Alegeți tehnologia de uscare potrivită

Uscarea materialului este inevitabilă pentru fiecare procesator de materiale plastice. De asemenea, este esențial pentru producerea de produse-de înaltă calitate. Alegerea unei tehnologii de uscare adecvate ajută la economisirea costurilor și la reducerea consumului de energie, iar o evaluare corectă a tehnologiei și a costurilor de uscare este esențială pentru selectarea tehnologiei adecvate.

Creșterea conținutului de apă reduce treptat vâscozitatea la forfecare a materialului. În timpul procesării, schimbările în proprietățile curgerii topiturii conduc la modificări corespunzătoare ale calității produsului și ale unei game de parametri de procesare. De exemplu, timpii de păstrare excesiv de lungi pot duce la un conținut scăzut de umiditate reziduală, creșterea vâscozității, ceea ce duce la umplerea incompletă a matriței și la îngălbenirea materialului. În plus, unele modificări ale proprietăților nu sunt observabile direct, dar pot fi detectate doar prin teste relevante ale materialelor, cum ar fi modificări ale proprietăților mecanice și rigidității dielectrice.

Atunci când selectați un proces de uscare, identificarea proprietăților de uscare ale materialului este esențială. Materialele pot fi clasificate ca higroscopice sau ne-higroscopice. Materialele higroscopice absorb umiditatea din mediul înconjurător, în timp ce materialele ne-higroscopice nu. Pentru materialele non-higroscopice, orice umiditate prezentă în mediu rămâne la suprafață, devenind „umiditate de suprafață”, care este ușor de îndepărtat. Cu toate acestea, granulele fabricate din materiale non-higroscopice pot deveni higroscopice datorită aditivilor sau materialelor de umplutură.

În plus, calculul consumului de energie pentru un proces de uscare poate varia în funcție de complexitatea procesării și de alți factori, astfel încât cifrele prezentate aici sunt doar pentru referință.

Uscare prin convecție

Pentru materialele ne-higroscopice, pot fi folosite uscătoare cu aer cald. Umiditatea este legată de tensiunea interfacială dintre material și apă, făcându-l ușor de îndepărtat. Aceste mașini funcționează folosind un ventilator pentru a aspira aerul ambiant și a-l încălzi la temperatura necesară pentru uscarea materialului specific. Aerul încălzit trece prin buncărul de uscare și încălzește materialul prin convecție pentru a elimina umezeala.

Uscarea materialelor higroscopice presupune în general trei etape: prima etapă evaporă umiditatea de suprafață a materialului; a doua etapă concentrează evaporarea pe interiorul materialului, unde viteza de uscare scade lent în timp ce temperatura materialului începe să crească; în etapa finală, materialul atinge echilibrul higroscopic cu gazul de uscare. În această etapă, diferența de temperatură dintre interior și exterior este eliminată. La sfârșitul celei de-a treia etape, dacă materialul uscat nu mai eliberează umiditate, aceasta nu înseamnă că este lipsit de umiditate-, ci indică pur și simplu că a fost stabilit un echilibru între particule și mediul înconjurător.

În tehnologia de uscare, temperatura punctului de rouă a aerului este un parametru crucial. Temperatura punctului de rouă este temperatura la care umiditatea relativă atinge 100%, menținând constant conținutul de umiditate al aerului umed. Reprezintă temperatura la care aerul atinge punctul de condensare. În general, cu cât este mai scăzut punctul de rouă al aerului utilizat pentru uscare, cu atât este mai scăzut conținutul de umiditate reziduală și cu atât viteza de uscare este mai mică.

În prezent, cea mai comună metodă de producere a aerului uscat este utilizarea unui generator de gaz uscat. Acest echipament se concentrează pe un uscător cu adsorbție compus din două site moleculare, unde este absorbită umiditatea din aer. În starea de uscare, aerul curge prin site moleculare, care absorb umiditatea din gaz, furnizând gaz dezumidificat pentru uscare. În starea de regenerare, sitele moleculare sunt încălzite la temperatura de regenerare prin aer cald. Gazul care curge prin sitele moleculare colectează umiditatea îndepărtată și o transportă în mediul înconjurător. O altă metodă de generare a gazului uscat este reducerea presiunii gazului comprimat. Avantajul acestei metode este că gazul comprimat din rețeaua de alimentare are un punct de rouă la presiune scăzută. După ce presiunea este redusă, punctul său de rouă atinge aproximativ 0 grade. Dacă este necesar un punct de rouă și mai scăzut, uscătoarele cu membrană sau cu adsorbție pot fi folosite pentru a reduce și mai mult punctul de rouă a aerului înainte ca presiunea aerului comprimat să fie redusă.

