Izvēlieties pareizo žāvēšanas tehnoloģiju

Materiāla žāvēšana ir neizbēgama katram plastmasas pārstrādātājam. Tas ir ļoti svarīgi arī augstas kvalitātes-produktu ražošanā. Piemērotas žāvēšanas tehnoloģijas izvēle palīdz ietaupīt izmaksas un samazināt enerģijas patēriņu, un pareizas žāvēšanas tehnoloģijas un izmaksu novērtēšana ir būtiska, lai izvēlētos piemērotu tehnoloģiju.

Palielinot ūdens saturu, pakāpeniski samazinās materiāla bīdes viskozitāte. Apstrādes laikā kausējuma plūsmas īpašību izmaiņas izraisa atbilstošas ​​​​produkta kvalitātes un apstrādes parametru izmaiņas. Piemēram, pārmērīgi ilgs aiztures laiks var izraisīt zemu atlikuma mitruma saturu, palielināt viskozitāti, izraisot nepilnīgu veidnes piepildīšanos un materiāla dzeltēšanu. Turklāt dažas īpašību izmaiņas nav tieši novērojamas, bet tās var noteikt tikai, veicot attiecīgus materiālu testus, piemēram, izmaiņas mehāniskajās īpašībās un dielektriskajā stiprībā.

Izvēloties žāvēšanas procesu, ļoti svarīgi ir noteikt materiāla žāvēšanas īpašības. Materiālus var klasificēt kā higroskopiskus vai ne{1}}higroskopiskus. Higroskopiski materiāli absorbē mitrumu no apkārtējās vides, savukārt ne-higroskopiskie materiāli to nedara. Ne-higroskopiskiem materiāliem viss vidē esošais mitrums paliek uz virsmas, kļūstot par "virsmas mitrumu", kas ir viegli noņemams. Tomēr granulas, kas izgatavotas no ne-higroskopiskiem materiāliem, var kļūt higroskopiskas piedevu vai pildvielu dēļ.

Turklāt žāvēšanas procesa enerģijas patēriņa aprēķins var atšķirties atkarībā no apstrādes sarežģītības un citiem faktoriem, tāpēc šeit sniegtie skaitļi ir paredzēti tikai atsaucei.

Konvekcijas žāvēšana

Ne{0}}higroskopiskiem materiāliem var izmantot karstā gaisa žāvētājus. Mitrums ir brīvi saistīts ar saskarnes spriegumu starp materiālu un ūdeni, padarot to viegli noņemamu. Šīs iekārtas darbojas, izmantojot ventilatoru, lai ievilktu apkārtējo gaisu un uzsildītu to līdz temperatūrai, kas nepieciešama konkrētā materiāla žāvēšanai. Uzkarsētais gaiss iet caur žāvēšanas piltuvi un sasilda materiālu caur konvekciju, lai noņemtu mitrumu.

Higroskopisku materiālu žāvēšana parasti ietver trīs posmus: pirmajā posmā tiek iztvaicēts materiāla virsmas mitrums; otrajā posmā iztvaikošana tiek koncentrēta uz materiāla iekšpusi, kur žāvēšanas ātrums lēnām samazinās, kamēr materiāla temperatūra sāk celties; beigu stadijā materiāls sasniedz higroskopisku līdzsvaru ar žāvēšanas gāzi. Šajā posmā temperatūras starpība starp iekšpusi un ārpusi tiek novērsta. Trešā posma beigās, ja izžuvušais materiāls vairs neizdala mitrumu, tas nenozīmē, ka tas ir bez mitruma-, bet tikai norāda, ka starp daļiņām un apkārtējo vidi ir izveidots līdzsvars.

Žāvēšanas tehnoloģijā gaisa rasas punkta temperatūra ir izšķirošs parametrs. Rasas punkta temperatūra ir temperatūra, kurā relatīvais mitrums sasniedz 100%, vienlaikus saglabājot nemainīgu mitruma saturu mitrā gaisā. Tas atspoguļo temperatūru, kurā gaiss sasniedz kondensācijas punktu. Parasti, jo zemāks ir žāvēšanai izmantotā gaisa rasas punkts, jo zemāks ir atlikušā mitruma saturs un lēnāks žāvēšanas ātrums.

