Odaberite pravu tehnologiju sušenja

Sušenje materijala je neizbježno za svaki prerađivač plastike. Također je ključno za proizvodnju-kvalitetnih proizvoda. Odabir odgovarajuće tehnologije sušenja pomaže u uštedi troškova i smanjenju potrošnje energije, a ispravna procjena tehnologije sušenja i troškova je neophodna za odabir odgovarajuće tehnologije.

Povećanje sadržaja vode postepeno smanjuje smični viskozitet materijala. Tokom obrade, promjene u svojstvima tečenja taline dovode do odgovarajućih promjena u kvaliteti proizvoda i nizu parametara obrade. Na primjer, prekomjerno dugo vrijeme zadržavanja može rezultirati niskim sadržajem preostale vlage, povećanjem viskoziteta, što dovodi do nepotpunog punjenja kalupa i žućenja materijala. Nadalje, neke promjene svojstava nisu direktno vidljive, već se mogu otkriti samo putem relevantnih testova materijala, kao što su promjene mehaničkih svojstava i dielektrične čvrstoće.

Prilikom odabira procesa sušenja, identificiranje svojstava sušenja materijala je najvažnije. Materijali se mogu kategorizirati kao higroskopni ili ne-higroskopni. Higroskopni materijali upijaju vlagu iz okoline, dok ne-nehigroskopni materijali ne. Za ne-higroskopne materijale, svaka vlaga prisutna u okolini ostaje na površini, postajući "površinska vlaga", koja se lako uklanja. Međutim, granule napravljene od ne-higroskopnih materijala mogu postati higroskopne zbog aditiva ili punila.

Nadalje, proračun potrošnje energije za proces sušenja može varirati u zavisnosti od složenosti obrade i drugih faktora, tako da su ovdje prikazane brojke samo za referencu.

Konvekcijsko sušenje

Za materijale koji nisu{0}}higroskopni, mogu se koristiti sušilice za topli zrak. Vlaga je slabo vezana međufaznom napetošću između materijala i vode, što olakšava uklanjanje. Ove mašine rade tako što koriste ventilator za uvlačenje vazduha iz okoline i zagrijavanje do temperature potrebne za sušenje određenog materijala. Zagrijani zrak prolazi kroz spremnik za sušenje i zagrijava materijal konvekcijom kako bi uklonio vlagu.

Sušenje higroskopnih materijala općenito uključuje tri faze: prva faza isparava površinsku vlagu materijala; druga faza fokusira isparavanje na unutrašnjost materijala, gdje se brzina sušenja polako smanjuje dok temperatura materijala počinje rasti; u završnoj fazi, materijal postiže higroskopsku ravnotežu sa gasom za sušenje. U ovoj fazi se eliminiše temperaturna razlika između unutrašnjosti i eksterijera. Na kraju treće faze, ako osušeni materijal više ne oslobađa vlagu, to ne znači da je bez vlage-, već jednostavno ukazuje da je uspostavljena ravnoteža između čestica i okolnog okruženja.

U tehnologiji sušenja, temperatura rosišta zraka je ključni parametar. Temperatura tačke rose je temperatura pri kojoj relativna vlažnost dostiže 100% uz održavanje konstantnog sadržaja vlage u vlažnom vazduhu. Predstavlja temperaturu na kojoj zrak dolazi do tačke kondenzacije. Generalno, što je niža tačka rose vazduha koji se koristi za sušenje, to je niži sadržaj preostale vlage i sporija brzina sušenja.

Trenutno, najčešća metoda za proizvodnju suhog zraka je korištenje generatora suhog plina. Ova oprema je usredsređena na adsorpcionu sušaču sastavljenu od dva molekularna sita, gde se apsorbuje vlaga iz vazduha. U stanju sušenja, vazduh struji kroz molekularna sita, koja apsorbuju vlagu iz gasa, obezbeđujući osušeni gas za sušenje. U stanju regeneracije, molekularna sita se zagrijavaju do temperature regeneracije pomoću vrućeg zraka. Gas koji struji kroz molekularna sita sakuplja uklonjenu vlagu i prenosi je u okolno okruženje. Druga metoda za generiranje suhog plina je smanjenje tlaka komprimiranog plina. Prednost ove metode je što komprimirani plin u opskrbnoj mreži ima nisku tačku rosišta. Nakon što se pritisak smanji, njegova tačka rose dostiže približno 0 stepeni. Ako je potrebna još niža tačka rosišta, mogu se koristiti membranski ili adsorpcioni sušači za dalje smanjenje tačke rosišta vazduha pre nego što se smanji pritisak komprimiranog vazduha.

