Odaberite pravu tehnologiju sušenja

Sušenje materijala je neizbježno za svakog prerađivača plastike. Također je ključno za proizvodnju visoko-kvalitetnih proizvoda. Odabir odgovarajuće tehnologije sušenja pomaže u uštedi troškova i smanjenju potrošnje energije, a pravilna procjena tehnologije sušenja i troškova ključna je za odabir odgovarajuće tehnologije.

Povećanjem sadržaja vode postupno se smanjuje smična viskoznost materijala. Tijekom obrade, promjene u svojstvima tečenja taline dovode do odgovarajućih promjena u kvaliteti proizvoda i nizu parametara obrade. Na primjer, preduga vremena zadržavanja mogu rezultirati niskim sadržajem preostale vlage, povećanjem viskoznosti, što dovodi do nepotpunog punjenja kalupa i žućenja materijala. Nadalje, neke promjene svojstava nisu izravno vidljive, već se mogu otkriti samo kroz relevantna ispitivanja materijala, kao što su promjene mehaničkih svojstava i dielektrične čvrstoće.

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

Nadalje, izračun potrošnje energije za proces sušenja može varirati ovisno o složenosti obrade i drugim čimbenicima, tako da su ovdje prikazane brojke samo za referencu.

Konvekcijsko sušenje

Za ne-higroskopne materijale mogu se koristiti sušilice vrućim zrakom. Vlaga je labavo vezana površinskom napetosti između materijala i vode, što olakšava uklanjanje. Ovi strojevi rade pomoću ventilatora koji uvlači okolni zrak i zagrijava ga na temperaturu potrebnu za sušenje određenog materijala. Zagrijani zrak prolazi kroz lijevak 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 s plinom za sušenje. U ovoj fazi eliminira se temperaturna razlika između unutarnjeg i vanjskog prostora. Na kraju treće faze, ako osušeni materijal više ne otpušta vlagu, to ne znači da je bez vlage, već jednostavno ukazuje da je uspostavljena ravnoteža između čestica i okolnog okoliša.

U tehnologiji sušenja, temperatura rosišta zraka je ključni parametar. Temperatura rosišta je temperatura pri kojoj relativna vlažnost doseže 100% dok se sadržaj vlage u vlažnom zraku održava konstantnim. Predstavlja temperaturu pri kojoj zrak doseže točku kondenzacije. Općenito, što je niža točka rosišta zraka koji se koristi za sušenje, niži je sadržaj preostale vlage i sporija je brzina sušenja.

Trenutno je najčešća metoda za proizvodnju suhog zraka korištenje generatora suhog plina. Ova oprema temelji se na adsorpcijskom sušaču sastavljenom od dva molekularna sita, gdje se apsorbira vlaga iz zraka. U stanju sušenja, zrak struji kroz molekularna sita, koja apsorbiraju vlagu iz plina, osiguravajući odvlaženi plin za sušenje. U stanju regeneracije, molekularna sita se vrućim zrakom zagrijavaju na temperaturu regeneracije. Plin koji teče kroz molekularna sita skuplja uklonjenu vlagu i prenosi je u okolni okoliš. Druga metoda za stvaranje suhog plina je smanjenje tlaka komprimiranog plina. Prednost ove metode je što stlačeni plin u opskrbnoj mreži ima niskotlačno rosište. Nakon što se tlak smanji, njegova točka rosišta doseže približno 0 stupnjeva. Ako je potrebna još niža točka rosišta, mogu se koristiti membranski ili adsorpcijski sušači za daljnje smanjenje točke rosišta zraka prije nego što se smanji tlak komprimiranog zraka.

Kod sušenja odvlaženog zraka, energija potrebna za proizvodnju suhog plina mora se izračunati zasebno. U adsorpcijskom sušenju, regenerirano molekularno sito mora se zagrijati od temperature suhog stanja (približno 60 stupnjeva) do temperature regeneracije (približno 200 stupnjeva). To se obično radi kontinuiranim zagrijavanjem plina do temperature regeneracije kroz molekularno sito dok ne postigne 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 prianjanja molekularnog sita na vodu i energije potrebne za isparavanje vlage i podizanje temperature vodene pare.