Pašlaik visizplatītākā metode sausa gaisa iegūšanai ir sausās gāzes ģeneratora izmantošana. Šīs iekārtas centrā ir adsorbcijas žāvētājs, kas sastāv no diviem molekulāriem sietiem, kur tiek absorbēts mitrums gaisā. Žāvēšanas stāvoklī gaiss plūst caur molekulārajiem sietiem, kas absorbē mitrumu no gāzes, nodrošinot sausinātu gāzi žāvēšanai. Reģenerācijas stāvoklī molekulārie sieti tiek uzkarsēti līdz to reģenerācijas temperatūrai ar karstu gaisu. Gāze, kas plūst caur molekulārajiem sietiem, savāc izņemto mitrumu un pārnes to apkārtējā vidē. Vēl viena metode sausas gāzes iegūšanai ir samazināt saspiestās gāzes spiedienu. Šīs metodes priekšrocība ir tāda, ka saspiestajai gāzei piegādes tīklā ir zema spiediena rasas punkts. Pēc spiediena samazināšanas tā rasas punkts sasniedz aptuveni 0 grādu. Ja nepieciešams vēl zemāks rasas punkts, var izmantot membrānas vai adsorbcijas žāvētājus, lai vēl vairāk samazinātu gaisa rasas punktu, pirms tiek samazināts saspiestā gaisa spiediens.

Žāvējot ar sausu gaisu, sausās gāzes ražošanai nepieciešamā enerģija jāaprēķina atsevišķi. Adsorbcijas žāvēšanas laikā reģenerētais molekulārais siets ir jāuzsilda no tā sausā stāvokļa temperatūras (apmēram 60 grādi) līdz reģenerācijas temperatūrai (aptuveni 200 grādi). To parasti veic, nepārtraukti karsējot gāzi līdz reģenerācijas temperatūrai caur molekulāro sietu, līdz tā sasniedz noteiktu temperatūru, izejot no sieta. Teorētiski reģenerācijai nepieciešamo enerģiju veido enerģija, kas nepieciešama molekulārā sieta un tajā adsorbētā ūdens uzsildīšanai, enerģija, kas nepieciešama, lai pārvarētu molekulārā sieta saķeri ar ūdeni, un enerģija, kas nepieciešama mitruma iztvaicēšanai un ūdens tvaiku temperatūras paaugstināšanai.

Parasti rasas punkts, kas iegūts no adsorbcijas, ir saistīts ar molekulārā sieta temperatūru un mitruma nestspēju. Parasti rasas punkts 30 grādi vai mazāks ļauj molekulārajam sietam sasniegt 10% mitruma nestspēju. Teorētiskā enerģijas prasība sausās gāzes ražošanai, kas aprēķināta no enerģijas avotiem, ir 0,004 kWh/m³. Tomēr praksē šai vērtībai jābūt nedaudz lielākai, jo aprēķinos nav ņemti vērā ventilatora vai siltuma zudumi. Salīdzinājumam var noteikt dažādu veidu žāvēšanas gāzes ģeneratoru īpatnējo enerģijas patēriņu. Parasti enerģijas patēriņš sausināšanas gāzes žāvēšanai ir no 0,04 kWh/kg līdz 0,12 kWh/kg atkarībā no materiāla un sākotnējā mitruma satura. Faktiskajā darbībā tas var sasniegt 0,25 kWh/kg vai vairāk.

Granulu žāvēšanai nepieciešamā enerģija sastāv no divām daļām: enerģijas, kas nepieciešama materiāla uzsildīšanai no istabas temperatūras līdz žāvēšanas temperatūrai, un enerģijas, kas nepieciešama mitruma iztvaicēšanai. Nepieciešamo gāzes daudzumu parasti nosaka, pamatojoties uz žāvēšanas gāzes temperatūru, kas ieplūst žāvēšanas piltuvē vai iziet no tās. Siltuma pārnešana no sausa gaisa noteiktā temperatūrā uz granulām konvekcijas ceļā ir arī konvekcijas žāvēšanas process.

