавливается на экструдерах, производящих профиль. В случае если производятся различного вида пластмассовые изделия, разогретая полимерная масса через сопло поступает в пресс-форму. Для нагрева сопла устанавливаются отдельные хомутовые нагреватели на сопло

Узел загрузки сырья. Через него гранулированное или измельчённое полимерное сырьё попадает внутрь цилиндра.

Рабочий орган. Сердцем экструдера является червяк (шнек) — вал с винтовой поверхностью, который, вращаясь, увлекает с собой сырьё, проталкивая его по цилиндру к формирующим насадкам. Это самый распространённый вид экструдера. Реже встречаются устройства, оснащённые поршневым рабочим органом, а также его дисковым аналогом.

Механический блок, состоящий из электродвигателя и системы редукторов, с помощью которых осуществляется вращение шнека в цилиндре.

Блок управления и контроля.

Экструдер. Виды и устройство. Работа и применение. Особенности

Экструдер – машина для производства длинномерных изделий из пластичных или сыпучих веществ. Аппарат пропускает загруженные материалы сквозь тонкое отверстие под высоким давлением, иногда с предварительным подогревом, что приводит к уплотнению вещества. Подобные машины нашли широкое применение в различных сферах производства.

Где используется экструдер

Экструдеры нашли широкое применение в различных отраслях современной промышленности. Их применяют для производства:

Кормов для животных.
Шоколадных батончиков.
Макаронных изделий.
Провода для 3D принтеров.
Пластиковых труб.
Профиля из поливинилхлорида.
Полиэтиленовой пленки.
Топливных брикетов.

Оборудование, работающее по типу экструдера, встречается повсеместно. Без него не обошлось производство гранулированного корма для животных, а также макарон, длинномерных пустотелых изделий из пластика и т.д. Системы, используемые для определенных целей, имеют небольшие отличия в техническом плане, но работает по одинаковому принципу.

Разновидности экструдеров по принципу работы

По принципу работы экструдеры разделяют на 3 вида:

Шнековые.
Плунжерные.
Плоскощелевые.

Шнековый экструдер является самым распространенным. Он работает по принципу мясорубки. Внутри устройства имеется вращающийся шнек со спиралью, который захватывает загружаемый материал и продавливает его сквозь тонкое отверстие. В результате масса уплотняется и приобретает твердость. От создаваемого давления поднимается температура сырья, что способствует увеличению эффективности сварки компонентов. Подобные виды являются самыми дешевыми по сравнению с другими. Кроме конструкции с одним шнеком также существуют и двухшнековые экструдеры. Они создают еще более эффективное сжатие, но и стоят дороже. Подобные устройства обычно используют для производства кормов, а также различных изделий пищевой промышленности.

Плунжерные экструдеры в отличие от шнековых проводят точное дозирование материала, перед тем как задать ему определенную форму. Подобные устройства применяют для переработки резины или пластика.

Плоскощелевые экструдеры предназначены для производства рулонных изделий, таких как стрейч-пленка, пленка для теплиц, пластиковые и пропиленовые листы. В них подогретый и тягучий материал выдавливается сквозь плоскую широкую щель и быстро охлаждается, в результате чего тот сохраняет свою форму. Подача материала осуществляется с помощью гидравлического пресса, шнека, или другим механизмом.

Кормовые экструдеры

Кормовые экструдеры обычно представлены оборудованием со шнековой конструкцией. Они предназначены для переработки зерновых культур, а также травянистых растений в комбикорм. Существует две разновидности подобных систем. Первая просто осуществляет экструзию, давая на выходе длинную трубку, а вторая создает готовые гранулы.

Обычные экструдеры

Обычная экструзия позволяет перерабатывать цельное зерно в длинную хрустящую трубку, которая на выходе поддается дроблению в хлопья. Такой корм является более приемлемым, чем сырье загружаемое для переработки. Дело в том, что в результате сдавливания осуществляется прогрев массы. Это способствует уничтожению подавляющего большинства микроорганизмов, которые способны вызывать пищевые расстройства. Кроме этого питательные вещества запекаются как в духовке, что улучшает их усваивание организмом животного.

