塑料原料干燥--更高效的處理方法有哪些？
- 發(fā)布時(shí)間：2019-06-03 06-03 08:51 作者：康阜新材料
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對于很多注塑加工商來(lái)說(shuō)，干燥物料是個(gè)不可避免的 麻煩，處理工程塑料這是特別需要的，目的是做出質(zhì)量良好的產(chǎn)品。就加工和能源消耗兩方面而言，干燥操作可以具有節省的潛力，使對不同機器相對優(yōu)點(diǎn)的評價(jià)富 有價(jià)值了。在作出干燥機的投資決策之時(shí)，價(jià)格不應當是高于一切的要素。相反，決定必須建立于對成本和技術(shù)的充分評估基礎之上。
隨著(zhù)工藝水分增加，材料的剪切粘度降低。加工過(guò)程中流動(dòng)性能的變化表現在一系列的工藝參數以及所制產(chǎn)品的質(zhì)量當中。過(guò)多工藝水分的一般影響是過(guò)保壓或發(fā) 泡。如果因為停滯時(shí)間過(guò)長(cháng)使殘余水分含量太低和粘度增加，這就會(huì )導致類(lèi)似不充分填模的問(wèn)題。其它由不恰當干燥而引起的看得到的缺陷包括水紋或停滯時(shí)間過(guò)長(cháng) 造成的材料發(fā)黃。性能變化引起的主要問(wèn)題在產(chǎn)品上不是能直接肉眼看得到的，而只能通過(guò)對成分進(jìn)行恰當的測試才能被發(fā)現，如機械性能和介電強度。
在選擇干燥過(guò)程時(shí)，材料的干燥性能是具有關(guān)鍵意義的。材料可以被分成吸濕性和非吸濕性?xún)煞N。因為其物理和化學(xué)結構，吸濕性材料從四周環(huán)境吸收水分，并把它 們約束在其內部。非吸濕性材料不能從環(huán)境中吸收水分。對于非吸濕性材料，任何環(huán)境中存在的水分保留在表面，成為“表面水分”，相對易于被清除。由非吸濕性 材料制成的膠粒也能因為添加劑或填料的作用而變得具有吸濕性，然后從環(huán)境中吸收水分。對一個(gè)工藝的能耗的估計與加工作業(yè)的復雜程度有關(guān)系，所以這里所介紹 的數值僅應作為指導。
1、對流式干燥機
干燥非吸濕性材料，可以使用熱風(fēng)干燥機，因為水分只是被內聚力所松散地約束，因此易于清除。在這種機器中，環(huán)境中的空氣被風(fēng)扇所吸收，并被加熱到材料特定的干燥溫度，經(jīng)過(guò)的干燥料斗通過(guò)對流來(lái)加熱材料并除去水分。
用非除濕氣體干燥器來(lái)干燥吸濕性材料，基本上有三個(gè)干燥段。在頭一段里，水分只是在被干燥的材料表面蒸發(fā)掉。在第二個(gè)干燥段，蒸發(fā)點(diǎn)在材料內部，干燥速度 緩慢降低，被干燥材料的溫度上升。在最后一段，達到與干燥氣體的吸濕平衡。在這個(gè)階段，內部和外部間的所有溫度差別被消除。如果在第三段末端，被干燥材料 不再放出水分，這并不意味著(zhù)它不含水分了，而只是在膠粒和周?chē)h(huán)境之間建立起了平衡。
在干燥技術(shù)中，空氣的露點(diǎn)常被當作空氣帶上水分的手段。它代表的是達到承載飽和與水分凝結的溫度。用于干燥的空氣的露點(diǎn)愈低，所獲殘余水分量就愈低，干燥速度也愈低。
干燥用熱量與除濕空氣一起通過(guò)對流被輸送至膠粒里。就象熱風(fēng)干燥一樣，這是一種對流干燥過(guò)程。除濕空氣干燥中判斷標準是用于備制除濕氣體的方法。
