Vyberte si správnu technológiu sušenia

Sušenie materiálu je nevyhnutné pre každého spracovateľa plastov. Je tiež rozhodujúca pre výrobu-kvalitných produktov. Výber vhodnej technológie sušenia pomáha šetriť náklady a znižovať spotrebu energie a správne posúdenie technológie sušenia a nákladov je nevyhnutné pre výber vhodnej technológie.

Zvyšovaním obsahu vody sa postupne znižuje šmyková viskozita materiálu. Počas spracovania vedú zmeny vlastností toku taveniny k zodpovedajúcim zmenám v kvalite produktu a rade parametrov spracovania. Napríklad príliš dlhé časy zotrvania môžu viesť k nízkemu obsahu zvyškovej vlhkosti, zvýšeniu viskozity, čo vedie k neúplnému vyplneniu formy a žltnutiu materiálu. Okrem toho niektoré zmeny vlastností nie sú priamo pozorovateľné, ale možno ich zistiť iba prostredníctvom príslušných testov materiálov, ako sú zmeny mechanických vlastností a dielektrickej pevnosti.

Pri výbere procesu sušenia je prvoradá identifikácia vlastností sušenia materiálu. Materiály možno kategorizovať ako hygroskopické alebo -hygroskopické. Hygroskopické materiály absorbujú vlhkosť z okolitého prostredia, zatiaľ čo nehygroskopické- materiály nie. V prípade nehygroskopických materiálov zostáva akákoľvek vlhkosť prítomná v prostredí na povrchu a stáva sa z nej „povrchová vlhkosť“, ktorú možno ľahko odstrániť. Avšak granule vyrobené z-nehygroskopických materiálov sa môžu stať hygroskopickými v dôsledku prísad alebo plnív.

Okrem toho sa výpočet spotreby energie pre proces sušenia môže líšiť v závislosti od zložitosti spracovania a iných faktorov, takže tu uvedené údaje sú len orientačné.

Konvekčné sušenie

Pre nehygroskopické materiály- je možné použiť teplovzdušné sušičky. Vlhkosť je voľne viazaná medzipovrchovým napätím medzi materiálom a vodou, čo uľahčuje jej odstránenie. Tieto stroje fungujú tak, že pomocou ventilátora nasávajú okolitý vzduch a ohrievajú ho na teplotu potrebnú na sušenie konkrétneho materiálu. Ohriaty vzduch prechádza cez sušiaci zásobník a ohrieva materiál konvekciou, aby sa odstránila vlhkosť.

Sušenie hygroskopických materiálov vo všeobecnosti zahŕňa tri stupne: v prvom stupni sa odparí povrchová vlhkosť materiálu; druhá fáza zameriava odparovanie na vnútro materiálu, kde rýchlosť sušenia pomaly klesá, zatiaľ čo teplota materiálu začína stúpať; v záverečnej fáze sa materiál dostane do hygroskopickej rovnováhy so sušiacim plynom. V tejto fáze sa eliminuje teplotný rozdiel medzi interiérom a exteriérom. Ak na konci tretej fázy sušený materiál už neuvoľňuje vlhkosť, neznamená to, že je bez vlhkosti, ale jednoducho to naznačuje, že medzi časticami a okolitým prostredím sa vytvorila rovnováha.

V technológii sušenia je rozhodujúcim parametrom teplota rosného bodu vzduchu. Teplota rosného bodu je teplota, pri ktorej relatívna vlhkosť vzduchu dosiahne 100 % pri zachovaní konštantnej vlhkosti vlhkého vzduchu. Predstavuje teplotu, pri ktorej vzduch dosiahne bod kondenzácie. Vo všeobecnosti platí, že čím nižší je rosný bod vzduchu použitého na sušenie, tým nižší je obsah zvyškovej vlhkosti a tým pomalšia rýchlosť sušenia.

V súčasnosti je najbežnejším spôsobom výroby suchého vzduchu použitie generátora suchého plynu. Toto zariadenie sa sústreďuje na adsorpčnú sušičku zloženú z dvoch molekulových sít, kde sa absorbuje vlhkosť zo vzduchu. V sušenom stave vzduch prúdi cez molekulové sitá, ktoré absorbujú vlhkosť z plynu a poskytujú odvlhčený plyn na sušenie. V regeneračnom stave sú molekulové sitá zahrievané na svoju regeneračnú teplotu horúcim vzduchom. Plyn prúdiaci cez molekulové sitá zachytáva odstránenú vlhkosť a odvádza ju do okolitého prostredia. Ďalším spôsobom výroby suchého plynu je zníženie tlaku stlačeného plynu. Výhodou tohto spôsobu je, že stlačený plyn v napájacej sieti má nízky tlakový rosný bod. Po znížení tlaku dosiahne jeho rosný bod približne 0 stupňov. Ak je potrebný ešte nižší rosný bod, možno použiť membránové alebo adsorpčné sušičky na ďalšie zníženie rosného bodu vzduchu pred znížením tlaku stlačeného vzduchu.

