Välj rätt torkteknik

Materialtorkning är oundviklig för varje plastbearbetare. Det är också avgörande för att producera högkvalitativa-produkter. Att välja en lämplig torkteknik hjälper till att spara kostnader och minska energiförbrukningen, och en korrekt bedömning av torkteknik och kostnader är avgörande för att välja rätt teknik.

Ökad vattenhalt minskar gradvis materialets skjuvviskositet. Under bearbetningen leder förändringar i smältflödesegenskaper till motsvarande förändringar i produktkvalitet och en rad processparametrar. Till exempel kan alltför långa uppehållstider resultera i låg kvarvarande fukthalt, ökad viskositet, vilket leder till ofullständig mögelfyllning och gulfärgning av materialet. Dessutom är vissa egenskapsförändringar inte direkt observerbara utan kan endast detekteras genom relevanta materialtester, såsom förändringar i mekaniska egenskaper och dielektrisk hållfasthet.

När du väljer en torkprocess är det viktigt att identifiera materialets torkningsegenskaper. Material kan kategoriseras som hygroskopiska eller icke-hygroskopiska. Hygroskopiska material absorberar fukt från den omgivande miljön, medan icke-hygroskopiska material inte gör det. För icke-hygroskopiska material stannar all fukt som finns i miljön kvar på ytan och blir "ytfukt", som lätt kan avlägsnas. Men granulat gjorda av icke-hygroskopiska material kan bli hygroskopiska på grund av tillsatser eller fyllmedel.

Dessutom kan energiförbrukningsberäkningen för en torkprocess variera beroende på bearbetningens komplexitet och andra faktorer, så siffrorna som presenteras här är endast för referens.

Konvektionstorkning

För icke-hygroskopiska material kan varmluftstorkar användas. Fukt är löst bunden av gränsytspänningen mellan materialet och vatten, vilket gör det lätt att ta bort. Dessa maskiner fungerar genom att använda en fläkt för att dra in omgivande luft och värma den till den temperatur som krävs för att torka det specifika materialet. Den uppvärmda luften passerar genom torkbehållaren och värmer materialet genom konvektion för att avlägsna fukt.

Torkning av hygroskopiska material innefattar i allmänhet tre steg: det första steget avdunstar materialets ytfuktighet; det andra steget fokuserar avdunstning på materialets inre, där torkningshastigheten minskar långsamt medan materialets temperatur börjar stiga; i slutskedet når materialet hygroskopisk jämvikt med torkgasen. I detta skede elimineras temperaturskillnaden mellan interiören och exteriören. I slutet av det tredje steget, om det torkade materialet inte längre släpper ut fukt, betyder det inte att det är -fritt från fukt, utan indikerar helt enkelt att en jämvikt har etablerats mellan partiklarna och den omgivande miljön.

Inom torkteknik är luftens daggpunktstemperatur en avgörande parameter. Daggpunktstemperaturen är den temperatur vid vilken den relativa luftfuktigheten når 100 % samtidigt som fukthalten i fuktig luft hålls konstant. Det representerar temperaturen vid vilken luft når kondensationspunkten. Generellt gäller att ju lägre daggpunkten är för luften som används för torkning, desto lägre är kvarvarande fukthalt och desto långsammare torkningshastighet.

För närvarande är den vanligaste metoden för att producera torr luft att använda en torrgasgenerator. Denna utrustning är centrerad på en adsorptionstork som består av två molekylsilar, där fukt i luften absorberas. I torkningstillstånd strömmar luft genom molekylsilarna, som absorberar fukt från gasen, vilket ger avfuktad gas för torkning. I regenereringstillståndet värms molekylsilarna till sin regenereringstemperatur med varmluft. Gasen som strömmar genom molekylsilarna samlar upp den borttagna fukten och för den in i den omgivande miljön. En annan metod för att generera torr gas är att minska trycket på komprimerad gas. Fördelen med denna metod är att den komprimerade gasen i försörjningsnätet har en lågtrycksdaggpunkt. Efter att trycket har minskat når dess daggpunkt ungefär 0 grader. Om en ännu lägre daggpunkt krävs kan membran- eller adsorptionstorkar användas för att ytterligare sänka luftens daggpunkt innan tryckluftstrycket sänks.