Općenito, točka rosišta dobivena adsorpcijom povezana je s temperaturom i kapacitetom nosivosti vlage molekularnog sita. Tipično, rosište od 30 stupnjeva ili manje omogućuje molekularnom situ da postigne kapacitet prijenosa vlage od 10%. Teorijska potrebna energija za proizvodnju suhog plina, izračunata iz izvora energije, iznosi 0,004 kWh/m³. Međutim, u praksi ta vrijednost mora biti malo viša jer izračuni ne uzimaju u obzir gubitak ventilatora ili topline. Usporedbom se može odrediti specifična potrošnja energije različitih vrsta generatora plina za sušenje. Općenito, potrošnja energije za sušenje plina za odvlaživanje je između 0,04 kWh/kg i 0,12 kWh/kg, ovisno o materijalu i početnom sadržaju 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. Potreban volumen plina obično se određuje na temelju temperature plina za sušenje koji ulazi ili izlazi iz spremnika za sušenje. Prijenos topline sa suhog zraka na određenoj temperaturi na granule konvekcijom također je konvekcijski proces sušenja.

U stvarnoj proizvodnji, stvarna potrošnja energije ponekad je puno veća od teorijske vrijednosti. Na primjer, materijal može predugo ostati u lijevku za sušenje, što će dovesti do potrošene veće količine plina za dovršetak procesa sušenja, ili adsorpcijski kapacitet molekularnog sita možda neće biti u potpunosti iskorišten. Izvediva metoda za smanjenje potražnje za plinom za sušenje i time niži troškovi energije je korištenje dvo-lijevka za sušenje. U ovoj vrsti opreme, materijal u gornjem dijelu lijevka za sušenje se samo zagrijava, ali ne i suši, tako da se zagrijavanje može postići korištenjem okolnog zraka ili ispušnog plina iz procesa sušenja. Koristeći ovu metodu, često samo 1/4 do 1/3 uobičajene količine plina za sušenje treba dovesti u lijevak za sušenje, čime se smanjuju troškovi energije. Druga metoda za poboljšanje učinkovitosti sušenja plina za odvlaživanje je putem termoparova i regeneracije-točke rosišta, dok njemačka tvrtka Motan koristi prirodni plin kao gorivo za smanjenje troškova energije.

Vakuumsko sušenje

Trenutačno je vakuumsko sušenje također ušlo u područje prerade plastike. Na primjer, oprema za vakuumsko sušenje koju je razvila američka tvrtka Maguire primijenjena je u preradi plastike. Ovaj stroj za kontinuirani rad sastoji se od tri komore postavljene na rotirajuću pokretnu traku. U prvu komoru, nakon punjenja granula, uvodi se plin zagrijan na temperaturu sušenja za zagrijavanje granula. Na izlazu plina, kada materijal postigne temperaturu sušenja, premješta se u drugu komoru koja se vakuumira. Budući da vakuum snižava vrelište vode, vlaga lakše isparava kao vodena para, čime se ubrzava proces difuzije vlage. Vakuum također stvara veću razliku tlaka između unutrašnjosti granula i okolnog zraka. Tipično, materijal ostaje u drugoj komori 20-40 minuta, ali za neke vrlo higroskopne materijale može biti potrebno i do 60 minuta. Na kraju, materijal se prenosi u treću komoru i uklanja iz sušionice.

