Сушильный шкаф

Сушильный шкаф – это вспомогательное оборудование, предназначенное для просушки различных типов сырья с остаточным содержанием влаги выше допустимого. Сушильные шкафы различных видов постоянно используются в промышленности, в том числе, при производстве изделий из полимерных композиционных материалов и при их вторичной переработке.

В процессе мойки и дробления полимерное сырье, даже если оно не обладает гигроскопичными свойствами, накапливает влагу. Она может оставаться только на поверхности (негигроскопичные полимеры) или проникать внутрь гранул с образованием полярных связей между молекулами полимера и воды (гигроскопичные полимеры). Разрушить эти связи без применения специального сушильного оборудования сложно.

После влагоотделения в центрифуге удаляется лишь часть воды с поверхности. При недостаточном просушивании полимерного гранулята в процессе формования могут возникать различные дефекты, которые отражаются на внешнем виде изделий и на их физико-химических свойствах. Для каждого вида полимера характерно определенное допустимое значение влажности, при котором гарантируется достижение заданных свойств у готовых изделий. Добиться его можно, если подобрать правильный режим сушки и оптимальное оборудование: сушильный шкаф, сушилку с адсорбирующим агентом, бункерную сушилку, циклонную сушилку.

Сушильный шкаф – простое и доступное конвекционное оборудование, имеющее определенные преимущества и недостатки в сравнении с другими видами оборудования. Шкаф представляет собой сушильный короб из стали со стеллажными полками, на которых располагаются поддоны с просушиваемым сырьем. Он обеспечивает не только удаление влаги, но также выпаривание растворителей, кислот, термоотверждение веществ, спекание полимеров, стерилизацию готовых изделий. Это самый простой осушительный прибор с ограниченными условиями сушки. Промышленный сушильный шкаф подходит для большинства негигроскопичных материалов.

Конструкция сушильного шкафа

Сушильный шкаф состоит из прямоугольной камеры, где проходит процесс сушки, лотков для размещения материала, нагревателей, блока управления, вентилятора для принудительной конвекции, вытяжки вентиляционной.

Принципиальной особенностью сушильного оборудования является наличие организованного притока и оттока воздуха. Внутри сушильного шкафа для этого используются вентиляторы (принудительная конвекция), отверстия в нижней части шкафа и полках (естественная конвекция).

Сушка осуществляется при одновременном нагреве воздуха. В процессе сушки поддерживается постоянная температура за счет работы термостатов, наличия термоизоляции и термогерметичной дверцы из стали или закаленного стекла. Важно соблюдать рекомендованное значение температуры, поскольку низкий нагрев приведет к недостаточному просушиванию. При чрезмерном нагреве может наблюдаться термодеструкция полимера. Средняя рабочая температура внутри сушильного шкафа может составлять 50-300°С.

Камера для сушки

В основе конструкции сушильного шкафа металлическая сварная или сборная на винтовых соединениях конструкция, обшитая изнутри и снаружи листами из нержавеющей стали, конструкционной стали с огнеупорным порошковым покрытием или оцинкованной стали. Для внутреннего пространства камеры сушильного шкафа применяют нержавеющую сталь, как самый практичный и доступный вариант. Бюджетным решением будет оцинкованная сталь. Однако шкафы с внутренними стенками из оцинкованной стали могут работать только с неагрессивными материалами.

Между листами металла предусмотрена теплоизоляционная прослойка. Наиболее простым и распространенным типом изоляции является стекловата. Ее помещают в пространство между внутренней камерой и внешней обшивкой корпуса.

Дверь шкафа также продублирована слоем теплоизоляционного материала. Средняя толщина теплоизоляционного слоя достигает 10 см, что позволяет свести к минимуму потери тепла. Дверь оснащена запорным механизмом. Она может иметь одностворчатое или двустворчатое исполнение. Для достижения герметичности предусмотрен силиконовый термостойкий уплотнитель.

