تکنولوژی خشک کردن مناسب را انتخاب کنید

خشک کردن مواد برای هر پردازنده پلاستیکی اجتناب ناپذیر است. همچنین برای تولید محصولات با کیفیت- بسیار مهم است. انتخاب تکنولوژی خشک کردن مناسب به صرفه جویی در هزینه ها و کاهش مصرف انرژی کمک می کند و ارزیابی صحیح تکنولوژی خشک کردن و هزینه ها برای انتخاب تکنولوژی مناسب ضروری است.

افزایش محتوای آب به تدریج ویسکوزیته برشی مواد را کاهش می دهد. در طول پردازش، تغییرات در خواص جریان مذاب منجر به تغییرات مربوطه در کیفیت محصول و طیف وسیعی از پارامترهای پردازش می شود. به عنوان مثال، زمان ماندگاری بیش از حد طولانی می تواند منجر به رطوبت باقیمانده کم، افزایش ویسکوزیته، و منجر به پر شدن ناقص قالب و زرد شدن مواد شود. علاوه بر این، برخی تغییرات خصوصیات مستقیماً قابل مشاهده نیستند، اما تنها از طریق آزمایشات مواد مربوطه، مانند تغییرات در خواص مکانیکی و استحکام دی الکتریک، قابل تشخیص هستند.

هنگام انتخاب فرآیند خشک کردن، شناسایی خواص خشک کردن مواد بسیار مهم است. مواد را می توان به عنوان رطوبت سنجی یا غیر رطوبت سنجی طبقه بندی کرد. مواد هیگروسکوپی رطوبت محیط اطراف را جذب می کنند، در حالی که مواد غیر هیگروسکوپی این کار را نمی کنند. برای مواد غیر رطوبت سنجی، هر گونه رطوبت موجود در محیط روی سطح باقی می ماند و به "رطوبت سطح" تبدیل می شود که به راحتی حذف می شود. با این حال، گرانول‌های ساخته شده از مواد غیر رطوبت‌نگار می‌توانند به دلیل مواد افزودنی یا پرکننده‌ها مرطوب شوند.

علاوه بر این، محاسبه مصرف انرژی برای فرآیند خشک کردن ممکن است بسته به پیچیدگی فرآیند و سایر عوامل متفاوت باشد، بنابراین ارقام ارائه شده در اینجا فقط برای مرجع هستند.

خشک کردن همرفت

برای مواد غیر رطوبت سنجی، می توان از خشک کن های هوای گرم استفاده کرد. رطوبت با کشش سطحی بین ماده و آب محدود می شود و حذف آن را آسان می کند. این ماشین ها با استفاده از یک فن برای کشیدن هوای محیط و گرم کردن آن تا دمای مورد نیاز برای خشک کردن مواد خاص کار می کنند. هوای گرم شده از قیف خشک کن عبور می کند و مواد را از طریق همرفت گرم می کند تا رطوبت را از بین ببرد.

خشک کردن مواد رطوبت سنجی عموماً شامل سه مرحله است: مرحله اول رطوبت سطحی مواد را تبخیر می کند. مرحله دوم تبخیر را بر روی قسمت داخلی ماده متمرکز می کند، جایی که سرعت خشک شدن به آرامی کاهش می یابد در حالی که دمای مواد شروع به افزایش می کند. در مرحله نهایی، مواد با گاز خشک کن به تعادل رطوبت می رسد. در این مرحله اختلاف دمای داخل و خارج از بین می رود. در پایان مرحله سوم، اگر ماده خشک شده دیگر رطوبت را آزاد نکند، این بدان معنا نیست که بدون رطوبت است، بلکه به سادگی نشان می دهد که تعادلی بین ذرات و محیط اطراف برقرار شده است.

در فناوری خشک کردن، دمای نقطه شبنم هوا یک پارامتر بسیار مهم است. دمای نقطه شبنم دمایی است که در آن رطوبت نسبی به 100% می رسد و در عین حال رطوبت هوای مرطوب را ثابت نگه می دارد. نشان دهنده دمایی است که در آن هوا به نقطه تراکم می رسد. به طور کلی، هر چه نقطه شبنم هوای مورد استفاده برای خشک کردن کمتر باشد، میزان رطوبت باقیمانده کمتر و سرعت خشک شدن کندتر است.