Фактически, благодаря экструзии можно используя такой же объем корма добиться более высоких показателей роста животных. Подобное оборудование имеет и недостаток. Получаемую в результате трубку зачастую необходимо разламывать на хлопья вручную. Также существует сложность в отмеривании порции. В зависимости от того насколько крупные хлопья, фактическая масса продукта в определенном объеме может отличаться. В связи с этим при отмеривании порции для кормления принято ее взвешивать, а не использовать мерную тару.

Грануляторные экструдеры

Экструдер работающий по принципу гранулятора является менее эффективным в плане обеззараживания загруженной массы. На выходе получаются мелкие гранулы, которые обладают высокой твердостью. Они не столь хрупкие, как пищевые трубки обычного экструдера. С целью повышения качества продукции зачастую осуществляется обработка сразу двумя способами экструзии. Сначала формируются хлопья, которые эффективно прожариваются, после чего применяется грануляторный экструдер.

Подобное оборудование работает по принципу мясорубки. Сквозь пресс-форму выдавливаются прутики корма, которые обрезаются вращающимся ножом. Благодаря этому получаются полностью идентичные друг другу гранулы. При использовании гранулярного экструдера загружается не цельное зерно, а ранее перемолотые смеси. Зачастую в их состав входят зерновые культуры, витамины, микроэлементы, травяная мука, а также сухое мясо, если речь идет о корме для собак, кошек или других плотоядных животных.

Экструдеры для пищевой промышленности

Особой популярностью экструдеры пользуются в пищевой промышленности. Подобные устройства используются для формирования различных продуктов. Они работают не только с сухими веществами, но и влажными. К примеру, такие изделия как крабовые или рыбные палочки делаются именно с помощью такого оборудования. Загруженная масса уплотняется и выдавливается. Подобные устройства зачастую работают без нагрева, просто уплотняя холодную массу. Множество батончиков и конфет также делаются по данному принципу. Выдавленные заготовки в последствии обливаются горячим шоколадом, благодаря чему грубая формовка экструдером незаметна.

Один из самых старых экструдеров, которые используются в пищевой промышленности, являются формовочные машины для производства макаронных изделий. Они также работают по шнековому принципу. Их конструкция практически ничем не отличается от кормового экструдера. При этом существует одно важное отличие. В них загружается не сухая масса, а готовое тесто из твердых сортов пшеницы. Ранее подготовленное и хорошо раскатанное с помощью валиков до однородной субстанции тесто продавливается сквозь формовочную головку, в результате чего получаются макаронные изделия. Далее вращающийся нож обрезает их на одинаковом расстоянии, после чего на конвейерную ленту падают уже готовые макароны.

Фармакологическое оборудование

Экструдеры нашли свое применение и в фармакологии. Многие таблетки, а также батончики гематогена сделаны именно с помощью подобного оборудования. В фармакологии, где очень важна дозировка, зачастую используется не шнековые, а плунжерные установки. Они позволяют с высокой точностью добиться того, чтобы каждая таблетка полностью соответствовала требуемой массе, поскольку даже сотая доля миллиграмма действующего вещества может иметь огромное значение в лечении.

Читайте также Лебёдка из стартера

Экструдеры для производства полимерных изделий

Экструдер стал находкой для промышленных предприятий, которые занимаются производством полимерных изделий. Себестоимость использования этого оборудования максимально выгодная. Оно стоит дешевле, чем установки действующие по другим принципам, а кроме этого обеспечивают вполне качественный результат. Экструдеры нашли свое применение в самых разнообразных сферах переработки полимеров.

Существуют устройства, которые предназначены для переработки вторсырья. Отработанные ПЭТ бутылки, пластиковые пакеты, и прочие изделия из полимеров измельчаются с помощью промышленных шредеров, после чего крошка загружается в экструдер для вторсырья. Он расплавляет массу и формирует из нее мелкие гранулы. Попутно данное оборудование может использовать краску, чтобы выровнять цвет всей массы. Полученные таким способом гранулы продаются на различные предприятия, которые делают из них канализационные трубы, тротуарную плитку, ведра и прочие изделия.