Vid torkning med avfuktad luft måste energin som krävs för att producera den torra gasen beräknas separat. Vid adsorptionstorkning måste den regenererade molekylsilen värmas upp från dess torra tillståndstemperatur (cirka 60 grader) till dess regenereringstemperatur (cirka 200 grader). Detta görs typiskt genom att kontinuerligt värma gasen till regenereringstemperaturen genom molekylsikten tills den når en specifik temperatur när den lämnar sikten. Teoretiskt sett består energin som krävs för regenerering av energin som behövs för att värma molekylsilen och vattnet som är adsorberat i det, energin som behövs för att övervinna molekylsilens vidhäftning till vattnet och energin som krävs för att förånga fukten och höja temperaturen på vattenångan.

I allmänhet är daggpunkten som erhålls från adsorption relaterad till molekylsilens temperatur och fuktbärande förmåga. Typiskt tillåter en daggpunkt på 30 grader eller lägre att molekylsilen uppnår en fuktbärande kapacitet på 10 %. Det teoretiska energibehovet för att producera den torra gasen, beräknat från energikällor, är 0,004 kWh/m³. Men i praktiken måste detta värde vara något högre eftersom beräkningarna inte tar hänsyn till fläkt- eller värmeförluster. Genom jämförelse kan den specifika energiförbrukningen för olika typer av torkgasgeneratorer bestämmas. Generellt ligger energiförbrukningen för avfuktande gastorkning mellan 0,04 kWh/kg och 0,12 kWh/kg, beroende på material och initial fukthalt. I verklig drift kan den nå 0,25 kWh/kg eller högre.

Energin som krävs för att torka granulat består av två delar: energin som krävs för att värma materialet från rumstemperatur till torkningstemperaturen, och energin som krävs för att avdunsta fukt. Den erforderliga gasvolymen bestäms vanligtvis baserat på temperaturen hos torkgasen som kommer in i eller lämnar torkbehållaren. Överföringen av värme från torr luft vid en viss temperatur till granulatet genom konvektion är också en konvektiv torkningsprocess.

I faktisk produktion är den faktiska energiförbrukningen ibland mycket högre än det teoretiska värdet. Till exempel kan materialet förbli i torkbehållaren för länge, vilket resulterar i att en större mängd gas förbrukas för att slutföra torkningsprocessen, eller så kanske molekylsilens adsorptionskapacitet inte utnyttjas fullt ut. En möjlig metod för att minska efterfrågan på torkgas och därmed lägre energikostnader är att använda en två- torkbehållare. I denna typ av utrustning är materialet i den övre delen av torkbehållaren endast uppvärmd men inte torkad, så uppvärmning kan uppnås med omgivande luft eller avgaser från torkningsprocessen. Med denna metod behöver ofta bara 1/4 till 1/3 av den vanliga mängden torkgas tillföras torkbehållaren, vilket minskar energikostnaderna. En annan metod för att förbättra torkningseffektiviteten för avfuktande gas är genom termoelement och{10}}daggpunktskontrollerad regenerering, medan det tyska företaget Motan använder naturgas som bränsle för att minska energikostnaderna.

Vakuumtorkning

För närvarande har vakuumtorkning också kommit in på plastbearbetningsområdet. Till exempel har den vakuumtorkutrustning som utvecklats av det amerikanska företaget Maguire använts för plastbearbetning. Denna kontinuerliga maskin består av tre kammare monterade på ett roterande transportband. I den första kammaren, efter att granulerna har fyllts, införs gas uppvärmd till torkningstemperaturen för att värma granulerna. Vid gasutloppet, när materialet når torkningstemperaturen, flyttas det till den andra kammaren, som evakueras. Eftersom ett vakuum sänker vattnets kokpunkt, avdunstar fukt lättare som vattenånga, vilket påskyndar fuktdiffusionsprocessen. Vakuumet skapar också en större tryckskillnad mellan insidan av granulatet och den omgivande luften. Normalt ligger materialet i den andra kammaren i 20-40 minuter, men för vissa mycket hygroskopiska material kan upp till 60 minuter krävas. Slutligen överförs materialet till den tredje kammaren och avlägsnas från torken.

