Velg riktig tørketeknologi

Materialtørking er uunngåelig for hver plastbehandler. Det er også avgjørende for å produsere høy-kvalitetsprodukter. Å velge en egnet tørketeknologi bidrar til å spare kostnader og redusere energiforbruket, og en riktig vurdering av tørketeknologi og kostnader er avgjørende for å velge riktig teknologi.

Økende vanninnhold reduserer gradvis skjærviskositeten til materialet. Under prosessering fører endringer i smelteflytegenskaper til tilsvarende endringer i produktkvalitet og en rekke prosessparametere. For eksempel kan for lange oppholdstider resultere i lavt restfuktighetsinnhold, økende viskositet, noe som fører til ufullstendig formfylling og gulning av materialet. Videre er enkelte egenskapsendringer ikke direkte observerbare, men kan bare oppdages gjennom relevante materialtester, som endringer i mekaniske egenskaper og dielektrisk styrke.

Når du velger en tørkeprosess, er det avgjørende å identifisere materialets tørkeegenskaper. Materialer kan kategoriseres som hygroskopiske eller ikke-hygroskopiske. Hygroskopiske materialer absorberer fuktighet fra omgivelsene, mens ikke-hygroskopiske materialer ikke gjør det. For ikke-hygroskopiske materialer forblir all fuktighet som finnes i miljøet på overflaten, og blir til "overflatefuktighet", som lett fjernes. Imidlertid kan granulater laget av ikke-hygroskopiske materialer bli hygroskopiske på grunn av tilsetningsstoffer eller fyllstoffer.

Videre kan energiforbruksberegningen for en tørkeprosess variere avhengig av kompleksiteten til behandlingen og andre faktorer, så tallene som presenteres her er kun for referanse.

Konveksjonstørking

For ikke-hygroskopiske materialer kan varmlufttørkere brukes. Fuktighet er løst bundet av grenseflatespenningen mellom materialet og vann, noe som gjør det enkelt å fjerne. Disse maskinene fungerer ved å bruke en vifte til å trekke inn omgivelsesluft og varme den opp til temperaturen som kreves for å tørke det spesifikke materialet. Den oppvarmede luften passerer gjennom tørkebeholderen og varmer opp materialet gjennom konveksjon for å fjerne fuktighet.

Tørking av hygroskopiske materialer involverer generelt tre trinn: det første trinnet fordamper overflatefuktigheten til materialet; det andre trinnet fokuserer fordampning på det indre av materialet, hvor tørkehastigheten avtar sakte mens temperaturen på materialet begynner å stige; i sluttfasen når materialet hygroskopisk likevekt med tørkegassen. På dette stadiet elimineres temperaturforskjellen mellom interiør og eksteriør. På slutten av det tredje trinnet, hvis det tørkede materialet ikke lenger avgir fuktighet, betyr ikke dette at det er -fritt for fuktighet, men indikerer ganske enkelt at det er etablert en likevekt mellom partiklene og det omgivende miljøet.

I tørketeknologi er duggpunkttemperaturen til luft en avgjørende parameter. Duggpunktstemperaturen er temperaturen der den relative fuktigheten når 100 % samtidig som fuktighetsinnholdet i fuktig luft holdes konstant. Det representerer temperaturen der luft når kondenseringspunktet. Generelt, jo lavere duggpunkt for luften som brukes til tørking, jo lavere er gjenværende fuktighetsinnhold og jo langsommere tørkehastighet.

For tiden er den vanligste metoden for å produsere tørr luft å bruke en tørrgassgenerator. Dette utstyret sentrerer seg om en adsorpsjonstørker som består av to molekylsikter, hvor fuktighet i luften absorberes. I tørketilstanden strømmer luft gjennom molekylsilene, som absorberer fuktighet fra gassen, og gir avfuktet gass for tørking. I regenereringstilstanden varmes molekylsilene opp til regenereringstemperaturen med varm luft. Gassen som strømmer gjennom molekylsilene samler den fjernede fuktigheten og frakter den inn i omgivelsene. En annen metode for å generere tørr gass er å redusere trykket på komprimert gass. Fordelen med denne metoden er at den komprimerte gassen i forsyningsnettet har et lavtrykksduggpunkt. Etter at trykket er redusert, når duggpunktet omtrent 0 grader. Dersom det kreves et enda lavere duggpunkt, kan membran- eller adsorpsjonstørkere brukes for å redusere luftduggpunktet ytterligere før trykklufttrykket reduseres.

