選擇正確(què)的幹(gàn)燥(zào)技術。
信息來源:本站 | 發布日期:
2018-12-21 14:13:15
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物料的幹燥對於每一個塑料加工商來說都是不可避免的。同時,為了生產出高(gāo)質(zhì)量的產品,這一(yī)過程(chéng)也是非(fēi)常重要的。選擇合理的幹(gàn)燥技術(shù)有(yǒu)助於節約成本、降低(dī)能耗,而對幹(gàn)燥技術和成本的正(zhèng)確評估對於選擇合適的幹燥設備(bèi)具有重要的意義(yì)。
水含量的(de)增加會逐漸降低物料的(de)剪切黏度。在(zài)加工過程中,由於熔(róng)體流動性能的變化,產品的質量以及一(yī)係列的加工工藝參數也會隨之發生相(xiàng)應的變化。例(lì)如(rú),停滯時(shí)間過長會使殘餘水分含量太低從而造成黏度的增加(jiā),這將導致(zhì)填模不充分,同時也會造成物料發黃。另外,某些性能的變化並不(bú)能直接用肉(ròu)眼觀察(chá)到,而隻有(yǒu)通過對材料進(jìn)行相關的測試才(cái)能發現,如機械(xiè)性能和介電強度的改變(biàn)。
在選擇幹燥過程時,鑒別材料的幹燥性能具有至關重要的意義。物料可以分成吸濕性和非吸濕性兩種。吸濕性物料能夠從周圍環境吸收水分,非吸濕性材料不能從環境中吸收水分。對於非(fēi)吸濕性物料,任何環境(jìng)中存在的水分都保留在表麵(miàn),成為“表麵水分”而易於被清除。不過由非吸濕性(xìng)物料製成的膠粒也可能因為添加劑(jì)或填料的作用而變得具有吸濕性。
另外,對一個幹燥工藝過程的能(néng)耗的(de)計算,可能會與加工作業的複雜程度以及其他因素有關,所以這裏所介紹的數值僅供參(cān)考。
對流(liú)式幹燥
對於非(fēi)吸濕性物料,可以使用熱風幹燥機進行幹燥。因為水分(fèn)隻是被物料與水的界麵張力鬆散地約(yuē)束,易於(yú)去除。此類機器的原理是,利用風扇來吸收環境中的空氣並將其加熱到幹(gàn)燥特定物料所(suǒ)要求的溫度,被(bèi)加熱後的空氣(qì)經(jīng)過幹燥料鬥,並通過對流的方式加熱物料以除去水分。
對吸濕(shī)性物料的幹燥一般分為三個(gè)幹燥段:第一個幹燥段是將物料表麵的水分蒸發掉;第二個幹燥段則將蒸發的重點(diǎn)放在材料內部,此時幹燥速度緩慢降低,而被幹燥物料的溫度開始上升;在^後一個階段,物料達到與幹燥氣體的吸濕平衡。在這個階(jiē)段,內(nèi)部和外部間(jiān)的溫度(dù)差別將被消除(chú)。在第三段末端,如果被幹燥物料不再釋放出(chū)水分(fèn),這並(bìng)不意味著它不含(hán)水分,而隻(zhī)是表明膠(jiāo)粒和周圍環境之間已經建立起了平衡。
在幹燥設備中,空氣的露(lù)點溫度是一個非常重要的參(cān)數。所謂的露點溫(wēn)度就是(shì)在保持濕空氣的含濕量不變的情況下,使其溫(wēn)度下降,當相對(duì)濕度達到100%時所對應的溫度。它表示空氣達(dá)到水分凝結時所對應的溫度。通常(cháng),用於(yú)幹燥的空氣的露點愈低,所獲得殘餘水量就愈(yù)低,幹(gàn)燥速度也愈低。
目前,生產(chǎn)幹燥空氣(qì)^為(wéi)普遍的方法是(shì)利用幹燥氣體發生器。該設備以由兩個分子篩組成的吸附性幹燥器為核心,空(kōng)氣中的水分(fèn)在這裏被吸收。在幹燥狀態(tài)下,空氣流經分子篩,分子篩吸收氣體中的水(shuǐ)分,為幹燥提供除濕氣體。在再生狀態下,分(fèn)子篩被熱空氣加熱至再生溫度。流經分子篩的氣體收集被除去的水分,並將其帶至周圍環(huán)境中。另一種生成幹燥氣體的方法(fǎ)是降低(dī)壓縮氣體的壓力。這種(zhǒng)方法的好處是供應網絡中的壓縮氣體有(yǒu)著較低的壓力露點。在壓力降低以(yǐ)後,其(qí)露點達(dá)到0℃左右。如果需要更低的露點,可以利用膜式或吸附式幹燥器在壓縮空(kōng)氣壓力降低之(zhī)前進一步降低空(kōng)氣的露點。 ( 閃蒸幹燥機)