Pri sušení odvlhčeným vzduchom sa energia potrebná na výrobu suchého plynu musí vypočítať samostatne. Pri adsorpčnom sušení musí byť regenerované molekulové sito zahriate z teploty suchého stavu (približne 60 stupňov) na teplotu regenerácie (približne 200 stupňov). Toto sa typicky robí kontinuálnym zahrievaním plynu na regeneračnú teplotu cez molekulové sito, kým nedosiahne špecifickú teplotu pri výstupe zo sita. Teoreticky energia potrebná na regeneráciu pozostáva z energie potrebnej na zahriatie molekulového sita a vody v ňom adsorbovanej, energie potrebnej na prekonanie adhézie molekulového sita k vode a energie potrebnej na odparenie vlhkosti a zvýšenie teploty vodnej pary.

Vo všeobecnosti rosný bod získaný adsorpciou súvisí s kapacitou molekulového sita pre prenos teploty a vlhkosti. Typicky rosný bod 30 stupňov alebo menej umožňuje molekulovému situ dosiahnuť kapacitu prenosu vlhkosti 10 %. Teoretická potreba energie na výrobu suchého plynu, vypočítaná z energetických zdrojov, je 0,004 kWh/m³. V praxi však musí byť táto hodnota o niečo vyššia, pretože výpočty nezohľadňujú ventilátor ani tepelné straty. Porovnaním je možné určiť špecifickú spotrebu energie rôznych typov generátorov sušiaceho plynu. Vo všeobecnosti je spotreba energie na sušenie odvlhčovacieho plynu medzi 0,04 kWh/kg a 0,12 kWh/kg, v závislosti od materiálu a počiatočného obsahu vlhkosti. V skutočnej prevádzke môže dosiahnuť 0,25 kWh/kg alebo viac.

Energia potrebná na sušenie granúl pozostáva z dvoch častí: energie potrebnej na zahriatie materiálu z teploty miestnosti na teplotu sušenia a energie potrebnej na odparenie vlhkosti. Požadovaný objem plynu sa zvyčajne určuje na základe teploty sušiaceho plynu vstupujúceho alebo vystupujúceho zo sušiacej násypky. Prenos tepla zo suchého vzduchu pri určitej teplote do granúl konvekciou je tiež procesom konvekčného sušenia.

Pri skutočnej výrobe je skutočná spotreba energie niekedy oveľa vyššia ako teoretická hodnota. Napríklad materiál môže zostať v sušiacej násypke príliš dlho, čo má za následok väčšie množstvo plynu spotrebovaného na dokončenie procesu sušenia, alebo sa nemusí plne využiť adsorpčná kapacita molekulového sita. Uskutočniteľným spôsobom, ako znížiť potrebu sušiaceho plynu, a tým znížiť náklady na energiu, je použiť dvoj{2}}násypku na sušenie. V tomto type zariadenia sa materiál v hornej časti sušiacej násypky iba ohrieva, ale nesuší, takže ohrev je možné dosiahnuť pomocou okolitého vzduchu alebo výfukových plynov z procesu sušenia. Pri tejto metóde je často potrebné dodať do sušiacej násypky len 1/4 až 1/3 zvyčajného množstva sušiaceho plynu, čím sa znížia náklady na energiu. Ďalšou metódou na zlepšenie účinnosti sušenia odvlhčovacieho plynu sú termočlánky a regenerácia riadená{10} rosným bodom, zatiaľ čo nemecká spoločnosť Motan používa zemný plyn ako palivo na zníženie nákladov na energiu.

Vákuové sušenie

V súčasnosti sa vákuové sušenie dostalo aj do oblasti spracovania plastov. Napríklad vákuové sušiace zariadenie vyvinuté americkou spoločnosťou Maguire bolo aplikované na spracovanie plastov. Tento stroj na nepretržitú prevádzku pozostáva z troch komôr namontovaných na rotujúcom dopravnom páse. Do prvej komory sa po naplnení granúl zavádza plyn zahriaty na teplotu sušenia, aby sa granule zohriali. Na výstupe plynu, keď materiál dosiahne teplotu sušenia, sa presunie do druhej komory, ktorá sa evakuuje. Pretože vákuum znižuje bod varu vody, vlhkosť sa ľahšie odparuje ako vodná para, čím sa urýchľuje proces difúzie vlhkosti. Vákuum tiež vytvára väčší tlakový rozdiel medzi vnútrom granúl a okolitým vzduchom. Typicky materiál zostáva v druhej komore 20 až 40 minút, ale pre niektoré vysoko hygroskopické materiály môže byť potrebných až 60 minút. Nakoniec sa materiál prenesie do tretej komory a vyberie sa zo sušičky.

