Zvolte správnou technologii sušení

Sušení materiálu je nevyhnutelné pro každého zpracovatele plastů. Je také zásadní pro výrobu-kvalitních produktů. Volba vhodné technologie sušení pomáhá šetřit náklady a snižovat spotřebu energie, pro výběr vhodné technologie je nezbytné správné posouzení technologie sušení a nákladů.

Zvyšující se obsah vody postupně snižuje smykovou viskozitu materiálu. Během zpracování vedou změny vlastností toku taveniny k odpovídajícím změnám v kvalitě produktu a řadě parametrů zpracování. Například příliš dlouhé doby prodlevy mohou mít za následek nízký obsah zbytkové vlhkosti, zvýšení viskozity, což vede k neúplnému vyplnění formy a žloutnutí materiálu. Kromě toho některé změny vlastností nejsou přímo pozorovatelné, ale lze je detekovat pouze pomocí příslušných testů materiálů, jako jsou změny mechanických vlastností a dielektrické pevnosti.

Při výběru procesu sušení je prvořadá identifikace vlastností sušení materiálu. Materiály lze kategorizovat jako hygroskopické nebo -hygroskopické. Hygroskopické materiály absorbují vlhkost z okolního prostředí, zatímco nehygroskopické materiály nikoli. U nehygroskopických materiálů zůstává veškerá vlhkost přítomná v prostředí na povrchu a stává se „povrchovou vlhkostí“, kterou lze snadno odstranit. Granule vyrobené z-nehygroskopických materiálů se však mohou stát hygroskopickými díky přísadám nebo plnidlům.

Kromě toho se výpočet spotřeby energie pro proces sušení může lišit v závislosti na složitosti zpracování a dalších faktorech, takže zde uvedené údaje jsou pouze orientační.

Konvekční sušení

Pro nehygroskopické materiály lze použít horkovzdušné sušičky. Vlhkost je volně vázána mezipovrchovým napětím mezi materiálem a vodou, takže ji lze snadno odstranit. Tyto stroje pracují pomocí ventilátoru, který nasává okolní vzduch a ohřívá jej na teplotu potřebnou pro sušení konkrétního materiálu. Ohřátý vzduch prochází sušicí násypkou a ohřívá materiál konvekcí, aby se odstranila vlhkost.

Sušení hygroskopických materiálů obecně zahrnuje tři stupně: první stupeň odpaří povrchovou vlhkost materiálu; druhý stupeň zaměřuje odpařování na vnitřek materiálu, kde rychlost sušení pomalu klesá, zatímco teplota materiálu začíná stoupat; v konečné fázi se materiál dostane do hygroskopické rovnováhy se sušícím plynem. V této fázi se eliminuje teplotní rozdíl mezi interiérem a exteriérem. Pokud na konci třetí fáze sušený materiál již neuvolňuje vlhkost, neznamená to, že je bez vlhkosti, ale pouze to znamená, že mezi částicemi a okolním prostředím byla ustavena rovnováha.

V technologii sušení je rozhodujícím parametrem teplota rosného bodu vzduchu. Teplota rosného bodu je teplota, při které relativní vlhkost dosáhne 100 % při zachování konstantní vlhkosti vlhkého vzduchu. Představuje teplotu, při které vzduch dosáhne bodu kondenzace. Obecně platí, že čím nižší je rosný bod vzduchu použitého k sušení, tím nižší je obsah zbytkové vlhkosti a tím pomalejší je rychlost sušení.

V současné době je nejběžnějším způsobem výroby suchého vzduchu použití generátoru suchého plynu. Toto zařízení se soustředí na adsorpční sušičku složenou ze dvou molekulárních sít, kde se absorbuje vlhkost ze vzduchu. Ve stavu sušení vzduch proudí přes molekulární síta, která absorbují vlhkost z plynu a poskytují odvlhčený plyn pro sušení. V regeneračním stavu jsou molekulární síta zahřívána na svou regenerační teplotu horkým vzduchem. Plyn proudící přes molekulární síta sbírá odebranou vlhkost a odnáší ji do okolního prostředí. Dalším způsobem generování suchého plynu je snížení tlaku stlačeného plynu. Výhodou této metody je, že stlačený plyn v napájecí síti má nízký tlakový rosný bod. Po snížení tlaku dosáhne jeho rosný bod přibližně 0 stupňů. Je-li požadován ještě nižší rosný bod, lze k dalšímu snížení rosného bodu vzduchu před snížením tlaku stlačeného vzduchu použít membránové nebo adsorpční sušičky.