U sušenju sušenog zraka, energija potrebna za proizvodnju suhog plina mora se posebno izračunati. U adsorpcionom sušenju, regenerisano molekularno sito mora biti zagrejano od temperature suvog stanja (približno 60 stepeni) do temperature regeneracije (približno 200 stepeni). To se obično radi kontinuiranim zagrijavanjem plina do temperature regeneracije kroz molekularno sito dok ne dostigne određenu temperaturu nakon izlaska iz sita. Teoretski, energija potrebna za regeneraciju sastoji se od energije potrebne za zagrijavanje molekularnog sita i vode adsorbirane u njemu, energije potrebne za prevladavanje adhezije molekularnog sita za vodu i energije potrebne za isparavanje vlage i podizanje temperature vodene pare.

Općenito, tačka rosišta dobivena adsorpcijom povezana je s temperaturom i kapacitetom molekularnog sita za nošenje vlage. Tipično, tačka rose od 30 stepeni ili manje omogućava molekularnom situ da postigne kapacitet nošenja vlage od 10%. Teoretski energetski zahtjev za proizvodnju suhog plina, izračunat iz izvora energije, iznosi 0,004 kWh/m³. Međutim, u praksi ova vrijednost mora biti nešto veća jer proračuni ne uzimaju u obzir gubitak ventilatora ili topline. Poređenja radi, može se odrediti specifična potrošnja energije različitih tipova generatora sušenja. Generalno, potrošnja energije za sušenje odvlažujućim gasom je između 0,04 kWh/kg i 0,12 kWh/kg, u zavisnosti od materijala i početnog sadržaja vlage. U stvarnom radu može doseći 0,25 kWh/kg ili više.

Energija potrebna za sušenje granula sastoji se od dva dijela: energije potrebne za zagrijavanje materijala od sobne temperature do temperature sušenja i energije potrebne za isparavanje vlage. Potrebna zapremina gasa se obično određuje na osnovu temperature gasa za sušenje koji ulazi ili izlazi iz rezervoara za sušenje. Prijenos topline sa suhog zraka određene temperature na granule putem konvekcije je također konvektivni proces sušenja.

U stvarnoj proizvodnji, stvarna potrošnja energije je ponekad mnogo veća od teorijske vrijednosti. Na primjer, materijal može ostati u spremniku za sušenje predugo, što rezultira većom količinom plina koja se troši za završetak procesa sušenja ili se kapacitet adsorpcije molekularnog sita možda neće u potpunosti iskoristiti. Izvodljiva metoda za smanjenje potražnje za gasom za sušenje i time smanjenje troškova energije je korištenje dvostepenog spremnika za sušenje. Kod ove vrste opreme materijal u gornjem dijelu posude za sušenje se samo zagrijava, ali ne i suši, pa se zagrijavanje može postići korištenjem okolnog zraka ili izduvnih plinova iz procesa sušenja. Koristeći ovu metodu, često samo 1/4 do 1/3 uobičajene količine gasa za sušenje treba da se dovede u rezervoar za sušenje, čime se smanjuju troškovi energije. Druga metoda za poboljšanje efikasnosti sušenja gasa za odvlaživanje je kroz termoparove i regeneraciju{10}}kontrolisanu tačkom rose, dok njemačka kompanija Motan koristi prirodni plin kao gorivo za smanjenje troškova energije.

Vakuumsko sušenje

Trenutno je vakuumsko sušenje također ušlo u polje prerade plastike. Na primjer, oprema za vakuumsko sušenje koju je razvila američka kompanija Maguire primijenjena je u preradi plastike. Ova mašina za kontinuirani rad sastoji se od tri komore postavljene na rotirajuću transportnu traku. U prvu komoru, nakon punjenja granula, uvodi se gas zagrejan na temperaturu sušenja za zagrevanje granula. Na izlazu gasa, kada materijal dostigne temperaturu sušenja, on se pomera u drugu komoru, koja se evakuiše. Budući da vakuum snižava tačku ključanja vode, vlaga lakše isparava kao vodena para, čime se ubrzava proces difuzije vlage. Vakuum takođe stvara veću razliku pritiska između unutrašnjosti granula i okolnog vazduha. Tipično, materijal ostaje u drugoj komori 20-40 minuta, ali za neke visoko higroskopne materijale može biti potrebno i do 60 minuta. Na kraju, materijal se prenosi u treću komoru i uklanja iz sušilice.

