Izberite pravo tehnologijo sušenja

Sušenje materiala je neizogibno za vsakega predelovalca plastike. Prav tako je ključnega pomena za proizvodnjo visoko{1}}kakovostnih izdelkov. Izbira ustrezne tehnologije sušenja pomaga prihraniti stroške in zmanjšati porabo energije, pravilna ocena tehnologije sušenja in stroškov pa je bistvena za izbiro ustrezne tehnologije.

Povečanje vsebnosti vode postopoma zmanjšuje strižno viskoznost materiala. Med predelavo spremembe lastnosti tečenja taline vodijo do ustreznih sprememb v kakovosti izdelka in vrsti procesnih parametrov. Na primer, predolgi časi zadrževanja lahko povzročijo nizko vsebnost preostale vlage, povečano viskoznost, kar povzroči nepopolno polnjenje kalupa in porumenelost materiala. Poleg tega nekaterih sprememb lastnosti ni mogoče neposredno opazovati, ampak jih je mogoče zaznati le z ustreznimi preskusi materiala, kot so spremembe mehanskih lastnosti in dielektrične trdnosti.

Pri izbiri postopka sušenja je najpomembnejša prepoznavanje sušilnih lastnosti materiala. Materiale lahko kategoriziramo kot higroskopske ali ne-higroskopske. Higroskopski materiali absorbirajo vlago iz okolja, ne-higroskopski materiali pa ne. Pri ne-higroskopskih materialih vsa vlaga, ki je prisotna v okolju, ostane na površini in postane "površinska vlaga", ki se zlahka odstrani. Vendar lahko zrnca iz ne-higroskopskih materialov postanejo higroskopna zaradi dodatkov ali polnil.

Poleg tega se lahko izračun porabe energije za postopek sušenja razlikuje glede na kompleksnost obdelave in druge dejavnike, zato so tukaj predstavljene številke samo za referenco.

Konvekcijsko sušenje

Za ne{0}}higroskopske materiale lahko uporabite sušilnike z vročim zrakom. Vlaga je ohlapno vezana zaradi mejne napetosti med materialom in vodo, zaradi česar jo je enostavno odstraniti. Ti stroji delujejo tako, da uporabljajo ventilator, ki sesa zrak iz okolice in ga segreje na temperaturo, potrebno za sušenje določenega materiala. Ogrevan zrak prehaja skozi sušilni lijak in s konvekcijo segreva material, da odstrani vlago.

Sušenje higroskopskih materialov na splošno vključuje tri stopnje: prva stopnja izhlapi površinsko vlago materiala; druga stopnja usmerja izhlapevanje v notranjost materiala, kjer se hitrost sušenja počasi zmanjšuje, medtem ko se temperatura materiala začne dvigovati; v končni fazi material doseže higroskopsko ravnovesje s sušilnim plinom. Na tej stopnji se temperaturna razlika med notranjostjo in zunanjostjo odpravi. Če na koncu tretje faze posušen material ne oddaja več vlage, to ne pomeni, da je brez- vlage, ampak preprosto kaže, da je vzpostavljeno ravnovesje med delci in okoliškim okoljem.

Pri sušilni tehnologiji je temperatura rosišča zraka ključni parameter. Temperatura rosišča je temperatura, pri kateri relativna vlažnost doseže 100 %, medtem ko je vsebnost vlage v vlažnem zraku konstantna. Predstavlja temperaturo, pri kateri zrak doseže točko kondenzacije. Na splošno velja, da nižja kot je točka rosišča zraka, ki se uporablja za sušenje, nižja je vsebnost preostale vlage in počasnejša je hitrost sušenja.

Trenutno je najpogostejša metoda za proizvodnjo suhega zraka uporaba generatorja suhega plina. Ta oprema temelji na adsorpcijskem sušilniku, sestavljenem iz dveh molekularnih sit, kjer se absorbira vlaga v zraku. V stanju sušenja zrak teče skozi molekularna sita, ki absorbirajo vlago iz plina in zagotavljajo razvlaženi plin za sušenje. V stanju regeneracije se molekularna sita z vročim zrakom segrejejo na temperaturo regeneracije. Plin, ki teče skozi molekularna sita, zbira odstranjeno vlago in jo prenaša v okolico. Druga metoda za ustvarjanje suhega plina je zmanjšanje tlaka stisnjenega plina. Prednost te metode je, da ima stisnjen plin v napajalnem omrežju nizkotlačno rosišče. Ko se tlak zmanjša, njegova točka rosišča doseže približno 0 stopinj. Če je potrebno še nižje rosišče, je mogoče uporabiti membranske ali adsorpcijske sušilnike za nadaljnje znižanje rosišča zraka, preden se zmanjša tlak stisnjenega zraka.

