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                選擇正確的干燥技術

                Datetime:2015-2-27 14:20:17   Hits:2026

                物料的干燥對于每一個塑料加工商來說都是不可避免的。同時,為了生產出高質量的產品,這一過程也是非常重要的。選擇合理的干燥技術有助于節約成本、降低能耗,而對干燥技術和成本的正確評估對于選擇合適的干燥設備具有重要的意義。

                水含量的增加會逐漸降低物料的剪切黏度。在加工過程中,由于熔體流動性能的變化,產品的質量以及一系列的加工工藝參數也會隨之發生相應的變化。例如,停滯時間過長會使殘余水分含量太低從而造成黏度的增加,這將導致填模不充分,同時也會造成物料發黃。另外,某些性能的變化并不能直接用肉眼觀察到,而只有通過對材料進行相關的測試才能發現,如機械性能和介電強度的改變。

                在選擇干燥過程時,鑒別材料的干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。對于非吸濕性物料,任何環境中存在的水分都保留在表面,成為“表面水分”而易于被清除。不過由非吸濕性物料制成的膠粒也可能因為添加劑或填料的作用而變得具有吸濕性。

                另外,對一個干燥工藝過程的能耗的計算,可能會與加工作業的復雜程度以及其他因素有關,所以這里所介紹的數值僅供參考。

                對流式干燥

                對于非吸濕性物料,可以使用熱風干燥機進行干燥。因為水分只是被物料與水的界面張力松散地約束,易于去除。此類機器的原理是,利用風扇來吸收環境中的空氣并將其加熱到干燥特定物料所要求的溫度,被加熱后的空氣經過干燥料斗,并通過對流的方式加熱物料以除去水分。

                對吸濕性物料的干燥一般分為三個干燥段:第一個干燥段是將物料表面的水分蒸發掉;第二個干燥段則將蒸發的重點放在材料內部,此時干燥速度緩慢降低,而被干燥物料的溫度開始上升;在最后一個階段,物料達到與干燥氣體的吸濕平衡。在這個階段,內部和外部間的溫度差別將被消除。在第三段末端,如果被干燥物料不再釋放出水分,這并不意味著它不含水分,而只是表明膠粒和周圍環境之間已經建立起了平衡。

                在干燥設備中,空氣的露點溫度是一個非常重要的參數。所謂的露點溫度就是在保持濕空氣的含濕量不變的情況下,使其溫度下降,當相對濕度達到100%時所對應的溫度。它表示空氣達到水分凝結時所對應的溫度。通常,用于干燥的空氣的露點愈低,所獲得殘余水量就愈低,干燥速度也愈低。

                目前,生產干燥普遍的方法是利用干燥氣體發生器。該設備以由兩個分子篩組成的吸附性干燥器為核心,空氣中的水分在這里被吸收。在干燥狀態下,空氣流經分子篩,分子篩吸收氣體中的水分,為干燥提供除濕氣體。在再生狀態下,分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,并將其帶至周圍環境中。另一種生成干燥氣體的方法是降低壓縮氣體的壓力。這種方法的好處是供應網絡中的壓縮氣體有著較低的壓力露點。在壓力降低以后,其露點達到0℃左右。如果需要更低的露點,可以利用膜式或吸附式干燥器在壓縮空氣壓力降低之前進一步降低空氣的露點。 ( 閃蒸干燥機)

                在除濕空氣干燥中,生產干燥氣體所需的能量必須進行額外計算。在吸附式干燥中,再生狀態的分子篩必須從干燥態的溫度(約60℃)被加熱至再生溫度(約200℃)。為此,通常的做法是通過分子篩將被加熱氣體連續加熱至再生溫度,直至它在離開分子篩時達到特定溫度。理論上再生所必要的能量由加熱分子篩及其內部吸附的水所需要的能量、克服分子篩對水的附著力所需要的能量、蒸發水分和水蒸汽升溫所必需的能量幾個部分組成。

                一般,吸附所得露點與分子篩的溫度與水分攜帶量有關。通常,小于或等于30℃的露點可以使分子篩達到10%的水分攜帶量。為了制備干燥氣體,由能量計算所得的理論能量需求值是0.004kWh/m3。但是,實際中這個數值必須稍高,因為計算沒有把風扇或熱量損失考慮在內。通過對比,不同類型的干燥氣體發生器的特定能耗就可以被確定。一般來說,除濕氣體干燥的能耗在0.04kWh/kg~0.12kWh/kg之間,這要根據物料和初始水分含量而變化。在實際操作中,也可能達到0.25kWh/kg或更高。

                干燥膠粒所需的能量由兩部分組成,一部分是將物料由室溫加熱至干燥溫度所需要的能量,另一部分是蒸發水分所需要的能量。在確定物料所需的氣體量時,通常是以干燥氣體進入或離開干燥料斗時的溫度為基礎。一定溫度的干燥空氣通過對流的方式將熱量輸送至膠粒中也是一種對流干燥過程。