Ved avfuktet lufttørking må energien som kreves for å produsere den tørre gassen beregnes separat. Ved adsorpsjonstørking må den regenererte molekylsikten varmes opp fra tørr tilstandstemperatur (omtrent 60 grader) til regenereringstemperaturen (omtrent 200 grader). Dette gjøres vanligvis ved kontinuerlig oppvarming av gassen til regenereringstemperaturen gjennom molekylsikten til den når en spesifikk temperatur når den går ut av sikten. Teoretisk sett består energien som kreves for regenerering av energien som trengs for å varme opp molekylsilen og vannet som er adsorbert i den, energien som trengs for å overvinne adhesjonen til molekylsilen til vannet, og energien som kreves for å fordampe fuktigheten og øke temperaturen på vanndampen.

Generelt er duggpunktet oppnådd fra adsorpsjon relatert til temperaturen og fuktighetsbæreevnen til molekylsikten. Vanligvis lar et duggpunkt på 30 grader eller mindre molekylsikten oppnå en fuktighetsbærende kapasitet på 10 %. Det teoretiske energibehovet for å produsere den tørre gassen, beregnet fra energikilder, er 0,004 kWh/m³. Men i praksis må denne verdien være litt høyere fordi beregningene ikke tar hensyn til vifte eller varmetap. Til sammenligning kan det spesifikke energiforbruket til forskjellige typer tørkegassgeneratorer bestemmes. Generelt er energiforbruket for avfuktende gasstørking mellom 0,04 kWh/kg og 0,12 kWh/kg, avhengig av materiale og initial fuktighetsinnhold. I faktisk drift kan den nå 0,25 kWh/kg eller høyere.

Energien som kreves for å tørke granulat består av to deler: energien som kreves for å varme materialet fra romtemperatur til tørketemperaturen, og energien som kreves for å fordampe fuktighet. Det nødvendige gassvolumet bestemmes vanligvis basert på temperaturen på tørkegassen som kommer inn eller ut av tørkebeholderen. Overføringen av varme fra tørr luft ved en viss temperatur til granulene gjennom konveksjon er også en konvektiv tørkeprosess.

I faktisk produksjon er det faktiske energiforbruket noen ganger mye høyere enn den teoretiske verdien. For eksempel kan materialet forbli i tørketrakten for lenge, noe som resulterer i at en større mengde gass forbrukes for å fullføre tørkeprosessen, eller adsorpsjonskapasiteten til molekylsikten kan ikke bli fullt utnyttet. En gjennomførbar metode for å redusere etterspørselen etter tørkegass og dermed redusere energikostnadene er å bruke en to- tørkebeholder. I denne typen utstyr blir materialet i den øvre delen av tørkebeholderen bare oppvarmet, men ikke tørket, slik at oppvarming kan oppnås ved hjelp av omgivende luft eller avgass fra tørkeprosessen. Ved å bruke denne metoden må ofte bare 1/4 til 1/3 av den vanlige mengden tørkegass tilføres tørkebeholderen, og dermed redusere energikostnadene. En annen metode for å forbedre tørkeeffektiviteten til avfuktende gass er gjennom termoelementer og duggpunktkontrollert regenerering, mens det tyske selskapet Motan bruker naturgass som drivstoff for å redusere energikostnadene.

Vakuumtørking

For tiden har vakuumtørking også kommet inn i plastbehandlingsfeltet. For eksempel har vakuumtørkeutstyret utviklet av det amerikanske selskapet Maguire blitt brukt til plastbehandling. Denne kontinuerlige maskinen består av tre kamre montert på et roterende transportbånd. I det første kammeret, etter at granulene er fylt, innføres gass oppvarmet til tørketemperaturen for å varme opp granulene. Ved gassutløpet, når materialet når tørketemperaturen, flyttes det til det andre kammeret, som evakueres. Fordi et vakuum senker kokepunktet til vann, fordamper fuktighet lettere som vanndamp, og akselererer dermed fuktdiffusjonsprosessen. Vakuumet skaper også en større trykkforskjell mellom innsiden av granulene og luften rundt. Vanligvis ligger materialet i det andre kammeret i 20-40 minutter, men for noen svært hygroskopiske materialer kan det være nødvendig med opptil 60 minutter. Til slutt overføres materialet til det tredje kammeret og fjernes fra tørketrommelen.