În uscarea cu aer dezumidificat, energia necesară producerii gazului uscat trebuie calculată separat. La uscare prin adsorbție, sita moleculară regenerată trebuie încălzită de la temperatura de stare uscată (aproximativ 60 de grade) la temperatura de regenerare (aproximativ 200 de grade). Acest lucru se face de obicei prin încălzirea continuă a gazului la temperatura de regenerare prin sita moleculară până când atinge o temperatură specifică la ieșirea din sită. Teoretic, energia necesară pentru regenerare constă din energia necesară pentru a încălzi sita moleculară și apa adsorbită în ea, energia necesară pentru a depăși aderența sitei moleculare la apă și energia necesară pentru a evapora umiditatea și a crește temperatura vaporilor de apă.

În general, punctul de rouă obținut prin adsorbție este legat de temperatura și capacitatea de transport a umidității a sitei moleculare. De obicei, un punct de rouă de 30 de grade sau mai puțin permite sitei moleculare să atingă o capacitate de transport a umidității de 10%. Necesarul teoretic de energie pentru producerea gazului uscat, calculat din surse de energie, este de 0,004 kWh/m³. Cu toate acestea, în practică, această valoare trebuie să fie puțin mai mare, deoarece calculele nu țin cont de ventilator sau pierderi de căldură. Prin comparație, se poate determina consumul specific de energie al diferitelor tipuri de generatoare de gaz de uscare. În general, consumul de energie pentru uscarea gazului de dezumidificare este între 0,04 kWh/kg și 0,12 kWh/kg, în funcție de material și de conținutul inițial de umiditate. În funcționare efectivă, poate atinge 0,25 kWh/kg sau mai mult.

Energia necesară pentru a usca granulele constă din două părți: energia necesară pentru a încălzi materialul de la temperatura camerei la temperatura de uscare și energia necesară pentru a evapora umiditatea. Volumul necesar de gaz este determinat de obicei pe baza temperaturii gazului de uscare care intră sau iese din buncărul de uscare. Transferul de căldură de la aerul uscat la o anumită temperatură către granule prin convecție este, de asemenea, un proces de uscare convectivă.

În producția efectivă, consumul real de energie este uneori mult mai mare decât valoarea teoretică. De exemplu, materialul poate rămâne în buncărul de uscare prea mult timp, rezultând o cantitate mai mare de gaz consumată pentru a finaliza procesul de uscare, sau capacitatea de adsorbție a sitei moleculare poate să nu fie utilizată pe deplin. O metodă fezabilă de reducere a cererii de gaz de uscare și, prin urmare, a costurilor energetice mai mici, este utilizarea unui buncăr de uscare în două-etape. În acest tip de echipamente, materialul din partea superioară a buncărului de uscare este doar încălzit, dar nu uscat, astfel încât încălzirea poate fi realizată folosind aerul ambiant sau gazele de evacuare din procesul de uscare. Folosind această metodă, de multe ori doar 1/4 până la 1/3 din cantitatea obișnuită de gaz de uscare trebuie să fie furnizată în buncărul de uscare, reducând astfel costurile cu energie. O altă metodă de îmbunătățire a eficienței de uscare a gazului de dezumidificare este prin termocupluri și regenerarea controlată-punctul de rouă, în timp ce compania germană Motan folosește gazul natural drept combustibil pentru a reduce costurile cu energie.

Uscarea în vid

În prezent, uscarea în vid a intrat și în domeniul prelucrării materialelor plastice. De exemplu, echipamentul de uscare în vid dezvoltat de compania americană Maguire a fost aplicat la prelucrarea materialelor plastice. Această mașină de funcționare continuă constă din trei camere montate pe o bandă transportoare rotativă. În prima cameră, după umplerea granulelor, se introduce gaz încălzit la temperatura de uscare pentru a încălzi granulele. La ieșirea gazului, când materialul atinge temperatura de uscare, acesta este mutat în a doua cameră, care este evacuată. Deoarece vidul scade punctul de fierbere al apei, umiditatea se evaporă mai ușor ca vapori de apă, accelerând astfel procesul de difuzie a umidității. De asemenea, vidul creează o diferență de presiune mai mare între interiorul granulelor și aerul din jur. De obicei, materialul se află în a doua cameră timp de 20-40 de minute, dar pentru unele materiale foarte higroscopice, pot fi necesare până la 60 de minute. În cele din urmă, materialul este transferat în a treia cameră și scos din uscător.