I u sušenju odvlažujućim plinom iu vakuumskom sušenju, energija koja se troši na zagrijavanje plastike je ista jer se obje metode izvode na istoj temperaturi. Međutim, kod vakuumskog sušenja, sušenje plina samo po sebi ne troši energiju, već je potrebna energija za stvaranje vakuuma. Potrošnja energije potrebna za stvaranje vakuuma ovisi o količini materijala koji se suši i njegovom sadržaju vlage.

Infracrveno sušenje

Druga metoda za sušenje granula je infracrveno sušenje. U konvekcijskom grijanju, toplinska provodljivost između plina i granula, između samih granula i unutar granula je vrlo niska, što uvelike ograničava prijenos topline. Infracrveno sušenje, pošto su molekule ozračene infracrvenom svetlošću, apsorbovana energija se direktno pretvara u toplotne vibracije, što znači da se materijal zagreva brže nego u konvekcijskom sušenju. U poređenju sa konvekcijskim grijanjem, infracrveno sušenje također uključuje obrnuti temperaturni gradijent, pored lokalne razlike tlaka između okolnog zraka i vlage u česticama. Općenito, što je veća temperaturna razlika između plina za sušenje i zagrijanih čestica, to je brži proces sušenja. Vrijeme infracrvenog sušenja je obično 5 do 15 minuta. Trenutno su procesi infracrvenog sušenja dizajnirani kao sistemi sa rotacionim cevima, gde se čestice transportuju i cirkulišu duž spiralne cevi sa nekoliko infracrvenih grejača u centralnom delu. Kod infracrvenog sušenja, snaga opreme se može odabrati na osnovu standarda od 0,035 kWh/kg do 0,105 kWh/kg.

Kao što je ranije spomenuto, različiti sadržaji vlage u materijalu dovest će do razlika u parametrima procesa. Generalno, razlike u sadržaju preostale vlage mogu biti posljedica različitih brzina protoka različitih materijala; stoga će prekidi u procesu sušenja ili pokretanja i isključivanja mašine uzrokovati razlike u vremenu zadržavanja. Sa fiksnom brzinom protoka gasa, varijacije u brzini protoka materijala generalno se manifestuju kao promene u temperaturnom profilu i temperaturi izduvnih gasova. Proizvođači sušara mjere ove varijacije koristeći različite metode i usklađuju brzinu protoka plina za sušenje s količinom materijala koji se suši, čime se prilagođava temperaturni profil spremnika za sušenje kako bi osigurali da granule imaju stabilno vrijeme zadržavanja na temperaturi sušenja.

Nadalje, variranje početnog sadržaja vlage u materijalu može dovesti do nestabilnosti sadržaja preostale vlage. Budući da je vrijeme zadržavanja fiksno, značajna promjena u početnom sadržaju vlage neizbježno će rezultirati sličnom značajnom promjenom u sadržaju preostale vlage. Za postizanje stabilnog sadržaja preostale vlage potrebno je izmjeriti i početni i rezidualni sadržaj vlage. Međutim, zbog niskog sadržaja preostale vlage, mjerenje na mreži je teško, a dugo vrijeme zadržavanja materijala u sistemu za sušenje može uzrokovati probleme s kontrolom ako se kao izlazni signal koristi sadržaj preostale vlage. Stoga su proizvođači sušara razvili novi koncept upravljanja kako bi postigli stabilan sadržaj preostale vlage. Ovaj koncept upravljanja ima za cilj održavanje stabilnog sadržaja preostale vlage korištenjem parametara procesa kao što su početni sadržaj vlage u plastici, tačka rose ulaznih i izlaznih plinova, brzina protoka plina i brzina protoka granula kao ulaznih varijabli. Ovo omogućava sistemu za sušenje da se brzo prilagodi na osnovu ovih varijabli kako bi održao stabilan sadržaj preostale vlage.

Infracrveno sušenje i sušenje u vakuumu su nove tehnologije u preradi plastike. Njihova primjena značajno skraćuje vrijeme zadržavanja materijala i smanjuje potrošnju energije. Međutim, ovi inovativni procesi sušenja su takođe relativno skupi. Stoga su posljednjih godina uloženi napori da se poboljša efikasnost tradicionalnog sušenja gasa za odvlaživanje. Stoga, prilikom donošenja odluka o ulaganju, treba izvršiti detaljnu procjenu troškova, uzimajući u obzir ne samo troškove nabavke, već i cijevi, energiju, prostor i održavanje, kako bi se maksimizirao povrat ulaganja.