Стоит отметить, что экструдеры, которые используются для обработки полимеров, имеют более сложную конструкцию в сравнении с теми, что работает с пищевыми продуктами для людей или животных. Данные установки имеют дополнительную систему нагрева, которая обеспечивает текучесть пластика, доводя его консистенцию практически до состояния сгущенки. После выхода материала из такого экструдера обеспечивается дополнительное охлаждение. Это позволяет вернуть полимеру его нормальную твердость, что предотвращает нарушение заданной формы полученным изделием.

Самыми технически сложными являются экструдеры, которые занимаются изготовлением профиля для пластиковых окон, а также труб. После того как материал проходит сквозь пресс-форму, он обладает еще повышенной мягкостью, поэтому с помощью системы валиков пропускается через ванну для охлаждения. Также на подобной экструдерной линии устанавливается ультразвуковое оборудование для тестирования стенок изделий. В случае выявления пустот или тонких участков осуществляется предупреждение оператора о необходимости наладки.

Особого внимания заслуживают экструдеры предназначенные для производства пленок. Они имеют плоскую щелевую пресс-форму, сквозь которую выдавливается полиэтилен или другой материал. После прохождения сквозь формовочный пресс, масса приобретает плоскую форму и сразу же охлаждается вентиляторами. Она накручивается на валик до его заполнения. После этого пленка обрезается, и процесс начинается заново.

Подобные экструдеры особенно требовательные к загружаемому сырью. Оно не должно иметь никаких примесей. Если оборудование, которое занимается производством труб, может стерпеть мелкий сор, то на пленке это будет заметно. В связи с этим используя такой экструдер необходимо позаботиться о соблюдение чистоты на производстве.

Область применения

Изготовление изделий путем экструзии используется в различных сферах:
1. Электротехническая промышленность — создание оболочек для кабелей, деталей инструментов и оборудования.
2. Строительная отрасль — производство труб, ПВХ профиля, полимерных пленок, тепловых изоляционных материалов.
3. Пищевая отрасль — изготовление макарон, лапши, батончиков из шоколада;
4. Сельское хозяйство — комбикорма, топливные брикеты.
5. Медицина, фармакология — трубки, батончики гематоген, таблетки.

Экструзионные линии работают одинаково. Различия в конструктивном исполнении, технических параметрах и режимах зависят лишь от требований к конечному продукту.

Соэкструзия и коэкструзия.

Соэкструзия — это технология, использующаяся для получения многослойных пленок.

В качестве сырья может использоваться: полиэтилен низкой и высокой плотности, полипропилен, полиамидная пленка и др. полимеры. Гранулят этих пластических масс плавится в разных экструдерах, после чего соединяется и проходит через одну формовочную фильеру (головку). Для прочного склеивания нужно, чтобы молекулярная сетка полимеров была похожа по структуре. Но если нужно связать барьерный слой, например, EVOH и линейный полиэтилен, то потребуется специальные вяжущие сополимеры.

Соэкструзионные многослойные пленки используются для вакуумирования продуктов, как транспортная упаковка, с/х пленка (для мульчирования, пленка с эффектом антифог), упаковка фармацевтических препаратов.

По похожей технологии, которая получила название коэкструзия, изготавливают панели сайдинга и профиль ПВХ. Поливинилхлорид — основа профиля, занимает около 80% толщины панели, оставшиеся 20% — акрил. Как и в случае соэкструзии, используется работа двух коэкструдеров, где отдельно плавят ПВХ и акрил. Соединяются эти расплавы в щелевой филере, откуда выходят уже готовым спаянным изделием.