在除濕空氣幹燥中,生(shēng)產幹燥氣體所需的(de)能量必須進行(háng)額外計算。在吸附式幹(gàn)燥中,再生狀態的分子篩(shāi)必須從幹燥態的溫度(約60℃)被加熱至再生溫度(約200℃)。為此,通常的做法是通過(guò)分子篩將被加(jiā)熱氣體(tǐ)連續加熱(rè)至再生溫度,直至(zhì)它(tā)在離開分(fèn)子篩時達到特定溫度。理論(lùn)上再生所必要的能量由加熱分子篩及(jí)其內部吸附的水所需要(yào)的能量、克服分子篩對水的附著力所需要的能(néng)量、蒸發水分和水蒸汽升溫所必需的能量(liàng)幾個部分組成。
一般,吸附所得露點(diǎn)與分子篩的溫(wēn)度與水分攜帶量有關。通常(cháng),小(xiǎo)於或等於30℃的露點可以(yǐ)使分(fèn)子篩達到(dào)10%的水分攜帶(dài)量。為了製備幹燥氣(qì)體,由能量計算所(suǒ)得的理論能量需求值是0.004kWh/m3。但是,實際中這個數值必(bì)須稍(shāo)高(gāo),因為計算沒有把(bǎ)風扇(shàn)或熱量損失考慮在內。通過對比(bǐ),不同類型的幹燥氣體發生器的特定能耗就可以被確定。一般來說,除濕氣(qì)體幹燥的能耗在0.04kWh/kg~0.12kWh/kg之(zhī)間,這要根據物料和初始水分含量而變化(huà)。在(zài)實際(jì)操作中(zhōng),也可能(néng)達(dá)到0.25kWh/kg或(huò)更高。
幹燥膠粒所(suǒ)需的能量由兩部分組成,一部(bù)分(fèn)是將物料(liào)由室溫加熱至幹燥溫(wēn)度所需要(yào)的能量,另一部分是蒸發水(shuǐ)分所需要的能量。在確定物料所需的氣體(tǐ)量時,通(tōng)常是以幹燥氣體進入或離開幹燥料鬥時的(de)溫(wēn)度為基礎。一定溫度的(de)幹燥空(kōng)氣通過對流的方式將熱(rè)量輸送至膠粒(lì)中也(yě)是(shì)一種對流幹燥過程。
在實際生產中,實際能耗值有時要比理論值(zhí)高得多。例如,物料(liào)可能在幹燥料鬥中的停留時間(jiān)過長,完成幹燥所消耗的氣體量較大,或者分子篩的(de)吸附能力(lì)未(wèi)充分發揮等。?減少幹燥氣體的需求量從而削減能源成本的可行方法是采用兩步法幹燥(zào)料鬥。在這種幹燥設備中,幹燥料鬥上半部的物(wù)料隻是被加熱而並未被幹(gàn)燥,所以可以用環境中空氣或幹燥(zào)過程的排(pái)氣來(lái)完成加熱。采用這種方(fāng)法後,往(wǎng)往隻需要向幹燥料鬥中供應(yīng)通常幹燥氣(qì)體量的1/4?1/3,從而降低了能源成本。提高除濕氣體幹燥(zào)效率的另一種方法是通過(guò)熱電偶和露點受控的再生(shēng),而德國Motan公司(sī)則利用天然氣作為燃料(liào)來降低能源成本。
真空幹燥
目前,真(zhēn)空幹燥也(yě)進入到(dào)塑料加工(gōng)領域當中,例如美國Maguire公司開發出來的真空幹燥設備就已(yǐ)被應用到塑料加工(gōng)之中。這種連續操作型的機器由(yóu)安裝於旋轉傳(chuán)送帶上的三個腔體組成。在第一腔(qiāng)體處,當膠粒被填滿後,通入被加熱至幹(gàn)燥(zào)溫度的氣體(tǐ)以加熱膠粒(lì)。在氣體出(chū)口(kǒu)處,當物料達到(dào)幹燥溫度時即被移(yí)至抽成真空的第二腔體中。由於真空降低了水的沸(fèi)點,所以水分更容易變成水蒸汽被蒸發出來,因此(cǐ),水分擴散過程被加速了。由於真空的存在(zài),從而在(zài)膠粒內部(bù)與周圍空氣之(zhī)間產生了更大的壓(yā)力差。一般情況下,物(wù)料在第二腔體中(zhōng)的停留(liú)時間為20min?40min,而對於一些(xiē)吸濕性較強的物料而言(yán),^多需要停留60min。^後,物料被送到第三腔體,並由(yóu)此被移出幹燥器。(閃(shǎn)蒸幹燥機)