Faktiskajā ražošanā faktiskais enerģijas patēriņš dažreiz ir daudz lielāks par teorētisko vērtību. Piemēram, materiāls var pārāk ilgi palikt žāvēšanas tvertnē, kā rezultātā tiek patērēts lielāks gāzes daudzums, lai pabeigtu žāvēšanas procesu, vai arī molekulārā sieta adsorbcijas spēja var nebūt pilnībā izmantota. Iespējama metode, kā samazināt pieprasījumu pēc žāvēšanas gāzes un tādējādi samazināt enerģijas izmaksas, ir izmantot divpakāpju žāvēšanas tvertni. Šāda veida iekārtās materiāls žāvēšanas tvertnes augšējā daļā tiek tikai uzkarsēts, bet ne žāvēts, tāpēc sildīšanu var panākt, izmantojot apkārtējo gaisu vai žāvēšanas procesa izplūdes gāzes. Izmantojot šo metodi, nereti žāvēšanas tvertnē ir jāpavada tikai 1/4 līdz 1/3 no parastā žāvēšanas gāzes daudzuma, tādējādi samazinot enerģijas izmaksas. Vēl viena metode, kā uzlabot sausināšanas gāzes žāvēšanas efektivitāti, ir termopāri un rasas{10}punkta kontrolēta reģenerācija, savukārt vācu uzņēmums Motan izmanto dabasgāzi kā degvielu, lai samazinātu enerģijas izmaksas.

Vakuuma žāvēšana

Šobrīd plastmasas apstrādes jomā ienākusi arī vakuumžāvēšana. Piemēram, plastmasas apstrādē izmantotas amerikāņu kompānijas Maguire izstrādātās vakuuma žāvēšanas iekārtas. Šī nepārtrauktas darbības iekārta sastāv no trim kamerām, kas uzstādītas uz rotējošas konveijera lentes. Pirmajā kamerā pēc granulu iepildīšanas granulu karsēšanai ievada gāzi, kas uzkarsēta līdz žāvēšanas temperatūrai. Gāzes izejā, kad materiāls sasniedz žāvēšanas temperatūru, tas tiek pārvietots uz otro kameru, kas tiek evakuēta. Tā kā vakuums pazemina ūdens viršanas temperatūru, mitrums vieglāk iztvaiko kā ūdens tvaiki, tādējādi paātrinot mitruma difūzijas procesu. Vakuums rada arī lielāku spiediena starpību starp granulu iekšpusi un apkārtējo gaisu. Parasti materiāls atrodas otrajā kamerā 20–40 minūtes, bet dažiem ļoti higroskopiskiem materiāliem var būt nepieciešamas līdz 60 minūtēm. Visbeidzot, materiāls tiek pārnests uz trešo kameru un izņemts no žāvētāja.

Gan sausināšanas gāzes žāvēšanas, gan vakuumžāvēšanas gadījumā plastmasas sildīšanai patērētā enerģija ir vienāda, jo abas metodes tiek veiktas vienā temperatūrā. Taču vakuumžāvēšanas gadījumā pati gāzes žāvēšana nepatērē enerģiju, bet enerģija ir nepieciešama vakuuma radīšanai. Vakuuma radīšanai nepieciešamais enerģijas patēriņš ir atkarīgs no žāvējamā materiāla daudzuma un tā mitruma satura.