Принцип работы экструдера

Экструдер представляет собой электромеханическое устройство, непосредственное предназначенное для процесса формовки пластмассовых профильных деталей их полуфабрикатов. Общее устройство экструдера для пластика:

Корпус с системой нагрева до необходимой температуры плавления полимеров. В качестве источника тепловой энергии могут использоваться привычные резистивные системы или индукционные, создающие высокие температуры за счет наведенных на их корпус высокочастотных индукционных токов Фуко.
Узел загрузки, через который различными способами сырье поступает в полость корпуса.
Рабочий орган, создающий необходимое давление для перемещения сырья от узла загрузки до формующих насадок. Используются различные физические принципы, так это механизм может быть поршневым, дисковым или шнековым. Наибольшее распространение получили именно шнековые экструдеры.
Экструзионная головка (иначе – фильера), задающая форму получаемых изделий.
Механический привод (двигатель и редукторная система), создающий и передающий на рабочий орган необходимое усилие.
Системы контроля и управления, поддерживающие необходимый технологический режим.

Загруженное в виде гранул, порошка или лома сырье под действием рабочего органа перемещается в рабочую зону корпуса, где под действием давления, трения и подаваемой извне температуры нагревается и плавится до состояния, требуемого по условиям технологического процесса.

В ходе движения в полости корпуса сырье тщательно перемешивается до однородной гомогенизированной массы.

Под действием высокого давления расплав продавливается через сетчатые фильтры и формующие головки, где происходят его окончательная гомогенизация и придание заданного профиля.

Затем, охлаждаясь естественным или принудительным способом, он полимеризуются, и в итоге получаются изделия необходимой конфигурации с заданными физическими и механическими свойствами.

Видео: «Как работает экструдер?»

Принцип работы экструдера

После подачи зерна в бункер процессы внутри аппарата проходят без постороннего вмешательства. При помощи вибрации материал подается в рабочую зону агрегата, где подвергается трехфазной обработке.

Перерабатываемый материал не нужно запаривать или подвергать каким-либо дополнительным обработкам!

После попадания в экструдер зерно проходит термическую обработку при температуре от 110 до 160 градусов под давлением до 40 атмосфер. При выбросе зерна из данного отсека давление резко падает, вода, содержащаяся в клетках, превращается в пар и увеличивается в объеме в 1000 раз. В результате происходит взрыв внутри зерна, благодаря чему оно вспучивается, приобретает пористую структуру, увеличивается в объеме и лучше поддается формовке.

После продавливания через профилирующий инструмент из экструдера выходит вспученный стренг, имеющий форму жгута. При наличии отсекателя величина фракции составляет примерно 10-50 мм.

Процесс экструдации происходит примерно за 30 секунд, что обеспечивает высокую производительность при минимальных затратах энергии. Нагрев и сжатие зерна проходит без ТЭНов и гидравлики, только за счет электродвигателя.

Применяются три метода экструзии:

Холодная формовка;
Теплая обработка;
Горячая экструзия.

Фундамент для установки экструдера не нужен. Он устанавливается на любую ровную поверхность, даже на земляной пол!

Сухая экструзия

Весь процесс занимает не более 30 секунд. Этого времени хватает для измельчения, тепловой обработки, обезвоживания, смешивания, обеззараживания, стабилизации и увеличения объема. Можно сделать экструдер своими руками, работающий по данной технологии. Для этого потребуется приобрести все элементы для будущего механизма, которые в дальнейшем будут соединены в соответствии со схемой прибора. Вам понадобится шнек подходящей конфигурации, электродвигатель, который станет основой механизма, корпус будущего прибора, подающая емкость и емкость на выходе, камера, в которой будет создаваться вакуум.

Читайте также Распиновка проводов

Экструдер и гранулятор — это аппараты для изготовления комбикормов. В их работе есть некоторые схожие моменты, но в целом они довольно сильно отличаются друг от друга. Оба аппарата имеют свои плюсы и минусы. Прежде чем купить тот или иной аппарат, необходимо понять отличия гранулятора от экструдера. Узнав принципы работы, преимущества и недостатки обоих видов оборудования по производству кормов, можно принять обоснованное решение, что лучше приобрести: экструдер или гранулятор.

Что такое экструдер?

Экструдер для кормов пользуется заслуженной популярностью в производстве среди владельцев фермерских хозяйств. Главным действующим принципом такого аппарата является экструзия — это процесс обработки зерновых культур при помощи пресса под давлением 60 атмосфер, при высокой температуре. Такое воздействие занимает всего 10-13 секунд.