Pri sušenju z razvlaženim zrakom je treba energijo, potrebno za proizvodnjo suhega plina, izračunati posebej. Pri adsorpcijskem sušenju je treba regenerirano molekularno sito segreti od temperature suhega stanja (približno 60 stopinj) do temperature regeneracije (približno 200 stopinj). To se običajno izvede s stalnim segrevanjem plina na temperaturo regeneracije skozi molekularno sito, dokler ne doseže določene temperature ob izstopu iz sita. Teoretično je energija, potrebna za regeneracijo, sestavljena iz energije, potrebne za segrevanje molekularnega sita in vode, adsorbirane v njem, energije, potrebne za premagovanje oprijema molekularnega sita na vodo, in energije, potrebne za izhlapevanje vlage in dvig temperature vodne pare.

Na splošno je rosišče, pridobljeno z adsorpcijo, povezano s temperaturo in zmogljivostjo prenašanja vlage molekularnega sita. Običajno rosišče 30 stopinj ali manj omogoča, da molekularno sito doseže 10-odstotno zmogljivost prenašanja vlage. Teoretična poraba energije za proizvodnjo suhega plina, izračunana iz virov energije, je 0,004 kWh/m³. Vendar mora biti v praksi ta vrednost nekoliko višja, ker izračuni ne upoštevajo ventilatorskih ali toplotnih izgub. S primerjavo je mogoče določiti specifično porabo energije različnih vrst generatorjev sušilnega plina. Na splošno je poraba energije za sušenje z razvlaževanjem plina med 0,04 kWh/kg in 0,12 kWh/kg, odvisno od materiala in začetne vsebnosti vlage. Med dejanskim delovanjem lahko doseže 0,25 kWh/kg ali več.

Energija, potrebna za sušenje granulatov, je sestavljena iz dveh delov: energije, potrebne za segrevanje materiala od sobne temperature do temperature sušenja, in energije, potrebne za izhlapevanje vlage. Zahtevana prostornina plina se običajno določi na podlagi temperature sušilnega plina, ki vstopa ali izstopa iz sušilnega lijaka. Prenos toplote iz suhega zraka pri določeni temperaturi na granule s konvekcijo je prav tako proces konvekcijskega sušenja.

Pri dejanski proizvodnji je dejanska poraba energije včasih precej višja od teoretične vrednosti. Na primer, material lahko predolgo ostane v sušilnem lijaku, kar povzroči večjo količino plina, porabljenega za dokončanje procesa sušenja, ali pa adsorpcijska zmogljivost molekularnega sita ni v celoti izkoriščena. Izvedljiva metoda za zmanjšanje povpraševanja po sušilnem plinu in s tem nižje stroške energije je uporaba dvo{2}}stopenjskega sušilnega lijaka. Pri tej vrsti opreme se material v zgornjem delu sušilnega lijaka le segreva, ne pa tudi suši, tako da se ogrevanje lahko doseže z uporabo zunanjega zraka ali izpušnih plinov iz procesa sušenja. Pri tej metodi je pogosto treba v sušilni lijak dovajati samo 1/4 do 1/3 običajne količine sušilnega plina, s čimer se zmanjšajo stroški energije. Druga metoda za izboljšanje učinkovitosti sušenja razvlaževalnega plina je s termočleni in regeneracijo-z nadzorovano rosiščem, medtem ko nemško podjetje Motan uporablja zemeljski plin kot gorivo za zmanjšanje stroškov energije.

Vakuumsko sušenje

Trenutno je vakuumsko sušenje vstopilo tudi na področje predelave plastike. Na primer, oprema za vakuumsko sušenje, ki jo je razvilo ameriško podjetje Maguire, je bila uporabljena za predelavo plastike. Ta stroj z neprekinjenim delovanjem je sestavljen iz treh komor, nameščenih na vrtečem se tekočem traku. V prvo komoro se po polnjenju granul dovaja plin, segret na temperaturo sušenja, za segrevanje granul. Na izstopu iz plina, ko material doseže temperaturo sušenja, se premakne v drugo komoro, ki se izprazni. Ker vakuum zniža vrelišče vode, vlaga lažje izhlapi kot vodna para in tako pospeši proces difuzije vlage. Vakuum ustvarja tudi večjo tlačno razliko med notranjostjo granul in okoliškim zrakom. Običajno ostane material v drugi komori 20-40 minut, vendar je za nekatere zelo higroskopske materiale morda potrebnih do 60 minut. Na koncu se material prenese v tretjo komoro in odstrani iz sušilnika.

