Co to jest granulowanie i peletowanie.

Granulowanie Kompaktowanie Densyfikacja

Granulaty i pellety: to samo, ale dotyczą innych surowców

Technologie zagęszczania lub kompaktowania, zwane także densyfikacją poprzez proces granulowania mają coraz szersze zastosowanie w wielu dziedzinach przemysłu.

Czym jest granulowanie - peletowanie?

Granulowanie i pelletowanie polega na sklejkowaniu cząsteczek surowca podczas kompresji w wysokiej temperaturze, w otworach matrycy granulatora. Niezależnie od typu matrycy – pierścieniowa lub płaska – jakość granulek zależy od siły i wytrzymałości wiązań miedzy cząsteczkami surowca. Na nią wpływa odpowiedni dobór parametrów matrycy do składu surowca, temperatura matrycy, ciśnienie, ewentualne lepiszcze i wcześniejsza obróbka termiczna surowca.

Surowce zgranulowane posiadają szereg zalet:

łatwość precyzyjnego dozowania,
niskie koszty transportu,
niski stopień pylenia,
stały skład,
stabilne parametry fizykochemiczne.

Na jakość granulatu i wydajność linii produkcyjnej ma ogromny wpływ cały obszar technologiczny na który składają się poszczególne funkcjonalne podsekcje produkcyjne związane głownie z dozowaniem, naważaniem, rozdrabnianiem, uszlachetnianiem, mieszaniem, kondycjonowaniem, sterylizowaniem, utwardzaniem i redukcją wilgotności, czyszczeniem i pakowaniem.

Granulowanie i pelletowanie składa się z 3 podstawowych etapów:

Poszczególne cząstki surowca są przekształcane do postaci ścisłej masy o stałym składzie i parametrach, w której większość zachowuje swoje oryginalne właściwości. Energia masy jest rozproszona poprzez tarcie wewnątrzcząsteczkowe oraz tarcie cząstek o ściany.
W drugim etapie cząstki surowca są ściskane ze sobą i znacznie zwiększa się ich wzajemne oddziaływanie. Wtedy zaczyna się proces deformacji plastycznej, który odbywa się w matrycy granulatora. Cząstki łączą się przez siły elektrostatyczne oraz siły van der Waalsa (oddziaływania między dipolem trwałym a wzbudzonym (indukowanym).
W końcowym etapie następuje redukcja objętości surowca, której skutkiem jest wzrost gęstości i masy usypowej surowca, teraz już w postaci granulatu.

W czasie granulowania około 40% mocy granulatora jest zużywane na kompresję surowca, a reszta na przezwyciężenia tarcia podczas kompresowania. Dodanie odpowiedniej ilości wody, w celu zwiększenia wilgotności, obniża całkowitą moc niezbędną do granulowania. Dlatego nasze granulatory z serii GR są wyposażone w kondycjonery z możliwością podłączenia instalacji wodnej lub Zespołu Redukcji i Stabilizacji Pary.

Czynniki wpływające na proces granulowania i peletowania

>> Zmienne związane z procesami granulowania i peletowania

:: Temperatura

Wypadkowymi jakości granulatu są gęstość oraz wytrzymałość, na które istotny wpływa ma temperatura. Przy stałej i odpowiedniej wartości poziomu wilgotności surowca, podwyższenie temperatury obniża minimalną moc, wymaganą do uformowania granulek. Ponadto odpowiednia temperatura procesu wpływa na stabilność ich gęstości oraz rozmiarów.
Ważne jest takie dobranie matrycy, aby stopień spiętrzenia nie przekroczył ustalonych wielkości, ponieważ wtedy dojdzie do przypalenia granulek, a nawet do ich zapalenia. Podgrzanie surowca do optymalnej temperatury odbywa się w kondycjonerze za pomocą suchej pary wodnej, generowanej w kotle parowym (zobacz Zespół Redukcji i Stabilizacji Pary).

:: Ciśnienie

W czasie granulowania rolki wtłaczają surowiec do otworów matrycy z odpowiednio dobranym naciskiem. Siła nacisku zależy głównie od surowca, średnicy otworów w matrycy i mocy granulatora. Z punktu widzenia budowy matrycy i rolek zmienia się ich szerokość robocza dostosowana do wielkości granulatora, która ma zasadnicze znaczenie dla wydajności procesu.
Granulatory GRP i GRB mogą współpracować z nieco szerszymi matrycami niż przyjęte w branży dzięki większemu momentowi obrotowemu. Skutkiem tego jest wysoka wydajność przy zachowaniu odpowiedniej jakości granulatu.

