Сушка

Сушка – это процесс удаления влаги с поверхности и из объема полимеров. В основе сушки воздействие тепла на материал, за счет чего испаряется влаги. Оборудование для сушки полимеров называется сушилками.

Фото заимствовано с сайта p-z-o.com

Посмотреть объявления о продаже сушек для полимеров, вы можете на нашем сайте.

В процессе производства пластмассовых изделий, а также вторичного сырья путем рециклинга на поверхности полимера остается вода и растворитель. На первоначальном этапе жидкость концентрируется только на поверхности частиц, затем распространяется по всему объему. При сохранении высокого содержания влаги в материале значительно увеличивается процент производственного брака. Может наблюдаться снижение заданного показателя прочности, теплостойкости и диэлектрических характеристик, пористость в разрезе, дефекты на поверхности материала, неравномерная усадка. Наличие брака приводит к неизбежным финансовым потерям для производителя.

В различных полимерах допустимо определенное количество влаги, которое не должно превышать 1,5% у полиамида, 2% у фенопластов, 0,2% у полиформальдегида. Для достижения предельного уровня влаги необходимо правильно подобрать способ сушки.

Способы сушки различных видов полимеров

Для удаления влаги на поверхности и в объеме полимера используется специальное сушильное оборудование. В основе его работы лежит воздействие на полимер горячего воздуха, вакуума. Выбор типа сушки зависит от предрасположенности полимера к влагопоглощению, размера частиц, уровня влаги, влажности воздуха в помещении.

Параметры сушки

К определяющим параметрам сушки относятся:

- тип полимера;

- точка росы;

- время сушки;

- количество тепла;

- мощность воздушного потока.

Тип полимера

Все полимеры по способности накапливать влагу делятся на гигроскопичные и негигроскопичные. Этот параметр является основным при выборе типа сушки.

Фото заимствовано с сайта granula.pro

К категории гигроскопичных полимеров относятся ПА, ПММА (оргстекло), ПК. Они поглощают влагу всей молекулярной структурой. Гигроскопичные полимеры нуждаются в тщательном просушивании как на этапе производства сырья, так и на этапе формования изделий.

Удалить влагу до требуемого значения одним горячим воздухом не всегда возможно. Гигроскопичные полимеры накапливают влагу не только на поверхности, но и в объеме материала. Сила притяжения воды молекулами пластика настолько большая, что они связываются с полимерными цепями. Они вытягивают влагу из воздуха. Когда давление в грануле становится равным давлению вокруг нее, речь идет о равновесной влажности.

В определенный момент давление пара внутри гранулы становится выше, чем вокруг нее. При этом сама окружающая среда представляет собой горячий сухой воздух. Стремясь к выравниванию давления, вода из внутреннего объема гранул перемещается наружу. Таким образом происходит сушка гигроскопичного пластика.

Негигроскопичные полимеры способны абсорбировать влагу только на поверхности, не аккумулируя ее внутри. К данной группе относятся ПВХ, ПП, ПС, ПЭ, АБС, ПЭТ, ПБТ, ПУ, нейлон, акрил. При правильном производстве и хранении этих полимеров требуется стандартная сушка потоком теплого воздуха.

Время сушки

Время сушки напрямую зависит от типа полимера и его теплопроводности. Влага не может испариться мгновенно. Первоначально необходимо прогреть гранулят, затем выдержать время, в течение которого молекулы воды будут выходить из внутреннего объема гранул и рассеиваться по поверхности гигроскопичных полимеров. Для негигроскопичных материалов также необходимо время для рассеивания молекул воды по поверхности полимера. Однако для них время просушки значительно короче.

Теплота

Сушка холодным воздухом позволяет удалить молекулы воды только с поверхности, подходит только для негигроскопичных полимеров. Для гигроскопичной группы пластмасс применяется нагретый воздух.

Если гранула не будет нагрета, из ее внутреннего объема не выделится влага. Под действием тепла молекулы начинают двигаться быстрее, они тратят много энергии на движение, тем самым ослабляя цепные связи полимера с водой. Свободные молекулы воды мигрируют на поверхность гранул, после чего могут легко удаляться горячим воздухом.

Температура сушки зависит от конкретного полимера. Она может варьироваться от 60°С до 200°С. Если температура прогретого воздуха будет ниже указанного значения, влага останется в объеме полимера. При превышении предельной температуры сушки может наблюдаться такое побочное явление, как комкование гранул.

Точка росы

Точка росы – это оптимальная температура, при которой содержащийся в воздухе пар становится насыщенным. При дальнейшем охлаждении воздуха наблюдается конденсация влаги. Иными словами, точка росы – это температура выпадения конденсата. Чем выше влажность воздуха, тем выше точка росы. При понижении влажности наблюдается понижение точки росы.