Tako pri sušenju z razvlaževanjem s plinom kot pri vakuumskem sušenju je energija, porabljena za segrevanje plastike, enaka, ker se obe metodi izvajata pri isti temperaturi. Vendar pa pri vakuumskem sušenju samo sušenje s plinom ne porablja energije, ampak je potrebna energija za ustvarjanje vakuuma. Poraba energije, ki je potrebna za ustvarjanje vakuuma, je odvisna od količine sušenega materiala in vsebnosti vlage v njem.

Infrardeče sušenje

Druga metoda za sušenje granul je infrardeče sušenje. Pri konvekcijskem ogrevanju je toplotna prevodnost med plinom in granulami, med samimi granulami in znotraj granul zelo nizka, kar močno omejuje prenos toplote. Infrardeče sušenje, ker so molekule obsevane z infrardečo svetlobo, se absorbirana energija neposredno pretvori v toplotne vibracije, kar pomeni, da se material segreje hitreje kot pri konvekcijskem sušenju. V primerjavi s konvekcijskim ogrevanjem vključuje infrardeče sušenje tudi obratni temperaturni gradient, poleg lokalne razlike v tlaku med okoliškim zrakom in vlago v delcih. Na splošno velja, da večja kot je temperaturna razlika med sušilnim plinom in segretimi delci, hitrejši je proces sušenja. Infrardeči čas sušenja je običajno 5 do 15 minut. Trenutno so postopki infrardečega sušenja zasnovani kot rotacijski cevni sistemi, kjer se delci prenašajo in krožijo po spiralni cevi z več infrardečimi grelci v osrednjem delu. Pri infrardečem sušenju je moč opreme mogoče izbrati na podlagi standarda od 0,035 kWh/kg do 0,105 kWh/kg.

Kot smo že omenili, bo različna vsebnost vlage v materialu povzročila razlike v procesnih parametrih. Na splošno so razlike v vsebnosti preostale vlage lahko posledica različnih pretokov različnih materialov; zato bodo prekinitve v procesu sušenja ali zagoni in zaustavitvi stroja povzročile razlike v času zadrževanja. Pri fiksnem pretoku plina se spremembe v pretoku materiala na splošno kažejo kot spremembe temperaturnega profila in temperature izpušnih plinov. Proizvajalci sušilnikov merijo te razlike z različnimi metodami in usklajujejo hitrost pretoka sušilnega plina s količino materiala, ki se suši, s čimer prilagajajo temperaturni profil sušilnega lijaka, da zagotovijo, da granule doživijo stabilen čas zadrževanja pri temperaturi sušenja.

Poleg tega lahko različna začetna vsebnost vlage v materialu povzroči nestabilnost vsebnosti preostale vlage. Ker je čas zadrževanja fiksen, bo znatna sprememba začetne vsebnosti vlage neizogibno povzročila podobno pomembno spremembo vsebnosti preostale vlage. Za doseganje stabilne preostale vlage je potrebno izmeriti tako začetno kot tudi preostalo vlažnost. Vendar pa je zaradi nizke vsebnosti preostale vlage spletno merjenje težko, dolg čas zadrževanja materiala v sušilnem sistemu pa lahko povzroči težave pri nadzoru, če se kot izhodni signal uporablja vsebnost preostale vlage. Zato so proizvajalci sušilnih strojev razvili nov koncept krmiljenja za doseganje stabilne vsebnosti preostale vlage. Namen tega koncepta krmiljenja je vzdrževati stabilno vsebnost preostale vlage z uporabo procesnih parametrov, kot so začetna vsebnost vlage v plastiki, rosišče vhodnih in odhajajočih plinov, hitrost pretoka plina in stopnja pretoka granul kot vhodne spremenljivke. To omogoča sušilnemu sistemu, da se hitro prilagodi na podlagi teh spremenljivk, da ohrani stabilno vsebnost preostale vlage.

Infrardeče sušenje in vakuumsko sušenje sta novi tehnologiji v predelavi plastike. Njihova uporaba bistveno skrajša čas zadrževanja materiala in zmanjša porabo energije. Vendar pa so ti inovativni postopki sušenja tudi relativno dragi. Zato so bila zadnja leta vložena prizadevanja za izboljšanje učinkovitosti tradicionalnega sušenja plina z razvlaževanjem. Zato je treba pri sprejemanju naložbenih odločitev opraviti temeljito oceno stroškov, pri čemer je treba upoštevati ne samo nabavne stroške, temveč tudi cevovode, energijo, prostor in vzdrževanje, da se poveča donosnost naložbe.