Зерно при этом деформируется и вспучивается, превращаясь в цельную однородную массу. Не все пользователи подобных устройств, знают об экструзии, что это такое и чем полезно: на самом деле, экструдирование позволяет перевести сложные сахара, содержащиеся в зерне и зерновых отходах (клетчатка, крахмал) в простые моно- и дисахара, которые усваиваются животными на 100%.

Существуют различные по мощности экструдеры для приготовления кормов: для небольшого хозяйства с минимальным расходом подойдут аппараты мощностью 25-45 кг/ч, а для более широкого производства необходимо устройство более высокой мощности, до 1,5 т/час. Продукт, получаемый в результате экструзии, напоминает по виду и консистенции кукурузные палочки. Он готов к использованию и пригоден для хранения, в отличие от чистого зерна.

Экструдер применяется для переработки зерна в комбикорма для домашних животных. Таким образом зерно усваивается гораздо лучше, на переваривание его требуется значительно меньше времени.

Что такое гранулятор?

Гранулятор — это устройство, которое с помощью особого процесса — грануляции позволяет производить корма в виде прессованных гранул — так называемых пеллет. Грануляция — это, выражаясь более простым языком, комкование тонкоизмельченных материалов.

После первичного комкования тонкодисперсного материала гранулы, или пеллеты, могут уплотняться. Сырье для производства гранул должно быть достаточно влажным, содержать клейкие вещества и быть очищенным от посторонних примесей.

Процесс производства включает в себя следующие этапы:

размельчение первичного сырья в специальной дробилке;
сушка размельченного материала в барабанной или аэродинамической сушилке;
доведение до нужной степени влажности: если вещество слишком сухое, его обрабатывают горячим паром;
вторичное измельчение сырья;
переработка полученной массы в грануляторе, изготовление и уплотнение пеллет.

Существует много разновидностей грануляторов различной конструкции.

Наиболее распространены пресс-грануляции. Конструкция аппарата включает в себя основную раму, грануляторный пресс и дверцу. Сырье поступает в перемешивающее устройство гранулятора через дозатор, затем из готовой смеси с помощью роллеров выдавливается масса, из которой формируются будущие пеллеты: они режутся специальными ножами, затем после остывания готовы к использованию. Грануляторы применяются не только для кормовых, но и для топливных пеллет.

Сравнение экструдера и гранулятора

Что лучше — экструдер или гранулятор? Понять это можно, сравнив преимущества и недостатки обоих аппаратов и продукции, которую можно изготовить с помощью них. Если сравнивать принцип действия экструдера и гранулятора, отличия будут принципиальными: экструдер нагревает сырье, а затем прессует однородную массу, а гранулятор уплотняет предварительно измельченное сырье в гранулы-пеллеты. Экструдер, цена которого зависит от производительности аппарата и бывает зачастую довольно высокой, неплох для заготовки комбикормов для больших и малых фермерских хозяйств.

Однако гранулятор имеет массу преимуществ:

имеет более высокую производительность при доступной цене, перерабатывает в единицу времени большее количество сырья;
несложен в применении;
на выходе выдает качественный продукт, уже готовый к употреблению, что позволяет сократить время производственного цикла;
позволяет осуществлять переработку отходов и перейти на безотходное производство;
изготовленные пеллеты за счет небольшого размера удобны в хранении, не занимают много места.

Нестандартные и перспективные экструдеры

Напоследок стоит упомянуть несколько нетипичных экструдеров.

Например, это некоммерческие версии печатающей головки, способные смешивать несколько видов филамента. Фактически, это три отдельных экструдера с одним общим соплом.

Также, в опубликованном MakerBot патенте говорится об устройстве, позволяющем оперативно сменять филамент по время печати. Подробнее — в соответствующей статье.

Здесь же стоит упомянуть медицинскую 3D-ручку BioPen и строительные 3D-принтеры, действующие по принципу экструдера пасты.

Разновидности экструдеров и их назначение