I kod sušenja plinom za odvlaživanje i kod vakuumskog sušenja, energija koja se troši za zagrijavanje plastike je ista jer se obje metode izvode na istoj temperaturi. Međutim, kod vakuumskog sušenja samo sušenje plinom ne troši energiju, ali je energija potrebna 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. Kod konvekcijskog grijanja, toplinska vodljivost između plina i granula, između samih granula i unutar granula vrlo je niska, čime se uvelike ograničava prijenos topline. Infracrveno sušenje, budući da su molekule ozračene infracrvenim svjetlom, apsorbirana energija se izravno pretvara u toplinske vibracije, što znači da se materijal zagrijava brže nego kod konvekcijskog sušenja. U usporedbi s konvekcijskim grijanjem, infracrveno sušenje također uključuje obrnuti temperaturni gradijent, uz lokalnu razliku tlaka između okolnog zraka i vlage u česticama. Općenito, što je veća temperaturna razlika između plina za sušenje i zagrijanih čestica, proces sušenja je brži. Vrijeme infracrvenog sušenja obično je 5 do 15 minuta. Trenutno su infracrveni procesi sušenja dizajnirani kao sustavi rotacijskih cijevi, gdje se čestice transportiraju i cirkuliraju duž spiralne cijevi s nekoliko infracrvenih grijača u središnjem dijelu. Kod infracrvenog sušenja, snaga opreme može se odabrati na temelju standarda od 0,035 kWh/kg do 0,105 kWh/kg.

Kao što je ranije spomenuto, različit sadržaj vlage u materijalu dovest će do razlika u procesnim parametrima. Općenito, razlike u sadržaju preostale vlage mogu biti posljedica različitih brzina protoka različitih materijala; stoga će prekidi u procesu sušenja ili pokretanja i isključivanja stroja uzrokovati razlike u vremenu zadržavanja. S fiksnom brzinom protoka plina, varijacije u brzini protoka materijala općenito se očituju kao promjene u temperaturnom profilu i temperaturi ispuha. Proizvođači sušara mjere ove varijacije različitim metodama i usklađuju brzinu protoka plina za sušenje s količinom materijala koji se suši, prilagođavajući tako profil temperature lijevka za sušenje kako bi se osiguralo da granule dožive stabilno vrijeme zadržavanja na temperaturi sušenja.

Nadalje, različit početni sadržaj vlage u materijalu može dovesti do nestabilnosti u sadržaju preostale vlage. Budući da je vrijeme zadržavanja fiksno, značajna promjena u početnom sadržaju vlage neizbježno će rezultirati slično značajnom promjenom u sadržaju preostale vlage. Da bi se postigla stabilna rezidualna vlažnost, potrebno je izmjeriti početnu i rezidualnu vlažnost. Međutim, zbog niskog sadržaja zaostale vlage, online mjerenje je teško, a dugo vrijeme zadržavanja materijala u sustavu za sušenje može uzrokovati probleme s kontrolom ako se sadržaj zaostale vlage koristi kao izlazni signal. Stoga su proizvođači sušilica razvili novi koncept kontrole za postizanje stabilnog sadržaja preostale vlage. Ovaj koncept kontrole ima za cilj održavanje stabilnog sadržaja preostale vlage korištenjem procesnih parametara kao što su početni sadržaj vlage u plastici, točka rosišta ulaznih i izlaznih plinova, brzina protoka plina i brzina protoka granula kao ulaznih varijabli. To omogućuje sustavu sušenja da se brzo prilagodi na temelju ovih varijabli kako bi se održao stabilan sadržaj preostale vlage.

Infracrveno sušenje i sušenje u vakuumu nove su tehnologije u preradi plastike. Njihovom primjenom značajno se skraćuje vrijeme zadržavanja materijala i smanjuje potrošnja energije. Međutim, ovi inovativni procesi sušenja također su relativno skupi. Stoga su posljednjih godina uloženi napori da se poboljša učinkovitost tradicionalnog sušenja plina za odvlaživanje. Stoga, pri donošenju odluka o ulaganju, treba provesti temeljitu procjenu troškova, uzimajući u obzir ne samo troškove nabave, već i cjevovode, energiju, prostor i održavanje, kako bi se maksimizirao povrat ulaganja.