Лотки, решетки

В сушильном шкафу для размещения материала, как цельных изделий, так и гранулированного сырья, используются лотки или решетки. Они изготавливаются из нержавеющей стали. Лотки могут иметь перфорированное дно для равномерного распределения воздушного потока. Решетки подходят для готовых изделий или заготовок.

Поддоны и решетки имеют выдвижную конструкцию. Это решение облегчает загрузку и выгрузку материала. Сам процесс загрузки и выгрузки осуществляется оператором вручную.

Нагреватели

Блок нагревателей располагается в отдельном кожухе, защищенном теплоизоляцией. Это позволяет защитить их от загрязнений и заменить в случае выхода одного или нескольких элементов из строя. При загрузке и выгрузке материала внешние нагреватели не мешают оператору, а также не повреждаются. Современные ТЭНы изготавливаются из нержавеющей стали с низкой удельной мощностью. Средний ресурс такого нагревателя составляет 7000-10000 часов.

Блок управления

Блок управления с системой контроля позволяет не только устанавливать требуемые параметры сушки, но и обеспечивать регулировку рабочих значения процесса сушки в автоматическом режиме.

Для более удобной эксплуатации оборудования панель управления размещена на передней стороне шкафа. Оператору легко контролировать процесс и менять значения рабочих характеристик технологического процесса. Контрольные термодатчики фиксируют рабочее значение температуры внутри шкафа и отображают их на дисплее пульта управления.

Система рециркуляции

Для сушильных шкафов с принудительной конвекцией в конструкции предусмотрен вентилятор, который всасывает воздух и перенаправляет его в зону осушения. При принудительной конвекции достигается более равномерный прогрев воздуха и более качественное осушение полимера по всему объему сушильного шкафа даже при его максимальной загрузке. Чаще принудительная конвекция используется в сушилках большой вместимости.

Лопасти вентилятора могут быть загнуты под определенным углом, что обеспечивает подачу направленного потока воздуха в определенные зоны сушильного шкафа. Вентилятор центробежный выполняется из жаростойких материалов и может использоваться в условиях высоких температур. Обычный промышленный вентилятор может быстро выйти из строя при нагреве.

Вытяжная вентиляция

Система вентилирования в помещении предусмотрена непосредственно над сушильным шкафом. При работе не только с водой, но и с растворителями или иными химическими компонентами неизбежно образуются пары вредных газов. Их следует отводить из помещения. Для этого организуют системы принудительной вытяжной вентиляции.

Принцип работы сушильного шкафа

При использовании сушильного шкафа для сушки полимерного сырья или заготовок предусматривается ручная порционная загрузка и выгрузка. Данный тип оборудования не предполагает работу в непрерывном режиме. По этой причине шкафы сушильные чаще используются для сушки небольшого количества моносырья или различных типов полимеров. Эта возможность выгодно отличает сушильный шкаф от бункерной сушилки, которая подходит для единовременной сушки за один цикл только одного вида сырья.

Существенным недостатком сушильных шкафов является ограниченность в автоматизации процесса и быстрый набор влаги полимером при хранении после данного типа сушки. Этот недостаток характерен для всех сушильных установок, которые выгружают сырье в бункер-накопитель для непродолжительного последующего хранения. Компактные бункерные сушилки могут устанавливаться непосредственно на термопластавтомат или экструдер и обеспечивать непрерывную подачу гранулята с оптимальным значением внутренней влажности.

Работа сушильного шкафа схожа с работой бытовой духовки. Материал в виде гранулята или дробленки выгружается на поддоны и помещается оператором в сушильный шкаф. После закрытия двери воздух внутри шкафа начинает нагреваться, под действием движущихся воздушных потоков гранулы обезвоживаются. Движение воздуха может быть естественным или принудительным, когда поток воздуха приводятся в движение за счет работы вентиляторов.