Infrasarkanā žāvēšana

Vēl viena granulu žāvēšanas metode ir žāvēšana ar infrasarkano staru. Konvekcijas karsē siltumvadītspēja starp gāzi un granulām, starp pašām granulām un granulās ir ļoti zema, tādējādi ievērojami ierobežojot siltuma pārnesi. Infrasarkanā žāvēšana, jo molekulas tiek apstarotas ar infrasarkano gaismu, absorbētā enerģija tiek tieši pārvērsta termiskās vibrācijās, kas nozīmē, ka materiāls uzsilst ātrāk nekā konvekcijas žāvēšanas gadījumā. Salīdzinot ar konvekcijas sildīšanu, infrasarkanā žāvēšana ietver arī apgrieztu temperatūras gradientu, papildus lokālajai spiediena starpībai starp apkārtējo gaisu un mitrumu daļiņās. Parasti, jo lielāka ir temperatūras starpība starp žāvēšanas gāzi un sakarsētajām daļiņām, jo ​​ātrāks ir žāvēšanas process. Infrasarkanā žāvēšanas laiks parasti ir 5 līdz 15 minūtes. Šobrīd infrasarkano staru žāvēšanas procesi tiek veidoti kā rotācijas cauruļu sistēmas, kur daļiņas tiek transportētas un cirkulētas pa spirālveida cauruli ar vairākiem infrasarkanajiem sildītājiem centrālajā sekcijā. Infrasarkanajā žāvēšanas gadījumā iekārtas jaudu var izvēlēties, pamatojoties uz standartu no 0,035 kWh/kg līdz 0,105 kWh/kg.

Kā minēts iepriekš, atšķirīgs mitruma saturs materiālā izraisīs procesa parametru atšķirības. Parasti atlikuma mitruma satura atšķirības var būt saistītas ar dažādu materiālu atšķirīgo plūsmas ātrumu; tādēļ žāvēšanas procesa pārtraukumi vai iekārtas palaišana un izslēgšana radīs atšķirības uzturēšanās laikā. Ar fiksētu gāzes plūsmas ātrumu materiāla plūsmas ātruma izmaiņas parasti izpaužas kā izmaiņas temperatūras profilā un izplūdes gāzu temperatūrā. Žāvētāju ražotāji mēra šīs atšķirības, izmantojot dažādas metodes, un saskaņo žāvēšanas gāzes plūsmas ātrumu ar žāvējamā materiāla daudzumu, tādējādi pielāgojot žāvēšanas tvertnes temperatūras profilu, lai nodrošinātu granulu stabilu uzturēšanās laiku žāvēšanas temperatūrā.

Turklāt mainīgais sākotnējā mitruma saturs materiālā var izraisīt atlikušā mitruma satura nestabilitāti. Tā kā uzturēšanās laiks ir fiksēts, būtiskas sākotnējā mitruma satura izmaiņas neizbēgami radīs līdzīgas izmaiņas arī atlikušā mitruma saturā. Lai sasniegtu stabilu atlikušā mitruma saturu, ir nepieciešams izmērīt gan sākotnējo, gan atlikušo mitruma saturu. Tomēr zemā atlikušā mitruma satura dēļ tiešsaistes mērīšana ir sarežģīta, un materiāla ilgstošais uzturēšanās laiks žāvēšanas sistēmā var radīt kontroles problēmas, ja kā izejas signālu izmanto atlikušo mitruma saturu. Tāpēc žāvētāju ražotāji ir izstrādājuši jaunu kontroles koncepciju, lai panāktu stabilu atlikušā mitruma saturu. Šīs kontroles koncepcijas mērķis ir uzturēt stabilu atlikušā mitruma saturu, kā ievades mainīgos izmantojot tādus procesa parametrus kā plastmasas sākotnējais mitruma saturs, ienākošo un izejošo gāzu rasas punkts, gāzes plūsmas ātrums un granulu plūsmas ātrums. Tas ļauj žāvēšanas sistēmai ātri pielāgoties, pamatojoties uz šiem mainīgajiem lielumiem, lai uzturētu stabilu atlikušā mitruma saturu.

Infrasarkanā žāvēšana un žāvēšana vakuumā ir jaunas tehnoloģijas plastmasas apstrādē. To pielietošana ievērojami saīsina materiāla uzturēšanās laiku un samazina enerģijas patēriņu. Taču arī šie inovatīvie žāvēšanas procesi ir salīdzinoši dārgi. Tāpēc pēdējos gados ir pieliktas pūles, lai uzlabotu tradicionālās sausināšanas gāzes žāvēšanas efektivitāti. Tādējādi, pieņemot lēmumus par ieguldījumiem, ir jāveic rūpīgs izmaksu novērtējums, ņemot vērā ne tikai iepirkuma izmaksas, bet arī cauruļvadus, enerģiju, telpu un apkopi, lai maksimāli palielinātu ieguldījumu atdevi.