在除(chú)濕(shī)氣體幹燥和真空幹燥中,加熱塑料(liào)所消耗的能源是相同的,因為這兩種方法是在同(tóng)樣的溫度下進行。但是在真空幹(gàn)燥中,氣體幹燥本(běn)身並不需要消耗能源,但需要用能源來創造真空(kōng),創造真空所需的能(néng)耗與所(suǒ)幹燥物料的量以及(jí)含水量(liàng)有關。
紅外線幹燥
幹燥膠粒(lì)的另一種方法是(shì)紅外線幹燥工藝。在對流加熱中,氣體與膠粒之間、膠粒與膠粒之間以及膠粒內部的熱導率都很低,因此熱量的傳導受(shòu)到極大的(de)限製(zhì)。而采用紅外線幹燥時,由(yóu)於分(fèn)子受到紅外線輻照,所吸收的能量將直接轉換成熱(rè)振動,這意味著物料的加熱比在對流幹(gàn)燥中更快(kuài)。與對流加熱相比,在幹燥過程(chéng)中,除了環(huán)境空氣和(hé)膠粒中水分的局部壓力差以外,紅(hóng)外線幹燥還有一個逆向的溫度(dù)梯度。通常,幹燥氣體和受(shòu)熱微粒之間的溫度差愈大,幹燥過程就愈快。紅外線幹燥時間通常在5min~15min。目前(qián),紅外線幹燥過程已經被設計為轉管模式,即順著一隻內壁有螺(luó)紋(wén)的轉(zhuǎn)管,膠粒被輸送和循環,在轉管(guǎn)的中心段有數個紅外線加(jiā)熱器。在紅外線幹燥(zào)中(zhōng),設備的功率(lǜ)可以參照0.035kWh/kg?0.105kWh/kg的標準進行選擇。
如前(qián)所述,物料含水量的不同將會(huì)導致(zhì)工藝參數的差別(bié)。一般,殘餘水分含(hán)量的不同可能是因為不同物料的流通速率不同(tóng),所以幹燥過程的(de)中斷或機器的啟動、停機都會(huì)引起停留時間的不同。在氣(qì)體流量固定的情況(kuàng)下,材料流通量的(de)不(bú)同一般表現為溫度曲線的變化和排氣溫(wēn)度的變化。幹燥機製造商們以不(bú)同方法(fǎ)進行測量,並將幹燥氣體流量與被幹燥物料的量相匹配,進而調整幹燥料鬥的溫度曲線,從而使膠粒在幹燥溫度下經曆穩定的停(tíng)留時間。
另外,物料不同的初始水分含量也會導致殘餘(yú)水分含量的不穩定。因為停留(liú)時間是固定的,初始水分含量的明顯變化必將導致殘餘水分含(hán)量發(fā)生同樣明顯的變化。如果需(xū)要穩定的殘餘水分含量,就需要測量初始或殘餘的水分含量。由於相關的殘餘水分(fèn)含量低,在線測量不易(yì)進行,而且物料在(zài)幹燥係統中的(de)停(tíng)留時間較長,把殘餘水分含量當作輸出(chū)信號會(huì)引起係統(tǒng)受控的問題,所以幹燥機製造(zào)商們開發出來一種(zhǒng)新(xīn)的控製概念,能實現穩定(dìng)的殘餘水分含量這一目標。這種控製概念以保持殘餘水含分量的穩定為目的,將塑料的初始水分量(liàng)、進入和流出氣體的(de)露點、氣(qì)體流動量和膠粒流(liú)通率等工藝參數作為輸(shū)入變量,從(cóng)而使幹燥係統能夠根據這(zhè)些變量的不同進行及時調整,以保持穩定的殘餘水分含量。
紅外線幹燥和真空幹燥是塑料加工中的新(xīn)技術,這些新技術的應用極大地縮短了物料的停留時(shí)間並降低了能(néng)源消耗。但(dàn)是,創新的幹燥工藝其(qí)價格也相對較高。因此,近些年來,人們也(yě)在努力地提高傳統除(chú)濕氣體幹燥的效率(lǜ)。所以,在做出投(tóu)資決(jué)策時,應當進行^的成(chéng)本評估,不僅要考慮采購成本,還要考慮(lǜ)管路、能(néng)源、空(kōng)間和維修保養等,以使(shǐ)^小的投資得到(dào)^大的回報。