Классификация сушильных шкафов

Все существующие на рынке сушильные шкафы можно разделить на несколько типов по следующим критериям:

1) Габариты и объем камеры.

2) Максимально допустимая температура нагрева.

3) Принцип вентилирования.

4) Тип рабочей среды.

Габариты и объем камеры

Для большинства моделей сушильных камер характерны компактные габаритные размеры и небольшая площадь по полу. Однако сушильные шкафы промышленные более вместительные и габаритные. Для их установки потребуется достаточно много свободного места.

Объем сушильной камеры – еще один важный параметр, характеризующий данный класс оборудования. Наиболее компактные модели сушилок чаще используют в условиях экспериментальных и исследовательских лабораторий. Они предназначены для работы с небольшим количеством сырья. Промышленные сушильные шкафы для пластика чаще обрабатывают крупные объемы сырья. Потому они имеют достаточно большую вместимость.

Максимально допустимая температура нагрева

Стандартные сушильные шкафы работают в температурном диапазоне 50-350⁰С. Точность нагрева поддерживается температурными датчиками.

В промышленности используются и высокотемпературные модели, которые обеспечивают нагрев воздуха внутри камеры до температуры 500⁰С. Их изготавливают с дополнительной изоляцией стен и двери.

При выборе уровня нагрева воздуха перед запуском процесса сушки важно учитывать температуру термодеструкции полимера. Поскольку в сушильном шкафу можно просушивать несколько различных материалов одновременно, следует брать сопоставить температуру плавления всех полимеров. В этом случае сушка будет проходить без спекания гранул или дробленки.

Принцип вентилирования

Сушильные шкафы могут работать в режиме принудительной или естественной вентиляции. Принудительная вентиляция обеспечивает более высокое качество сушки и равномерность распределения тепла внутри шкафа. Перепад температур составляет 2-3⁰С в различных зонах. Для принудительной вентиляции используются жаропрочные или стандартные вентиляторы, которые прогоняют поток воздуха по камере печи. Особенности выбора вентилятора определяются условиями его эксплуатации.

Шкафы с принудительной вентиляцией потребляют меньше электроэнергии, чем оборудование с естественной конвекцией. При этом они характеризуются высокой производительностью и компактным размером.

При естественной (гравитационной) циркуляции воздух равномерно распределяется внутри камеры естественным путем. При нагревании воздух происходит уменьшение его плотности и расширение, в результате поток поднимается вверх. Однако процесс перераспределения тепла происходит медленнее, чем при принудительной вентиляции, может наблюдаться неоднородности температур. Разброс температур может достигать 12 градусов. Стоимость шкафов с естественной вентиляцией ниже.

Тип рабочей среды

Промышленные сушильные шкафы могут работать со следующими средами:

- воздух;

- пар;

- вакуум;

- инфракрасное излучение.

При обезвоживании полимеров, обладающих низкими гигроскопичными свойствами, применяются воздушные сушильные шкафы. Рабочей средой в них является горячий сухой воздух. Температура нагрева для стандартного цикла сушки зависит от полимера и устанавливается в диапазоне от +50⁰С до +350⁰С. В большинстве случаев 180-300⁰С.

Паровые сушильные шкафы предназначены для стерилизации готовых изделий. Он может быть установлен в составе оборудования для производства бахил, медицинских инструментов, тары. Рабочей средой является горячий насыщенный пар, который подается в камеру сушилки под давлением 0,2 Мпа. Температура пара устанавливается в диапазоне 120-130⁰С.

Вакуумные сушильные шкафы используются для сушки гигроскопичного сырья. Рабочей средой является вакуум. Уровень вакуума 76 мм рт.ст. Для создания вакуума используется внешний вакуумный насос. Удаление влаги с поверхности материалов и изделий происходит без их спекания.

Инфракрасные сушильные шкафы применимы в процессе сушки материалов с повышенной влажностью. Нагрев осуществляется при помощи инфракрасных нагревателей. Температура рабочей среды 25-100⁰С.