至今生產(chǎn)除濕空氣的最為普遍的方法是利用除濕氣體發(fā)生器，它以吸附性干燥器進(jìn)行運作(圖1)。這由兩個(gè)分子篩組成，被轉換至干燥和再生狀態(tài)。在干燥狀態(tài)， 空氣流經(jīng)吸附劑(通常是一個(gè)分子篩)，它吸收工藝氣體中的水分，并為干燥提供已除濕氣體。在再生狀態(tài)，分子篩被熱空氣所加熱至再生溫度。流經(jīng)分子篩的氣體 收集被除水分，并將其帶至周?chē)h(huán)境中。
另一個(gè)生成除濕氣體的可行方法是對被壓縮氣體進(jìn)行解壓。這種方法的好處是供應網(wǎng)絡(luò )中的被壓縮氣體有著(zhù)較低的壓力露點(diǎn)。在壓力釋放以后，達到-20℃范圍的露點(diǎn)。如果需要較低的露點(diǎn)，膜式或吸附式干燥器可以在壓力釋放之前被用來(lái)進(jìn)一步降低壓力露點(diǎn)。
干燥膠粒所需的能量由兩種組成，一是將材料由儲存溫度加熱至干燥溫度所需的能量，二是蒸發(fā)水分所需的能量。以干燥所需能量流動(dòng)和干燥氣體進(jìn)入與離開(kāi)干燥料斗時(shí)的溫度為基礎，材料所需的特定氣體量可以被確定。
在除濕空氣干燥中，生產(chǎn)除濕氣體所需的能量必須進(jìn)行額外計算。在吸附式干燥中，再生狀態(tài)的分子篩必須從干燥態(tài)的工藝溫度(約60℃)被加熱至再生溫度(約 200℃)。為此，常見(jiàn)的做法是通過(guò)分子篩將被加熱氣體連續地送至再生溫度，直至它在離開(kāi)分子篩時(shí)達到特定溫度。理論上再生所必要的能量由加熱分子篩及內 含水的能量、克服水對分子篩的附著(zhù)力所需要的能量、蒸發(fā)水分和水蒸汽升溫所必需的能量幾個(gè)部分組成。
吸附所得露點(diǎn)與分子篩的溫度和水分攜帶量有關(guān)。通常上，≤30℃的露點(diǎn)可以達到分子篩10%的水分攜帶量。為了制備除濕氣體，由能量計算所得的理論能量需 求值是0.004度/m3除濕氣體。但是，實(shí)際中這個(gè)數值必須稍高，因為計算沒(méi)有把風(fēng)扇或熱量損失考慮在內。通過(guò)對比，不同類(lèi)型除濕氣體發(fā)生器的特定能耗 就被確定下來(lái)。為此，假定能耗達到所需在額定能量的30%至50%之間。所以除濕氣體干燥可能用到的特定能耗在0.04kWh/kg和0.12kWh /kg之間，根據材料和初始水分量而變化。在實(shí)際操作中，也可以達到0.25kWh/kg和更高值，根據干燥機操作模式和干燥作業(yè)復雜程度而定。
在實(shí)際生產(chǎn)中，特定能耗值有時(shí)要比理論值高得多。例如，如果材料在干燥料斗中的停留時(shí)間過(guò)長(cháng)，以太高的特定氣體量完成干燥，或者分子篩的吸附能力未充分發(fā) 揮。提高除濕干燥的可能方法是通過(guò)熱電偶和露點(diǎn)受控的再生。德國摩丹(Motan)公司通過(guò)利用天然氣作為燃料來(lái)設法減低能源成本。
減少除濕氣體的需要量、從而削減能源成本的可行方法是利用雙步法干燥料斗。在這種機型中，干燥料斗上半部的材料只是被加熱，但并未干燥。所以可以用環(huán)境中 空氣或干燥過(guò)程的排氣來(lái)完成加熱。通過(guò)采用這種方法，只要向干燥料斗供應除濕氣體量的1/3至1/4是足夠的，從而因為生成除濕氣體而降低了能源成本。
2、真空干燥
真空干燥也進(jìn)入到塑料加工領(lǐng)域當中。這種連續操作型機器由安裝于旋轉傳送帶上的三個(gè)小腔組成。在位置 1處，小腔填滿(mǎn)了膠粒，然后加熱至干燥溫度的氣體被送至加熱膠粒。當在氣體出口達到干燥溫度和周期時(shí)間用完時(shí)，容器移至有真空的位置2。真空降低了水的沸 點(diǎn)，所以水分更早地進(jìn)入到水蒸汽狀態(tài)。因此，水分擴散過(guò)程被加速，而且在膠粒內部與周?chē)諝庵g有著(zhù)更大的壓力差。因此，在位置2停留20-40分鐘時(shí) 間，以及一些極吸濕性材料停留60分鐘，對于干燥是足夠的了。接著(zhù)容器移至位置3，被干燥材料可以被清除。
