Выберите правильную технологию сушки

Сушка материала неизбежна для каждого переработчика пластмасс. Это также имеет решающее значение для производства высококачественной-продукции. Выбор подходящей технологии сушки помогает сэкономить затраты и снизить энергопотребление, а правильная оценка технологии сушки и затрат имеет важное значение для выбора подходящей технологии.

Увеличение содержания воды постепенно снижает сдвиговую вязкость материала. Изменение свойств течения расплава в процессе переработки приводит к соответствующим изменениям качества продукции и ряда параметров обработки. Например, слишком длительное время выдержки может привести к низкому содержанию остаточной влаги, повышению вязкости, что приведет к неполному заполнению формы и пожелтению материала. Более того, некоторые изменения свойств не наблюдаются напрямую, а могут быть обнаружены только посредством соответствующих испытаний материалов, например, изменения механических свойств и диэлектрической прочности.

При выборе процесса сушки определение свойств сушки материала имеет первостепенное значение. Материалы можно разделить на гигроскопичные и не-гигроскопичные. Гигроскопические материалы поглощают влагу из окружающей среды, а не-негигроскопические материалы этого не делают. В случае не-гигроскопичных материалов любая влага, присутствующая в окружающей среде, остается на поверхности, превращаясь в «поверхностную влагу», которую легко удалить. Однако гранулы, изготовленные из не-гигроскопичных материалов, могут стать гигроскопичными из-за добавок или наполнителей.

Кроме того, расчет энергопотребления для процесса сушки может варьироваться в зависимости от сложности обработки и других факторов, поэтому представленные здесь цифры предназначены только для справки.

Конвекционная сушка

Для не-гигроскопичных материалов можно использовать сушилки горячим воздухом. Влага слабо связывается межфазным натяжением между материалом и водой, что облегчает ее удаление. Эти машины работают с помощью вентилятора, который всасывает окружающий воздух и нагревает его до температуры, необходимой для сушки конкретного материала. Нагретый воздух проходит через сушильный бункер и нагревает материал за счет конвекции для удаления влаги.

Сушка гигроскопичных материалов обычно включает три стадии: на первой стадии испаряется поверхностная влага материала; второй этап фокусирует испарение внутри материала, где скорость сушки медленно снижается, а температура материала начинает повышаться; на заключительном этапе материал достигает гигроскопического равновесия с осушающим газом. На этом этапе устраняется разница температур внутри и снаружи. В конце третьего этапа, если высушенный материал больше не выделяет влагу, это не означает, что он свободен от влаги, а просто указывает на то, что между частицами и окружающей средой установилось равновесие.

В технологии сушки важнейшим параметром является температура точки росы воздуха. Температура точки росы — это температура, при которой относительная влажность достигает 100 % при сохранении постоянной влажности влажного воздуха. Он представляет собой температуру, при которой воздух достигает точки конденсации. Как правило, чем ниже точка росы воздуха, используемого для сушки, тем ниже остаточное содержание влаги и медленнее скорость сушки.

В настоящее время наиболее распространенным методом получения сухого воздуха является использование генератора сухого газа. В основе этого оборудования лежит адсорбционная сушилка, состоящая из двух молекулярных сит, в которых поглощается влага из воздуха. В состоянии сушки воздух проходит через молекулярные сита, которые поглощают влагу из газа, обеспечивая осушенный газ для сушки. В состоянии регенерации молекулярные сита нагреваются до температуры регенерации горячим воздухом. Газ, проходящий через молекулярные сита, собирает удаленную влагу и выносит ее в окружающую среду. Другим методом получения сухого газа является снижение давления сжатого газа. Преимущество этого метода в том, что сжатый газ в питающей сети имеет низкую точку росы под давлением. После снижения давления точка росы достигает примерно 0 градусов. Если требуется еще более низкая точка росы, можно использовать мембранные или адсорбционные осушители для дальнейшего снижения точки росы воздуха до снижения давления сжатого воздуха.