При сушке полимеров на материал нагнетается сухой воздух с низкой точкой росы. При разогреве гранул молекулы влага отделяются от полимера и концентрируются на поверхности. Далее сухой воздух впитывает влагу, тем самым удаляя молекулы воды с поверхности полимера.

Сила воздушного потока

Воздушный поток обеспечивает перемещение горячего или холодного воздуха к высушиваемому полимеру. Для негигроскопичных полимеров воздушный поток должен быть направлен на гранулы с их одновременным перемешиванием для удаления поверхностной влаги. Возможна сушка полимеров не только при перемешивании, но и в неподвижном слое.

Общая классификация сушилок

При классификации сушилок используют следующие параметры:

1) Тип сушильного агента (воздух, газ, пар).

2) Давление в рабочем пространстве (вакуумные и атмосферные сушилки).

3) Способ подвода тепла (конвекционные, контактные, сублимированные, радиационные).

4) Направление движения теплоносителя (прямоточные, противоточные, перекрестные).

5) Цикличность сушки (периодическая или непрерывная сушка).

Тип сушильного агента

По типу сушильного агента все применяемые на практике сушильные устройства делятся на три категории:

- воздух;

- перегретый пар;

- газ в смеси с воздухом.

Для полимерного сырья чаще всего используется воздух в нагретом состоянии. При этом он может подаваться в емкость с материалом в обычном или осушенном виде. Для осушения воздуха используются адсорбирующие осушители.

Давление в рабочем пространстве

Сушилки для полимерных материалов могут работать с вакуумом и атмосферным давлением. Они имеют свои особенности, преимущества и недостатки.

Вакуумные сушилки высушивают полимер без «стрессового» воздействия на него. Материал не разрушается в процессе сушки, полностью сохраняет свои свойства. Конструкция сушилки имеет минимальное количество движущихся частей, что положительно отражается на ее ремонтопригодности. Фильтры отсутствуют, снижается стоимость обслуживания оборудования. Сушка каждой партии производится непрерывно и в короткие сроки. Среднее время термической обработки материала в подготовительном бункере достигает 20 минут, вакуумный цикл в следующей камере занимает 15-20 минут. Общее время сушки составляет 40 минут. При высокой производительности энергозатраты при работе вакуумной сушилки на 85% меньше, чем при работе стандартной влагопоглотительной сушилки.

Фото заимствовано с сайта p-z-o.com

Сушилки атмосферного типа обеспечивают просушку материала под действием горячего воздуха, обдуваемого материал по поверхности и в массе. Данный тип оборудования работает в периодическом режиме. Для загрузки и выгрузки сырья может требоваться остановка процесса. При этом наблюдается потеря значительного количества тепла, что значительно удлиняет цикл сушки. В среднем он может составлять 5-16 часов. Точное время зависит от типа полимера, степени его насыщения влагой и объема. Важно, что после такой сушки при хранении во влажном помещении полимер может снова насытиться влагой.

Направление движения теплоносителя

Сушка полимеров может проходить в прямотоке, противотоке, перекрестном потоке. Прямоток используется в пневмотранспортных сушилках. При прямоточном направлении теплоносителя в процессе сушки дисперсных полимерных материалов можно использовать горячий воздух или пар уже на начальном этапе сушки. По мере продвижения через пневмотранспортную сушилку теплоноситель теряет температуру, что предотвращает перегрев просушиваемого материала.

При противоточном движении теплоносителя увеличивается средняя движущая сила, за счет чего улучшается качество прогрева материала. Однако при этом возникает риск перегрева полимерного сырья, поскольку уже просушенный агент остается в емкости сушилки и вступает в контакт с горячим теплоносителем. Потому противоточные сушилки целесообразно применять для просушивания термостойких материалов.

Способ подвода тепла

По способу подвода тепла к высушиваемому материалу сушилки делятся на несколько видов:

- конвекционные;

- контактные;

- сублимационные;

- радиационные.

Конвекционные сушилки работают по принципу обдува нагретым воздушным (паровым) потоком массы высушиваемого полимера. Сушильный агент одновременно является теплоносителем, транспортирующей средой для влаги, удаленной из полимера.

При сушке полимеров контактным способом происходит непосредственный контакт влажного материала с нагретой поверхностью. Сублимационные сушилки удаляют влагу из материала в замороженном состоянии под действием отрицательного давления - вакуума. Радиационные сушки основаны на работе инфракрасного излучения.

Цикличность сушки

Оборудование для сушки полимеров может работать в периодическом или непрерывном режиме. В сушилках непрерывного действия процесс обезвоживания материала проходит без перемещения по зонам от начала до конца цикла. Может меняться только сам режим сушки. При непрерывном воздействии материал перемещается последовательно по зонам рабочего пространства, пока не дойдет до зоны выгрузки. В каждой зоне выдерживаются определенные условия сушки. При этом в загрузочный бункер постоянно подается новый влажный материал для последующей сушки. Загрузка и выгрузка материала выполняется с противоположных сторон.