                在實際生產中,實際能耗值有時要比理論值高得多。例如,物料可能在干燥料斗中的停留時間過長,完成干燥所消耗的氣體量較大,或者分子篩的吸附能力未充分發揮等。減少干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干燥料斗。在這種干燥設備中,干燥料斗上半部的物料只是被加熱而并未被干燥,所以可以用環境中空氣或干燥過程的排氣來完成加熱。采用這種方法后,往往只需要向干燥料斗中供應通常干燥氣體量的1/4?1/3,從而降低了能源成本。提高除濕氣體干燥效率的另一種方法是通過熱電偶和露點受控的再生,而德國Motan公司則利用天然氣作為燃料來降低能源成本。

                真空干燥

                目前,真空干燥也進入到塑料加工領域當中,例如美國Maguire公司開發出來的真空干燥設備就已被應用到塑料加工之中。這種連續操作型的機器由安裝于旋轉傳送帶上的三個腔體組成。在第一腔體處,當膠粒被填滿后,通入被加熱至干燥溫度的氣體以加熱膠粒。在氣體出口處,當物料達到干燥溫度時即被移至抽成真空的第二腔體中。由于真空降低了水的沸點,所以水分更容易變成水蒸汽被蒸發出來,因此,水分擴散過程被加速了。由于真空的存在,從而在膠粒內部與周圍空氣之間產生了更大的壓力差。一般情況下,物料在第二腔體中的停留時間為20min?40min,而對于一些吸濕性較強的物料而言,需要停留60min。物料被送到第三腔體,并由此被移出干燥器。(閃蒸干燥機)

                在除濕氣體干燥和真空干燥中,加熱塑料所消耗的能源是相同的,因為這兩種方法是在同樣的溫度下進行。但是在真空干燥中,氣體干燥本身并不需要消耗能源,但需要用能源來創造真空,創造真空所需的能耗與所干燥物料的量以及含水量有關。

                紅外線干燥

                干燥膠粒的另一種方法是紅外線干燥工藝。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,因此熱量的傳導受到極大的限制。而采用紅外線干燥時,由于分子受到紅外線輻照,所吸收的能量將直接轉換成熱振動,這意味著物料的加熱比在對流干燥中更快。與對流加熱相比,在干燥過程中,除了環境空氣和膠粒中水分的局部壓力差以外,紅外線干燥還有一個逆向的溫度梯度。通常,干燥氣體和受熱微粒之間的溫度差愈大,干燥過程就愈快。紅外線干燥時間通常在5min~15min。目前,紅外線干燥過程已經被設計為轉管模式,即順著一只內壁有螺紋的轉管,膠粒被輸送和循環,在轉管的中心段有數個紅外線加熱器。在紅外線干燥中,設備的功率可以參照0.035kWh/kg?0.105kWh/kg的標準進行選擇。

                如前所述,物料含水量的不同將會導致工藝參數的差別。一般,殘余水分含量的不同可能是因為不同物料的流通速率不同,所以干燥過程的中斷或機器的啟動、停機都會引起停留時間的不同。在氣體流量固定的情況下,材料流通量的不同一般表現為溫度曲線的變化和排氣溫度的變化。干燥機制造商們以不同方法進行測量,并將干燥氣體流量與被干燥物料的量相匹配,進而調整干燥料斗的溫度曲線,從而使膠粒在干燥溫度下經歷穩定的停留時間。

                另外,物料不同的初始水分含量也會導致殘余水分含量的不穩定。因為停留時間是固定的,初始水分含量的明顯變化必將導致殘余水分含量發生同樣明顯的變化。如果需要穩定的殘余水分含量,就需要測量初始或殘余的水分含量。由于相關的殘余水分含量低,在線測量不易進行,而且物料在干燥系統中的停留時間較長,把殘余水分含量當作輸出信號會引起系統受控的問題,所以干燥機制造商們開發出來一種新的控制概念,能實現穩定的殘余水分含量這一目標。這種控制概念以保持殘余水含分量的穩定為目的,將塑料的初始水分量、進入和流出氣體的露點、氣體流動量和膠粒流通率等工藝參數作為輸入變量,從而使干燥系統能夠根據這些變量的不同進行及時調整,以保持穩定的殘余水分含量。

                紅外線干燥和真空干燥是塑料加工中的新技術,這些新技術的應用極大地縮短了物料的停留時間并降低了能源消耗。但是,創新的干燥工藝其價格也相對較高。因此,近些年來,人們也在努力地提高傳統除濕氣體干燥的效率。所以,在做出投資決策時,應當進行精確的成本評估,不僅要考慮采購成本,還要考慮管路、能源、空間和維修保養等,以使投資得到回報。

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