Atât în ​​uscarea cu gaz de umidificare, cât și în uscarea în vid, energia consumată la încălzirea plasticului este aceeași deoarece ambele metode sunt efectuate la aceeași temperatură. Cu toate acestea, în uscarea în vid, uscarea cu gaz în sine nu consumă energie, dar este nevoie de energie pentru a crea vid. Consumul de energie necesar pentru crearea vidului depinde de cantitatea de material care se usucă și de conținutul de umiditate al acestuia.

Uscarea în infraroșu

O altă metodă de uscare a granulelor este uscarea în infraroșu. În încălzirea prin convecție, conductivitatea termică între gaz și granule, între granule în sine și în interiorul granulelor este foarte scăzută, limitând astfel foarte mult transferul de căldură. Uscarea în infraroșu, deoarece moleculele sunt iradiate de lumina infraroșie, energia absorbită este transformată direct în vibrații termice, ceea ce înseamnă că materialul se încălzește mai repede decât în ​​uscarea prin convecție. În comparație cu încălzirea prin convecție, uscarea în infraroșu implică și un gradient de temperatură invers, în plus față de diferența de presiune locală dintre aerul ambiant și umiditatea din particule. În general, cu cât diferența de temperatură dintre gazul de uscare și particulele încălzite este mai mare, cu atât procesul de uscare este mai rapid. Timpul de uscare în infraroșu este de obicei de 5 până la 15 minute. În prezent, procesele de uscare în infraroșu sunt concepute ca sisteme de tuburi rotative, în care particulele sunt transportate și circulate de-a lungul unui tub spiralat cu mai multe încălzitoare cu infraroșu în secțiunea centrală. În uscare cu infraroșu, puterea echipamentului poate fi selectată pe baza unui standard de 0,035 kWh/kg până la 0,105 kWh/kg.

După cum sa menționat mai devreme, conținutul diferit de umiditate din material va duce la diferențe în parametrii procesului. În general, diferențele în conținutul de umiditate reziduală se pot datora debitelor diferite ale diferitelor materiale; prin urmare, întreruperile procesului de uscare sau pornirea și oprirea mașinii vor cauza diferențe în timpul de rezidență. Cu un debit de gaz fix, variațiile debitului de material se manifestă în general ca modificări ale profilului de temperatură și ale temperaturii de evacuare. Producătorii de uscători măsoară aceste variații folosind diferite metode și potrivesc debitul de gaz de uscare cu cantitatea de material care este uscat, ajustând astfel profilul de temperatură al buncărului de uscare pentru a se asigura că granulele experimentează un timp de rezidență stabil la temperatura de uscare.

Mai mult, variația conținutului inițial de umiditate din material poate duce la instabilitate a conținutului de umiditate reziduală. Deoarece timpul de rezidență este fix, o modificare semnificativă a conținutului inițial de umiditate va avea ca rezultat inevitabil o schimbare la fel de semnificativă a conținutului de umiditate reziduală. Pentru a obține un conținut stabil de umiditate reziduală, este necesar să se măsoare atât conținutul inițial, cât și cel rezidual. Cu toate acestea, din cauza conținutului scăzut de umiditate reziduală, măsurarea online este dificilă, iar timpul lung de rezidență al materialului în sistemul de uscare poate cauza probleme de control dacă conținutul de umiditate reziduală este utilizat ca semnal de ieșire. Prin urmare, producătorii de uscătoare au dezvoltat un nou concept de control pentru a obține un conținut stabil de umiditate reziduală. Acest concept de control urmărește menținerea unui conținut stabil de umiditate reziduală utilizând parametrii de proces cum ar fi conținutul inițial de umiditate al plasticului, punctul de rouă al gazelor de intrare și de ieșire, debitul de gaz și debitul de granule ca variabile de intrare. Acest lucru permite sistemului de uscare să se ajusteze prompt pe baza acestor variabile pentru a menține un conținut stabil de umiditate reziduală.

Uscarea în infraroșu și uscarea în vid sunt tehnologii noi în prelucrarea materialelor plastice. Aplicarea lor scurtează semnificativ timpul de rezidență al materialului și reduce consumul de energie. Cu toate acestea, aceste procese inovatoare de uscare sunt, de asemenea, relativ costisitoare. Prin urmare, în ultimii ani s-au făcut eforturi pentru a îmbunătăți eficiența uscării tradiționale cu gaz dezumidificator. Astfel, atunci când se iau decizii de investiții, ar trebui efectuată o evaluare amănunțită a costurilor, luând în considerare nu numai costurile de achiziție, ci și conductele, energia, spațiul și întreținerea, pentru a maximiza rentabilitatea investiției.