Виды сушильного оборудования

От типа выбранного оборудования для сушки зависит процент остаточной влаги, время сушки, качество сухого полимерного сырья. Так при работе с полиамидом, имеющим начальную влажность 1% после сушки на протяжении 5 часов при температуре 75°С в сушильном шкафу можно добиться остаточного значения влажности 0,01%.

К основным типам оборудования для сушки относятся:

- конвекционные сушилки;

- сушильные шкафы;

- камерные сушилки;

- бункерные сушилки;

- адсорбционные осушители

- циклонные аппараты;

- сквизеры.

Конвекционные сушилки

Сушилки конвекционного типа используются для удаления влаги из негигроскопичного полимера перед переработкой за счет потока нагретого воздуха. Подходят для крупномасштабного производства.

К конвекционным сушилкам относятся:

- сушильные шкафы;

- камерные сушилки;

- бункерные сушилки.

В основе работы конвекционного сушильного оборудования лежит принцип циркуляции воздуха, нагретого до заданной температуры. Отработанный воздух отправляется на регенерацию или выбрасывается в атмосферу.

Сушильные шкафы

Сушильные шкафы полочного типа – самый простой вид оборудования для конвекционной сушки. Они оптимальны при работе со средним объемом пластика. Возможна одновременная сушка различных видов полимеров.

Основной вид просушиваемого сырья – фенопласты и аминопласты. Нагрев воздуха производится до температуры 70-80°С. При более высоких температурах может наблюдаться преждевременное сшивание полимеров и, как следствие, потеря им текучести. Контроль над температурой в сушильном шкафу осуществляет термоонтроллер. Горячий воздух равномерно подается к лоткам, на которых насыпано сырье слоем до 50 мм. Лотки движутся по металлическим полозьям.

Время сушки в сушильных шкафах может достигать 36 часов. Для равномерного обезвоживания материала рекомендуется его периодически перемешивать.

Камерные сушилки

По конструкции камерная сушилка представляет собой промышленную печь, в которую за один цикл сушки загружается моносырье в небольшом объеме. Они часто используются для сушки пробных партий.

Камера сушилки имеет наружную изоляцию. Внутри расположены перфорированные полки, на которых размещают сырье. Нагрев агента выполняется электрическими нагревателями, распределение воздушного потока - теплообменником или вентилятором. Воздух прогревается до определенной температуры, проходя через нагревательные элементы, и подается в камеру сушки. Внутри камеры он циркулирует между лотками с перфорацией, отбирая влагу у полимеров. Направление движения воздуха может быть различным: по поверхности сырья или непосредственно через его слой. Среднее время сушки 6-24 ч.

Бункерные сушилки

Конвекционные бункерные сушилки используются для просушивания материала непосредственно перед его переработкой без промежуточного складского хранения. Бункерные сушилки работают в непрерывном режиме и часто устанавливаются непосредственно в термопластавтомате или в линии экструзии.

Фото заимствовано с сайта ok-stanok.ru

Подача материала осуществляется сверху с постоянным его добавлением по мере отбора из нижней части высушенного полимера. В конструкцию входит сам бункер для сушки, воздуходувка, система защиты от перегрева и нагревательный элемент.

Воздух подается в бункер сушилки, заполненный гранулами, снизу. Он проходит через слой просушиваемого сырья, впитывает влагу, после чего пропускается через холодильник для удаления накопленной влаги регенерации воздушного потока для повторного использования.

В бункерных сушилках используется горячий или сжатый воздух. При сушке горячим воздухом происходит его забор из помещения, нагрев, подача через высушиваемый материал с параллельным насыщением влагой, высвобожденной полимером, и обратный выброс в помещение. При выбросе воздух уносит с собой часть тепла и влагу, что ведет к определенным теплопотерям и повышенным затратам на электрообогрев сушилки. В помещении увеличивается влажность и температура. Сушка таким способом актуальна для полимеров с невысокими требованиями к остаточному содержанию влаги на момент переработки.

Фото заимствовано с сайта ok-stanok.ru

При сушке горячим сжатым воздухом степень насыщения агента влагой ниже. Такой воздух изначально имеет минимальную влажность. После прохождения через полимер и впитывания влаги он остается относительно сухим на момент выброса в помещение. Для снижения теплопотерь используется зонный впрыск воздуха с подогревом сырья, что позволяет экономить на электрообогреве. Сжатый воздух эффективнее впитывает влагу из полимера, что позволяет использовать такие сушилки для сырья с высокими требованиями к остаточной влаге.