При сушке осушенным воздухом энергия, необходимая для производства сухого газа, должна рассчитываться отдельно. При адсорбционной сушке регенерированное молекулярное сито должно быть нагрето от температуры сухого состояния (приблизительно 60 градусов) до температуры регенерации (приблизительно 200 градусов). Обычно это делается путем непрерывного нагрева газа до температуры регенерации через молекулярное сито до тех пор, пока он не достигнет определенной температуры на выходе из сита. Теоретически энергия, необходимая для регенерации, состоит из энергии, необходимой для нагрева молекулярного сита и адсорбированной в нем воды, энергии, необходимой для преодоления прилипания молекулярного сита к воде, и энергии, необходимой для испарения влаги и повышения температуры водяного пара.

Как правило, точка росы, полученная в результате адсорбции, связана с температурой и влагоемкостью молекулярного сита. Обычно точка росы 30 градусов или меньше позволяет молекулярному ситу достичь влагоемкости 10%. Теоретическая потребность в энергии для производства сухого газа, рассчитанная по источникам энергии, составляет 0,004 кВтч/м³. Однако на практике это значение должно быть немного выше, поскольку в расчетах не учитываются потери тепла и вентилятора. Путем сравнения можно определить удельные энергозатраты различных типов генераторов осушающего газа. Обычно расход энергии на сушку осушающего газа составляет от 0,04 до 0,12 кВтч/кг, в зависимости от материала и исходного содержания влаги. В реальной эксплуатации оно может достигать 0,25 кВтч/кг и выше.

Энергия, необходимая для сушки гранул, состоит из двух частей: энергии, необходимой для нагрева материала от комнатной температуры до температуры сушки, и энергии, необходимой для испарения влаги. Требуемый объем газа обычно определяется на основе температуры сушильного газа, поступающего в сушильный бункер или выходящего из него. Передача тепла от сухого воздуха определенной температуры к гранулам посредством конвекции также является процессом конвективной сушки.

В реальном производстве фактическое потребление энергии иногда намного превышает теоретическое значение. Например, материал может оставаться в сушильном бункере слишком долго, в результате чего для завершения процесса сушки будет расходоваться большее количество газа, или адсорбционная способность молекулярного сита может быть использована не полностью. Реальный способ снизить потребность в сушильном газе и, следовательно, снизить затраты на электроэнергию, — использовать двухступенчатый сушильный бункер. В оборудовании этого типа материал в верхней части сушильного бункера только нагревается, но не сушится, поэтому нагрев может быть достигнут с использованием окружающего воздуха или отходящих газов процесса сушки. При использовании этого метода в сушильный бункер часто необходимо подавать только от 1/4 до 1/3 обычного количества сушильного газа, что снижает затраты на электроэнергию. Еще один метод повышения эффективности осушения осушающего газа — использование термопар и регенерация с контролем точки росы, а немецкая компания Motan использует природный газ в качестве топлива для снижения затрат на электроэнергию.

Вакуумная сушка

В настоящее время вакуумная сушка также проникла в сферу переработки пластмасс. Например, для переработки пластмасс применено вакуумное сушильное оборудование, разработанное американской компанией Maguire. Эта машина непрерывного действия состоит из трех камер, установленных на вращающейся конвейерной ленте. В первую камеру после заполнения гранул подается газ, нагретый до температуры сушки, для нагрева гранул. На выходе газа, когда материал достигает температуры сушки, он перемещается во вторую камеру, где происходит вакуумирование. Поскольку вакуум снижает температуру кипения воды, влага легче испаряется в виде водяного пара, тем самым ускоряя процесс диффузии влаги. Вакуум также создает большую разницу давлений между внутренней частью гранул и окружающим воздухом. Обычно материал находится во второй камере 20-40 минут, но для некоторых высокогигроскопичных материалов может потребоваться до 60 минут. Наконец, материал переносится в третью камеру и удаляется из сушилки.