Při sušení odvlhčeným vzduchem je třeba samostatně vypočítat energii potřebnou k výrobě suchého plynu. Při adsorpčním sušení se musí regenerované molekulové síto zahřát z teploty suchého stavu (přibližně 60 stupňů) na teplotu regenerace (přibližně 200 stupňů). To se typicky provádí kontinuálním zahříváním plynu na regenerační teplotu přes molekulární síto, dokud nedosáhne specifické teploty při výstupu ze síta. Teoreticky se energie potřebná k regeneraci skládá z energie potřebné k zahřátí molekulárního síta a vody v něm adsorbované, energie potřebné k překonání adheze molekulárního síta k vodě a energie potřebné k odpaření vlhkosti a zvýšení teploty vodní páry.

Rosný bod získaný adsorpcí obecně souvisí s kapacitou molekulového síta, která nese teplotu a vlhkost. Typicky rosný bod 30 stupňů nebo méně umožňuje molekulárnímu sítu dosáhnout kapacity přenosu vlhkosti 10 %. Teoretická potřeba energie na výrobu suchého plynu, vypočtená z energetických zdrojů, je 0,004 kWh/m³. V praxi však musí být tato hodnota o něco vyšší, protože výpočty nezohledňují ventilátor nebo tepelné ztráty. Srovnáním lze určit měrnou spotřebu energie různých typů generátorů sušícího plynu. Obecně se spotřeba energie na sušení odvlhčovacího plynu pohybuje mezi 0,04 kWh/kg a 0,12 kWh/kg, v závislosti na materiálu a počáteční vlhkosti. Ve skutečném provozu může dosáhnout 0,25 kWh/kg nebo vyšší.

Energie potřebná k sušení granulí se skládá ze dvou částí: energie potřebná k zahřátí materiálu z pokojové teploty na teplotu sušení a energie potřebná k odpaření vlhkosti. Požadovaný objem plynu se obvykle určuje na základě teploty sušícího plynu vstupujícího do sušící násypky nebo z ní vystupující. Přenos tepla ze suchého vzduchu při určité teplotě do granulí konvekcí je také procesem konvekčního sušení.

Při skutečné výrobě je skutečná spotřeba energie někdy mnohem vyšší než teoretická hodnota. Materiál může například zůstat v sušicí násypce příliš dlouho, což má za následek větší množství plynu spotřebovaného k dokončení procesu sušení, nebo nemusí být plně využita adsorpční kapacita molekulárního síta. Schůdnou metodou, jak snížit spotřebu plynu na sušení, a tím snížit náklady na energii, je použití dvou-sušicí násypky. U tohoto typu zařízení se materiál v horní části sušící násypky pouze zahřívá, ale nesuší, takže ohřevu lze dosáhnout pomocí okolního vzduchu nebo výfukových plynů z procesu sušení. Při použití této metody je často potřeba do sušicí násypky dodávat pouze 1/4 až 1/3 obvyklého množství sušícího plynu, čímž se snižují náklady na energii. Další metodou, jak zlepšit účinnost sušení odvlhčovacího plynu, jsou termočlánky a regenerace řízená{10} rosným bodem, zatímco německá společnost Motan používá zemní plyn jako palivo ke snížení nákladů na energii.

Vakuové sušení

V současné době se vakuové sušení dostalo i do oblasti zpracování plastů. Například vakuové sušící zařízení vyvinuté americkou společností Maguire bylo aplikováno na zpracování plastů. Tento nepřetržitý stroj se skládá ze tří komor namontovaných na rotujícím dopravním pásu. Do první komory se po naplnění granulí zavede plyn zahřátý na teplotu sušení, aby se granule zahřály. Na výstupu plynu, když materiál dosáhne teploty sušení, se přesune do druhé komory, která je evakuována. Protože vakuum snižuje bod varu vody, vlhkost se snadněji odpařuje jako vodní pára, čímž se urychluje proces difúze vlhkosti. Vakuum také vytváří větší tlakový rozdíl mezi vnitřkem granulí a okolním vzduchem. Typicky materiál zůstává ve druhé komoře 20-40 minut, ale u některých vysoce hygroskopických materiálů může být vyžadováno až 60 minut. Nakonec se materiál přenese do třetí komory a vyjme se ze sušičky.