Каскад циклонов

Циклонное сушильное оборудование используется для максимального удаления влаги и растворителей из сыпучих полимерных материалов за счет длительного пребывания материала в камере оборудования. Каскад циклонов чаще всего устанавливается после мойки и может включаться практически в любую линию для переработки и измельчения пластика. В процессе сушки в циклоне сохраняется первоначальное агрегатное состояние материалов.

Фото заимствовано с сайта p-z-o.com

Принцип работы следующий: в камеру циклонной сушилки газовсвесь полимера, после чего начинается его движение по винтовой траектории и перемещение. По мере раскручивания от полимера отделяется влага, высушенные гранулы начинают вытесняться из циклона, а им на смену засыпается новое сырье. Средняя продолжительность сушки одной партии сырья составляет 5 минут. При недостаточной просушке полимера выполняется его досушка до полного удаления воды по всему объему.

Сквизеры

Сквизер – это пресс-отжим, который используется для обезвоживания полимеров методом прессования. Сырье с исходным содержанием влаги подается в бункер сквизера и при помощи винтового шнека перемещается зоне выгрузки. Проходя вдоль цилиндра, сырье уплотняется, разогревается под действием силы трения и одновременно отжимается. Отжатая из сырья вода через перфорацию в цилиндре попадает в бункер слива.

Фото заимствовано с сайта ok-stanok.ru

При помощи сквизера невозможно добиться полного обезвоживания сырья. Требуется дополнительная сушка.

Вакуумные сушилки

Более эффективного удаления влаги из гранулята, в сравнении с конвекционными сушилками, можно достичь при использовании вакуумных сушильных установок. Принцип их работы основан на снижении давления в бункере, за счет чего снижается температура испарения влаги. Так в атмосферном давлении испарение начинается при температуре 100⁰С. Если же давление будет снижено до 400 мбар, температура испарения будет составлять всего 40-45⁰С. При дальнейшем снижении давления температура испарения продолжает уменьшаться. Этот способ сушки оптимален для обезвоживания полимеров с низкой термостабильностью без наступления термической деструкции.

Перед процессом сушки полимерные гранулы нагревают, чтобы связи между молекулами воды и полимера начали разрушаться. Под действием вакуума пары влаги выходят из полимера в воздух.

Адсорбционные осушители

Сушка при помощи осушителей предполагает использование агентов, адсорбирующих влагу. При насыщении адсорбирующих агентов влагой до максимального значения они отправляются на регенерацию для удаления влаги, после чего могут использоваться повторно.

Регенерация осушителей может быть холодной или горячей. При холодной регенерации удаление происходит при охлаждении до температуры ниже точки росы. Влага конденсируется, а осушенный адсорбент повторно отправляется в систему сушки. Горячее восстановление происходит с нагревом агента до температуры более 180⁰С и последующим испарением влаги.

Системы сушки с емкостями с осушителем

Адсорбционные осушители включают систему бункеров для сушки, генератор сухого воздуха. Для повышения эффективности сушки воздух может дополнительно нагреваться. Проходя через полимер, сухой воздух насыщается влагой и уносит ее в бункер с адсорбентом, где она удаляется. Осушенный воздух повторно отправляется в сушилку. Цикл повторяется до полного расходования ресурса адсорбента. Воздух циркулирует в замкнутой системе без выброса в помещение.

Возможно использование двух бункеров с адсорбентом, работающих последовательно. Пока один используется для сушки, во втором происходит регенерация.

Барабанные роторные сушилки с осушителем

Барабанные роторные сушилки предназначены для удаления влаги из сыпучих или пастообразных масс, в том числе, из взрывоопасных, пожароопасных и токсичных материалов, ядохимикатов. В полимерной промышленности они используются для сушки флекса или гранулированного пластика, например, полипропилена, лавсана.

Воздух засасывается вентилятором из внешней среды или после восстановления и подается в емкость с осушителем, представляющую собой вращающийся ротор. Емкость условно делится на три зоны, где происходит регенерация отработанного осушителя (1 зона), его охлаждение (2 зона) и непосредственное удаление влаги из поступающего воздуха – его осушение (3 зона).

Материал загружают в барабан с вертикальной осью. После загрузки сырья через барабан проходит поток осушенного воздуха, поступающего из емкости с осушителем. Сухой воздух забирает влагу из полимера, после чего отправляется в емкость с осушителем. Обезвоженный полимер отбирается через линию выгрузки сырья.

Среднее время сушки может варьироваться от 0,5 до 4 часов при температуре в диапазоне 60-90⁰С для большинства полимеров, например, для ПЭНД, ПЭВД, ПП, ПС, ПА. Для ПК, ПОМ, ПСФ температура сушки может достигать 120⁰С.