:: Czas przetrzymania i uspokojenia

Te czynniki mają wpływ na jakość granulatu, z uwagi na procesy odbywające się wewnątrz otworów w matrycy. Są bezpośrednio związane z ciśnieniem i stopniem spiętrzenia matrycy. Przykładowo trociny dębowe lepiej peletują się przy niższym ciśnieniu, ale nieco dłuższym czasie przetrzymania, co skutkuje lepszą gęstością granulek. Czas uspokojenia granulki wpływa na jej gęstość i zależy od sposobu opuszczenia granulki z matrycy, długości całkowitej otworu matrycy oraz stopnia i trybu kompresji.
Parametry surowca mają podstawowe znaczenie. W przypadku złych parametrów granulowania następuje rozszerzenie lub rozpad granulki i zwiększenie porowatości powierzchni. Dlatego najdłuższy możliwy czas uspokojenia ma taki wpływ na jakość. Wpływ na czas przetrzymania i uspokojenia ma także ilość rolek pracujących z matrycą.

:: Konstrukcja matrycy i prędkość obrotowa

Każda matryca, pierścieniowa lub płaska, ma kilka niezmiernie ważnych dla procesu granulowania parametrów, które sprowadzają się głownie, ale nie jedynie, do tzw. stopnia spiętrzenia. Te parametry wpływają na ilość surowca – czyli wydajność, oraz ilość energii – czyli pobór mocy.
Stopień spiętrzenia określa się indywidualnie dla każdego składu surowcowego oraz wilgotności i jest to stosunek długości otworu do średnicy otworu. Zależność jest prosta: wzrost długości roboczej otworu zwiększa ciśnienie granulowania (siłę nacisku i pobór mocy), a zwiększenie średnicy otworu redukuje to ciśnienie. Te czynniki wpływają na koszty produkcji, dlatego dobór odpowiedniego stopnia spiętrzenia jest tak ważny.

:: Prędkość obrotowa matrycy

Wspomnieliśmy wcześniej o czasie przetrzymania surowca w matrycy, który zależy od długości roboczej i całkowitej otworu oraz prędkości obrotowej.
Czas ten zależy także od prędkości obrotowej matrycy, która powinna być relatywnie niska ponieważ wpływa na np. pożądaną szklistą powierzchnię granulek.
Prędkość obrotową matrycy i parametry surowca, należy brać pod uwagę przy decyzji o ilości rolek wygniatających, zwłaszcza w granulatorach z matrycą pierścieniową.

>> Zmienne związane z granulowanym surowcem

:: Poziom wilgotności

Wilgotność ma kluczowe znaczenie w procesie formowanie granulek.
W surowcach organicznych podczas densyfikacji odpowiednia wilgotność ułatwia żelatynizację skrobi, denaturację białek i zwiększa rozpuszczalność włókien.
Biomasa potraktowana gorącą i suchą parą technologiczną zagęszcza się skuteczniej ponieważ dodatkowe ciepło modyfikuje parametry fizykochemiczne, które wpływają pozytywnie na sklejkowanie.
Zbyt niska lub wysoka wilgotność powoduje produkcję granulatu o złych parametrach, lub w ogóle nie dochodzi do zagęszczania.

:: Wielkość i kształt cząstek

Generalnie, gęstość i wytrzymałość granulek jest odwrotnie proporcjonalna do rozmiaru cząstek, ponieważ mniejsze cząsteczki mają większy obszar powierzchni stycznych podczas zagęszczania.
Ponadto większa powierzchnia ułatwia absorbcję wody lub pary wodnej dodawanej w podczas kondycjonowania, co bardzo wspiera proces ich wiązania.
Odpowiedni rozmiar cząstek w połączeniu z prawidłowo dobraną matrycą podwyższa wydajność i redukuje pobór mocy, co obniża koszty produkcji.
Jednak zbyt drobny surowiec (np. pył) może doprowadzić do blokowania się zespołu granulującego, zwłaszcza w tanich granulatorach.

:: Rodzaj i skład surowca

Znajomość zachowania się surowca podczas granulowania, w zależności od jego składu lub receptury i przy udziale czynników wspierających ma ogromne znaczenie dla wydajności całego procesu produkcyjnego oraz wydajności i jakości.
Granulowanie pasz, biomasy czy innych organicznych surowców wymaga dostosowania parametrów procesów do takich składników jak skrobia, białka, tłuszcze, celuloza, hemiceluloza, lignina, uszlachetniacze i substancje wiążące.
Każdy z nich może mieć różny wpływ końcowy produkt, a ich kombinacja z fizycznymi i mechanicznymi procesami daje setki kombinacji i możliwości popełnienia błędu.

NPT Nawrocki | Suszarnia Tasmowa Do Trocin

Obróbka wstępna surowca przed granulowaniem

Przygotowanie surowców do granulowania gra fundamentalną rolę ponieważ zwiększa plastyczność, wydajność i jakość produktu finalnego. Odpowiedni proces produkcyjny pomaga zredukować konsumpcję energii elektrycznej i zgranulować surowce przeznaczone dla różnych grup odbiorców.