Jak při sušení odvlhčovacím plynem, tak při sušení ve vakuu je energie spotřebovaná při ohřevu plastu stejná, protože oba způsoby se provádějí při stejné teplotě. Při vakuovém sušení však samotné sušení plynu nespotřebovává energii, ale energie je potřebná k vytvoření vakua. Spotřeba energie potřebná k vytvoření vakua závisí na množství sušeného materiálu a jeho vlhkosti.

Infračervené sušení

Dalším způsobem sušení granulí je infračervené sušení. Při konvekčním ohřevu je tepelná vodivost mezi plynem a granulemi, mezi granulemi samotnými a uvnitř granulí velmi nízká, což značně omezuje přenos tepla. Infračervené sušení, protože molekuly jsou ozařovány infračerveným světlem, absorbovaná energie se přímo přeměňuje na tepelné vibrace, což znamená, že se materiál zahřívá rychleji než při sušení konvekčním sušením. Ve srovnání s konvekčním ohřevem zahrnuje infračervené sušení kromě místního tlakového rozdílu mezi okolním vzduchem a vlhkostí částic také reverzní teplotní gradient. Obecně platí, že čím větší je teplotní rozdíl mezi sušícím plynem a zahřátými částicemi, tím rychlejší je proces sušení. Doba sušení infračerveným zářením je obvykle 5 až 15 minut. V současné době jsou infračervené sušící procesy navrženy jako rotační trubkové systémy, kde jsou částice transportovány a cirkulovány podél spirálové trubice s několika infračervenými ohřívači ve střední části. Při infračerveném sušení lze výkon zařízení zvolit na základě standardu 0,035 kWh/kg až 0,105 kWh/kg.

Jak již bylo zmíněno dříve, různé obsahy vlhkosti v materiálu povedou k rozdílům v parametrech procesu. Obecně mohou být rozdíly v obsahu zbytkové vlhkosti způsobeny různými průtoky různých materiálů; proto přerušení procesu sušení nebo spuštění a vypnutí stroje způsobí rozdíly v době zdržení. Při pevném průtoku plynu se změny průtoku materiálu obecně projevují jako změny v teplotním profilu a teplotě výfukových plynů. Výrobci sušiček měří tyto variace pomocí různých metod a přizpůsobují průtok sušícího plynu množství sušeného materiálu, čímž upravují teplotní profil sušicí násypky, aby se zajistilo, že granule budou mít stabilní dobu zdržení při teplotě sušení.

Kromě toho může měnící se počáteční obsah vlhkosti v materiálu vést k nestabilitě obsahu zbytkové vlhkosti. Vzhledem k tomu, že doba zdržení je pevná, výrazná změna počátečního obsahu vlhkosti nevyhnutelně povede k podobně významné změně obsahu zbytkové vlhkosti. Pro dosažení stabilní zbytkové vlhkosti je nutné měřit počáteční i zbytkovou vlhkost. Kvůli nízkému obsahu zbytkové vlhkosti je však online měření obtížné a dlouhá doba zdržení materiálu v sušícím systému může způsobit problémy s řízením, pokud se jako výstupní signál použije obsah zbytkové vlhkosti. Výrobci sušiček proto vyvinuli nový koncept ovládání pro dosažení stabilního obsahu zbytkové vlhkosti. Tento koncept řízení si klade za cíl udržovat stabilní obsah zbytkové vlhkosti pomocí procesních parametrů, jako je počáteční obsah vlhkosti plastu, rosný bod přiváděných a odváděných plynů, průtok plynu a průtok granulí jako vstupní proměnné. To umožňuje sušicímu systému rychle se přizpůsobit na základě těchto proměnných a udržovat stabilní obsah zbytkové vlhkosti.

Infračervené sušení a vakuové sušení jsou nové technologie ve zpracování plastů. Jejich aplikace výrazně zkracuje dobu zdržení materiálu a snižuje spotřebu energie. Tyto inovativní postupy sušení jsou však také poměrně drahé. Proto bylo v posledních letech vynaloženo úsilí na zlepšení účinnosti tradičního sušení odvlhčovacího plynu. Při rozhodování o investicích by proto mělo být provedeno důkladné posouzení nákladů, které by zvažovalo nejen náklady na pořízení, ale také potrubí, energii, prostor a údržbu, aby se maximalizovala návratnost investice.