Ved både avfuktende gasstørking og vakuumtørking er energien som forbrukes ved oppvarming av plasten den samme fordi begge metodene utføres ved samme temperatur. Ved vakuumtørking bruker imidlertid ikke gasstørking i seg selv energi, men energi er nødvendig for å skape vakuumet. Energiforbruket som kreves for å skape vakuumet avhenger av mengden materiale som tørkes og fuktighetsinnholdet.

Infrarød tørking

En annen metode for tørking av granulat er infrarød tørking. Ved konveksjonsoppvarming er den termiske ledningsevnen mellom gassen og granulene, mellom selve granulene og inne i granulene svært lav, noe som begrenser varmeoverføringen sterkt. Infrarød tørking, fordi molekyler blir bestrålt av infrarødt lys, blir den absorberte energien direkte omdannet til termiske vibrasjoner, noe som betyr at materialet varmes opp raskere enn ved konveksjonstørking. Sammenlignet med konveksjonsoppvarming innebærer infrarød tørking også en omvendt temperaturgradient, i tillegg til den lokale trykkforskjellen mellom omgivelsesluften og fuktigheten i partiklene. Generelt, jo større temperaturforskjellen er mellom tørkegassen og de oppvarmede partiklene, desto raskere er tørkeprosessen. Infrarød tørketid er vanligvis 5 til 15 minutter. For tiden er infrarøde tørkeprosesser utformet som roterende rørsystemer, hvor partikler transporteres og sirkuleres langs et spiralrør med flere infrarøde varmeovner i den sentrale delen. Ved infrarød tørking kan utstyrseffekten velges basert på en standard på 0,035 kWh/kg til 0,105 kWh/kg.

Som nevnt tidligere vil ulikt fuktinnhold i materialet føre til forskjeller i prosessparametere. Generelt kan forskjeller i gjenværende fuktighetsinnhold skyldes forskjellige strømningshastigheter for forskjellige materialer; derfor vil avbrudd i tørkeprosessen eller maskinoppstart og avstenging forårsake forskjeller i oppholdstid. Med en fast gassstrømningshastighet manifesterer variasjoner i materialstrømningshastighet seg generelt som endringer i temperaturprofilen og eksostemperaturen. Tørkeprodusenter måler disse variasjonene ved hjelp av forskjellige metoder og matcher tørkegassens strømningshastighet med mengden materiale som tørkes, og justerer dermed temperaturprofilen til tørkebeholderen for å sikre at granulene opplever en stabil oppholdstid ved tørketemperaturen.

Videre kan varierende initialfuktighetsinnhold i materialet føre til ustabilitet i restfuktighetsinnhold. Siden oppholdstiden er fast, vil en betydelig endring i initialt fuktighetsinnhold uunngåelig resultere i en tilsvarende signifikant endring i restfuktighetsinnhold. For å oppnå stabilt restfuktighetsinnhold er det nødvendig å måle både initial- og restfuktighetsinnhold. På grunn av det lave restfuktighetsinnholdet er online måling imidlertid vanskelig, og den lange oppholdstiden til materialet i tørkesystemet kan forårsake kontrollproblemer hvis restfuktighetsinnhold brukes som utgangssignal. Derfor har tørketrommelprodusenter utviklet et nytt kontrollkonsept for å oppnå stabilt restfuktighetsinnhold. Dette kontrollkonseptet tar sikte på å opprettholde stabilt restfuktighetsinnhold ved å bruke prosessparametere som det opprinnelige fuktighetsinnholdet i plasten, duggpunktet til de innkommende og utgående gassene, gassstrømningshastigheten og granulatstrømningshastigheten som inngangsvariabler. Dette gjør at tørkesystemet kan justeres raskt basert på disse variablene for å opprettholde et stabilt restfuktighetsinnhold.

Infrarød tørking og vakuumtørking er nye teknologier innen plastbehandling. Deres bruk forkorter materialets oppholdstid betydelig og reduserer energiforbruket. Imidlertid er disse innovative tørkeprosessene også relativt dyre. Derfor har det de siste årene blitt gjort innsats for å forbedre effektiviteten til tradisjonell avfuktende gasstørking. Når investeringsbeslutninger tas, bør det derfor gjennomføres en grundig kostnadsvurdering, ikke bare med tanke på anskaffelseskostnader, men også rør, energi, plass og vedlikehold, for å maksimere avkastningen på investeringen.