:: Rozdrabnianie (mielenie, śrutowanie)

Przed densyfikacją surowiec jest poddawany mieleniu, najczęściej w młynach bijakowych, choć spotyka się także innego typu, np. młyny dyskowe.
Jest to proces przynajmniej jednoetapowy, choć w biomasie leśnej lub rolniczej występuje rozdrabnianie dwu- lub trzyetapowe.
Od rozmiaru cząstek zależą takie cechy jak charakterystyka sklejkowania i mechaniczne właściwości granulek.

:: Wstępna obróbka termiczna

Jest często stosowana ponieważ podwyższa jakość granulatu poprzez uaktywnianie substancji wiążących (lignina).
Odbywa się najczęściej w kondycjonerze lub sterylizatorze. Ma wpływ na wyższą wydajność linii produkcyjnej, co się przekłada na obniżenie kosztów.

:: Kondycjonowanie hydrotermiczne

Jest to mniej popularna technologia polegająca na podaniu do specjalnego reaktora ze surowcem gorącej pary pod wysokim ciśnieniem. Stosuje się w przemyśle paszowym.

:: Toryfikacja

Polega na prażeniu biomasy w celu usunięcia składników powodujących dymienie, wzrost zawartości węgla i kaloryczności. Z toryfikowanej biomasy produkuje się granulat energetyczny.

Fizyczne cechy pelletów i granulatów

:: Wilgotność (%)

Odpowiednia wilgotność granulatu wpływa na satysfakcjonującą cenę sprzedaży. Wynika ona z wartości opałowej w przypadku granulatu energetycznego, kaloryczności w paszach.
Zbyt niska wilgotność przyczynia się do niższych zysków, podobnie jak zbyt wysoka.
Dlatego skuteczny i precyzyjny system suszenia surowców i dozowania wody lub pary jest niezmiernie ważny ponieważ wpływa na wyniki finansowe.

:: Gęstość usypowa (kg/m3)

Jest to masa surowca (zwykle suchego) podzielona przez objętość całkowitą. Ma duże znaczenie dla obniżenia kosztów transportu.
Granulat idealnie nadaje się do pakowania w worki (np. 15 kg) i w big-bagi (500, 1000 kg) przez co jego transport jest znacznie mniej kosztowny, niż transport surowców niezagęszczonych.
Wysoka gęstość usypowa to także łatwość dozowania i prawie całkowity brak pylenia, w przypadku prawidłowo przeprowadzonego czyszczenia, pakowania i transportu.

:: Indeks wytrzymałości mechanicznej (%)

Jest to parametr jakościowy, który określa zdolność granulatów do transportu i przechowywania w niezmienionym stanie. Im wyższy wynik, tym lepszy towar.

:: Szklistość

Klienci końcowi preferują granulaty o gładkiej i szklistej powierzchni, niż matowe i postrzępione. Dlatego warto skupić się na produkcji wyłącznie tych pierwszych, ponieważ dostaje się za nie więcej pieniędzy.
Szklistość jest pochodną gęstości i gładkości powierzchni otworów matrycy, dlatego na nią wpływa prawidłowe rozdrobnienie surowca, optymalna temperatura matrycy i jej stopień spiętrzenia oraz wilgotność.

:: Długość (mm)

Wysokiej jakości granulat ma relatywnie niską tolerancję długości. W zależności od przeznaczenia jest ona ustalana przez regulację noży na matrycy granulatora.
Osiągnięcie minimalnego rozrzutu długości w granulatorach GR jest możliwe dzięki zastosowaniu nawet 3 noży. Równa długość jest ważna zwłaszcza dla użytkowników kotłów na pellety.

:: Pylistość (%)

Granulaty produkowane w zbyt niskiej temperaturze i wilgotności, w źle dobranych matrycach mają niższą wytrzymałość mechaniczną.
Pyły i okruchy są bardzo niepożądanymi substancjami, zwłaszcza w granulatach paliwowych (wybuchowa chmura pyłu w zbiorniku paliwa), a już najmniej w paszach, np. króliczych.
Pyły tworzą się podczas transportu i magazynowania w wyniku wzajemnego tarcia.
W redukcji ilości pyłów priorytetowe znacznie kompletny proces technologiczny, który zapewnia odpowiednie rozdrobnienie surowca, podgrzanie i ustalenie odpowiedniej wilgotności, zgranulowanie, schłodzenie i utwardzenie, a następnie oczyszczenie w przesiewaczach wibracyjnych. Nie wolno pomijać żadnego etapu produkcyjnego.

:: Wartość kaloryczna (MJ/kg lub GJ/T)

Jest równie ważna w granulatach paliwowych jak i paszach, a optymalną wartość osiąga się poprzez zarządzanie procesami związanymi z wodą i parą wodną oraz dozowaniem tłuszczów w przypadku pasz.
Generalnie granulki o wyższej gęstości są bardziej kaloryczne, co wymaga mocnych granulatorów, które są w stanie obsłużyć matryce z odpowiednio wysokim stopniem spiętrzenia.