Pri sušení odvlhčovacím plynom aj pri vákuovom sušení je energia spotrebovaná pri zahrievaní plastu rovnaká, pretože oba spôsoby sa vykonávajú pri rovnakej teplote. Pri vákuovom sušení však samotné sušenie plynu nespotrebováva energiu, ale energia je potrebná na vytvorenie vákua. Spotreba energie potrebnej na vytvorenie vákua závisí od množstva sušeného materiálu a jeho vlhkosti.

Infračervené sušenie

Ďalším spôsobom sušenia granúl je infračervené sušenie. Pri konvekčnom ohreve je tepelná vodivosť medzi plynom a granulami, medzi samotnými granulami a vo vnútri granúl veľmi nízka, čím sa výrazne obmedzuje prenos tepla. Infračervené sušenie, pretože molekuly sú ožarované infračerveným svetlom, absorbovaná energia sa priamo premieňa na tepelné vibrácie, čo znamená, že materiál sa zahrieva rýchlejšie ako pri konvekčnom sušení. V porovnaní s konvekčným ohrevom infračervené sušenie zahŕňa okrem lokálneho tlakového rozdielu medzi okolitým vzduchom a vlhkosťou v časticiach aj opačný teplotný gradient. Vo všeobecnosti platí, že čím väčší je teplotný rozdiel medzi sušiacim plynom a zahriatymi časticami, tým rýchlejší je proces sušenia. Infračervený čas sušenia je zvyčajne 5 až 15 minút. V súčasnosti sú procesy infračerveného sušenia navrhnuté ako rotačné trubicové systémy, kde sa častice prepravujú a cirkulujú pozdĺž špirálovej trubice s niekoľkými infračervenými ohrievačmi v centrálnej časti. Pri infračervenom sušení je možné zvoliť výkon zariadenia na základe štandardu od 0,035 kWh/kg do 0,105 kWh/kg.

Ako už bolo spomenuté, rozdielny obsah vlhkosti v materiáli povedie k rozdielom v procesných parametroch. Vo všeobecnosti môžu byť rozdiely v obsahu zvyškovej vlhkosti spôsobené rôznymi prietokmi rôznych materiálov; preto prerušenia procesu sušenia alebo spustenie a vypnutie stroja spôsobia rozdiely v čase zotrvania. Pri stálom prietoku plynu sa zmeny prietoku materiálu vo všeobecnosti prejavujú ako zmeny v teplotnom profile a teplote výfukových plynov. Výrobcovia sušičiek merajú tieto variácie pomocou rôznych metód a prispôsobujú prietok sušiaceho plynu množstvu sušeného materiálu, čím upravujú teplotný profil sušiacej násypky, aby sa zabezpečilo, že granule budú mať stabilnú dobu zotrvania pri teplote sušenia.

Okrem toho, meniaci sa počiatočný obsah vlhkosti v materiáli môže viesť k nestabilite zvyškovej vlhkosti. Pretože čas zdržania je fixný, výrazná zmena počiatočného obsahu vlhkosti bude nevyhnutne viesť k podobne významnej zmene obsahu zvyškovej vlhkosti. Na dosiahnutie stabilnej zvyškovej vlhkosti je potrebné merať počiatočnú aj zvyškovú vlhkosť. Avšak kvôli nízkemu obsahu zvyškovej vlhkosti je online meranie ťažké a dlhý čas zotrvania materiálu v sušiarni môže spôsobiť problémy s riadením, ak sa ako výstupný signál použije zvyšková vlhkosť. Výrobcovia sušičiek preto vyvinuli nový koncept ovládania na dosiahnutie stabilného obsahu zvyškovej vlhkosti. Cieľom tohto konceptu riadenia je udržiavať stabilný obsah zvyškovej vlhkosti pomocou procesných parametrov, ako je počiatočný obsah vlhkosti plastu, rosný bod privádzaných a odchádzajúcich plynov, prietok plynu a prietok granúl ako vstupné premenné. To umožňuje sušiacemu systému rýchlo sa prispôsobiť na základe týchto premenných, aby sa udržal stabilný obsah zvyškovej vlhkosti.

Infračervené sušenie a vákuové sušenie sú nové technológie v spracovaní plastov. Ich aplikácia výrazne skracuje dobu zotrvania materiálu a znižuje spotrebu energie. Tieto inovatívne procesy sušenia sú však aj pomerne drahé. Preto sa v posledných rokoch vynaložilo úsilie na zlepšenie účinnosti tradičného sušenia odvlhčovacieho plynu. Preto by sa pri rozhodovaní o investíciách malo vykonať dôkladné posúdenie nákladov, zohľadňujúce nielen obstarávacie náklady, ale aj potrubia, energiu, priestor a údržbu, aby sa maximalizovala návratnosť investície.