在除濕氣體干燥和真空干燥中，利用了同量的能源來(lái)加熱塑料，因為兩種方法在同樣的溫度下進(jìn)行。但是在真空干燥中，氣體干燥不要消耗能源，但要用能源來(lái)創(chuàng )造真空。創(chuàng )造真空所需的特定能耗和材料用量有關(guān)。
3、紅外線(xiàn)干燥
干燥膠粒的另一種方法是紅外線(xiàn)干燥工藝。在對流加熱中，流到膠粒中的熱量被氣體到膠粒的傳熱和膠粒的低導熱性所限制。用紅外線(xiàn)干燥，分子被直接轉換為熱振 動(dòng)，這意味著(zhù)材料的加熱比在對流干燥中來(lái)得快。作為一種附加的加速力，除了環(huán)境空氣和膠粒中水分的局部壓力差以外，與對流加熱相比有一個(gè)逆向的溫度梯度。 工藝氣體和受熱微粒之間的溫度差愈大，干燥過(guò)程就愈快。紅外線(xiàn)干燥時(shí)間通常在5至15分鐘之間。這種紅外線(xiàn)干燥過(guò)程已經(jīng)被設計為轉管概念。順著(zhù)一只內壁有 螺紋的轉管，膠粒被輸送和循環(huán)。在轉管的中心段有幾個(gè)紅外線(xiàn)加熱器。在紅外線(xiàn)干燥中，可以采用0.035kWh/kg至0.105kWh/kg之間的能 耗。
實(shí)現穩定的殘余水分量
如前所述，工藝水分的差別導致工藝參數的差別，這對工藝和成分質(zhì)量可以產(chǎn)生反面影響。工藝水分量不同的原因可能有：
不同的材料流通速率，所以工藝中斷或加工機器的啟動(dòng)或停機會(huì )引起停留時(shí)間的不同;不同的初始水分量。假定一個(gè)穩定的氣體量，材料流通量的不同被表現為溫度 曲線(xiàn)變化和排氣溫度的變化。它們被許多干燥機制造商以不同方法進(jìn)行測量，并被用來(lái)把干燥氣體流與材料用量匹配，進(jìn)而影響干燥料斗的溫度曲線(xiàn)，從而膠粒一直 在干燥溫度下經(jīng)歷穩定的停留時(shí)間。
假定或多或少的穩定初始水分量，上述的方法會(huì )導致或多或少的穩定殘余水分量。但是因停留時(shí)間穩定，初始水分量的明顯變化導致殘余水分量同樣明顯的變化。如 果需要穩定的殘余水分量，除了要變化初始水分量以外，接下來(lái)有必要測量初始或殘余的水分量。因為相關(guān)的殘余水分量低，在線(xiàn)測量不易進(jìn)行，且成本高。
而且，因為在干燥機系統中的停留時(shí)間可觀(guān)，把殘余水分量當作輸出信號會(huì )引起系統受控時(shí)的問(wèn)題。所以一種被開(kāi)發(fā)出來(lái)的控制概念能實(shí)現穩定的殘余水分量。它以 試圖在穩定值下保持殘余水分量的工藝模式為基礎。工藝模式的輸入變量是塑料的初始水分量、進(jìn)入和流出氣體的露點(diǎn)、氣體流動(dòng)量和膠粒流率。
紅外線(xiàn)干燥和真空干燥是在塑料加工中派上用場(chǎng)的新技術(shù)，用來(lái)縮短停滯時(shí)間和能源消耗。但是，近年人們也做出很大努力來(lái)提高傳統除濕氣體干燥的效率。毫無(wú)疑 問(wèn)，創(chuàng )新干燥工藝有他們的價(jià)格。在作出投資決策時(shí)，應當進(jìn)行精確的成本評估，不僅考慮采購成本，還要考慮管路、能源、空間需求和維修保養。
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