Как при осушающей газовой сушке, так и при вакуумной сушке энергия, потребляемая на нагрев пластика, одинакова, поскольку оба метода выполняются при одинаковой температуре. Однако при вакуумной сушке сама по себе газовая сушка не потребляет энергии, а энергия необходима для создания вакуума. Затраты энергии, необходимые для создания вакуума, зависят от количества высушиваемого материала и его влажности.

Инфракрасная сушка

Еще один метод сушки гранул – инфракрасная сушка. При конвекционном нагреве теплопроводность между газом и гранулами, между самими гранулами и внутри гранул очень мала, что сильно ограничивает теплообмен. Инфракрасная сушка, поскольку молекулы облучаются инфракрасным светом, поглощенная энергия напрямую преобразуется в тепловые колебания, то есть материал нагревается быстрее, чем при конвекционной сушке. По сравнению с конвекционным нагревом, инфракрасная сушка также предполагает обратный градиент температуры в дополнение к локальной разнице давлений между окружающим воздухом и влагой в частицах. Как правило, чем больше разница температур между сушильным газом и нагретыми частицами, тем быстрее процесс сушки. Время инфракрасной сушки обычно составляет от 5 до 15 минут. В настоящее время процессы инфракрасной сушки представляют собой системы вращающихся трубок, в которых частицы транспортируются и циркулируют по спиральной трубке с несколькими инфракрасными нагревателями в центральной секции. При инфракрасной сушке мощность оборудования можно выбирать исходя из норматива от 0,035 кВтч/кг до 0,105 кВтч/кг.

Как упоминалось ранее, различное содержание влаги в материале приведет к различиям в параметрах процесса. Как правило, различия в остаточной влажности могут быть связаны с разной скоростью потока разных материалов; поэтому перерывы в процессе сушки или запуск и остановка машины приведут к различиям во времени пребывания. При фиксированном расходе газа изменения расхода материала обычно проявляются в изменении температурного профиля и температуры выхлопных газов. Производители сушилок измеряют эти изменения, используя различные методы, и сопоставляют расход сушильного газа с количеством высушиваемого материала, тем самым регулируя температурный профиль сушильного бункера, чтобы обеспечить стабильное время пребывания гранул при температуре сушки.

Кроме того, изменение исходной влажности материала может привести к нестабильности остаточной влажности. Поскольку время пребывания фиксировано, значительное изменение первоначального содержания влаги неизбежно приведет к столь же значительному изменению остаточного содержания влаги. Для достижения стабильной остаточной влажности необходимо измерять как начальную, так и остаточную влажность. Однако из-за низкого содержания остаточной влаги онлайн-измерение затруднено, а длительное время пребывания материала в системе сушки может вызвать проблемы с контролем, если в качестве выходного сигнала используется содержание остаточной влаги. Поэтому производители сушилок разработали новую концепцию управления для достижения стабильного остаточного содержания влаги. Эта концепция управления направлена ​​на поддержание стабильного остаточного содержания влаги за счет использования таких параметров процесса, как начальное содержание влаги в пластике, точка росы входящих и выходящих газов, скорость потока газа и скорость потока гранул в качестве входных переменных. Это позволяет системе сушки быстро настраиваться на основе этих переменных для поддержания стабильного остаточного содержания влаги.

Инфракрасная сушка и вакуумная сушка — новые технологии в переработке пластмасс. Их применение значительно сокращает время пребывания материала и снижает энергопотребление. Однако эти инновационные процессы сушки также относительно дороги. Поэтому в последние годы были предприняты усилия по повышению эффективности традиционной осушающей газовой осушки. Таким образом, при принятии инвестиционных решений необходимо провести тщательную оценку затрат, принимая во внимание не только затраты на закупки, но и трубопроводы, энергию, пространство и техническое обслуживание, чтобы максимизировать отдачу от инвестиций.