Vid både avfuktande gastorkning och vakuumtorkning är energin som förbrukas vid uppvärmning av plasten densamma eftersom båda metoderna utförs vid samma temperatur. Men vid vakuumtorkning förbrukar gastorkning i sig inte energi, utan energi behövs för att skapa vakuumet. Energiförbrukningen som krävs för att skapa vakuumet beror på mängden material som torkas och dess fukthalt.

Infraröd torkning

En annan metod för torkning av granulat är infraröd torkning. Vid konvektionsuppvärmning är den termiska ledningsförmågan mellan gasen och granulerna, mellan själva granulerna och inuti granulerna mycket låg, vilket i hög grad begränsar värmeöverföringen. Infraröd torkning, eftersom molekyler bestrålas av infrarött ljus, omvandlas den absorberade energin direkt till termiska vibrationer, vilket innebär att materialet värms upp snabbare än vid konvektionstorkning. Jämfört med konvektionsuppvärmning innebär infraröd torkning även en omvänd temperaturgradient, förutom den lokala tryckskillnaden mellan den omgivande luften och fukten i partiklarna. Generellt gäller att ju större temperaturskillnaden mellan torkgasen och de uppvärmda partiklarna är, desto snabbare går torkningsprocessen. Infraröd torktid är vanligtvis 5 till 15 minuter. För närvarande är infraröda torkprocesser utformade som roterande rörsystem, där partiklar transporteras och cirkuleras längs ett spiralrör med flera infraröda värmare i den centrala sektionen. Vid infraröd torkning kan utrustningens effekt väljas utifrån en standard på 0,035 kWh/kg till 0,105 kWh/kg.

Som tidigare nämnts kommer olika fukthalter i materialet att leda till skillnader i processparametrar. I allmänhet kan skillnader i kvarvarande fukthalt bero på olika flödeshastigheter för olika material; därför kommer avbrott i torkningsprocessen eller maskinstart och avstängning att orsaka skillnader i uppehållstid. Med en fast gasflödeshastighet visar sig variationer i materialflödeshastighet i allmänhet som förändringar i temperaturprofilen och avgastemperaturen. Tillverkare av torktumlare mäter dessa variationer med olika metoder och matchar torkningsgasens flödeshastighet med mängden material som torkas, och justerar därigenom temperaturprofilen för torkbehållaren för att säkerställa att granulerna får en stabil uppehållstid vid torkningstemperaturen.

Vidare kan varierande initial fukthalt i materialet leda till instabilitet i restfukthalten. Eftersom uppehållstiden är fixerad, kommer en signifikant förändring i initial fukthalt oundvikligen att resultera i en liknande signifikant förändring i restfukthalt. För att uppnå en stabil restfukthalt är det nödvändigt att mäta både initial- och restfukthalt. Men på grund av den låga restfukthalten är onlinemätning svår, och den långa uppehållstiden för materialet i torksystemet kan orsaka kontrollproblem om restfukthalt används som utsignal. Därför har tillverkare av torktumlare tagit fram ett nytt kontrollkoncept för att uppnå en stabil restfukthalt. Detta kontrollkoncept syftar till att upprätthålla en stabil restfukthalt genom att använda processparametrar såsom den initiala fukthalten i plasten, daggpunkten för de inkommande och utgående gaserna, gasflödet och granulatflödet som inmatningsvariabler. Detta gör att torksystemet kan justeras snabbt baserat på dessa variabler för att bibehålla en stabil kvarvarande fukthalt.

Infraröd torkning och vakuumtorkning är nya tekniker inom plastbearbetning. Deras tillämpning förkortar materialets uppehållstid avsevärt och minskar energiförbrukningen. Dessa innovativa torkningsprocesser är emellertid också relativt dyra. Därför har ansträngningar under senare år gjorts för att förbättra effektiviteten av traditionell avfuktande gastorkning. När investeringsbeslut fattas bör därför en grundlig kostnadsbedömning göras, inte bara med hänsyn till upphandlingskostnader utan även rörledningar, energi, utrymme och underhåll, för att maximera avkastningen på investeringen.