در حال حاضر رایج ترین روش برای تولید هوای خشک استفاده از مولد گاز خشک می باشد. این تجهیزات بر روی یک خشک کن جذبی متشکل از دو غربال مولکولی متمرکز می شود که رطوبت موجود در هوا در آن جذب می شود. در حالت خشک کردن، هوا از میان غربال‌های مولکولی جریان می‌یابد که رطوبت گاز را جذب می‌کنند و گاز رطوبت‌گیری شده را برای خشک کردن فراهم می‌کنند. در حالت بازسازی، غربال های مولکولی تا دمای بازسازی خود توسط هوای داغ گرم می شوند. گازی که از غربال های مولکولی عبور می کند، رطوبت حذف شده را جمع آوری کرده و به محیط اطراف می برد. روش دیگر برای تولید گاز خشک، کاهش فشار گاز فشرده است. مزیت این روش این است که گاز فشرده در شبکه تامین دارای نقطه شبنم کم فشار است. پس از کاهش فشار، نقطه شبنم آن تقریباً به صفر درجه می رسد. اگر نقطه شبنم حتی کمتری مورد نیاز باشد، می توان از خشک کن های غشایی یا جذبی برای کاهش بیشتر نقطه شبنم هوا قبل از کاهش فشار هوای فشرده استفاده کرد.

در خشک کردن هوای بدون رطوبت، انرژی مورد نیاز برای تولید گاز خشک باید جداگانه محاسبه شود. در خشک کردن جذبی، غربال مولکولی احیا شده باید از دمای حالت خشک (تقریباً 60 درجه) تا دمای بازسازی (تقریباً 200 درجه) گرم شود. این کار معمولاً با گرم کردن مداوم گاز تا دمای بازسازی از طریق غربال مولکولی انجام می شود تا زمانی که پس از خروج از غربال به دمای خاصی برسد. از نظر تئوری، انرژی مورد نیاز برای بازسازی شامل انرژی مورد نیاز برای گرم کردن غربال مولکولی و آب جذب شده در آن، انرژی لازم برای غلبه بر چسبندگی غربال مولکولی به آب و انرژی لازم برای تبخیر رطوبت و افزایش دمای بخار آب است.

به طور کلی، نقطه شبنم به دست آمده از جذب مربوط به دما و ظرفیت حمل رطوبت غربال مولکولی است. به طور معمول، نقطه شبنم 30 درجه یا کمتر به غربال مولکولی اجازه می دهد تا به ظرفیت حمل رطوبت 10 درصد دست یابد. انرژی مورد نیاز نظری برای تولید گاز خشک، محاسبه شده از منابع انرژی، 0.004 کیلووات ساعت بر متر مکعب است. با این حال، در عمل، این مقدار باید کمی بالاتر باشد، زیرا محاسبات مربوط به فن یا اتلاف حرارت نیست. با مقایسه، مصرف انرژی ویژه انواع مختلف ژنراتورهای گاز خشک کن را می توان تعیین کرد. به طور کلی، مصرف انرژی برای خشک کردن گاز رطوبت‌زدایی بین 0.04 کیلووات ساعت بر کیلوگرم تا 0.12 کیلووات ساعت بر کیلوگرم بسته به ماده و رطوبت اولیه است. در عملیات واقعی، ممکن است به 0.25 کیلووات ساعت بر کیلوگرم یا بالاتر برسد.

انرژی مورد نیاز برای خشک کردن دانه ها از دو بخش تشکیل شده است: انرژی مورد نیاز برای گرم کردن مواد از دمای اتاق تا دمای خشک شدن و انرژی لازم برای تبخیر رطوبت. حجم گاز مورد نیاز معمولا بر اساس دمای گاز خشک کن ورودی یا خروجی از قیف خشک کن تعیین می شود. انتقال گرما از هوای خشک در دمای معین به دانه ها از طریق همرفت نیز یک فرآیند خشک کردن همرفتی است.

در تولید واقعی، مصرف واقعی انرژی گاهی بسیار بیشتر از مقدار تئوری است. به عنوان مثال، ممکن است مواد برای مدت طولانی در قیف خشک کن باقی بمانند و در نتیجه مقدار بیشتری گاز مصرف شود تا فرآیند خشک کردن کامل شود، یا ظرفیت جذب الک مولکولی به طور کامل مورد استفاده قرار نگیرد. یک روش عملی برای کاهش تقاضا برای گاز خشک کردن و در نتیجه کاهش هزینه های انرژی، استفاده از قیف خشک کردن دو مرحله ای است. در این نوع تجهیزات، مواد موجود در قسمت بالایی قیف خشک کن فقط گرم می شود اما خشک نمی شود، بنابراین گرمایش با استفاده از هوای محیط یا گاز خروجی از فرآیند خشک کردن امکان پذیر است. با استفاده از این روش، اغلب تنها 1/4 تا 1/3 از مقدار معمول گاز خشک کن باید به قیف خشک کن عرضه شود، در نتیجه هزینه انرژی کاهش می یابد. یکی دیگر از روش‌های بهبود راندمان خشک کردن گاز رطوبت‌زدایی، از طریق ترموکوپل‌ها و{10}}بازسازی با نقطه شبنم کنترل‌شده است، در حالی که شرکت آلمانی موتان از گاز طبیعی به عنوان سوخت برای کاهش هزینه‌های انرژی استفاده می‌کند.

خشک کردن با خلاء

در حال حاضر خشک کردن خلاء وارد حوزه فرآوری پلاستیک نیز شده است. به عنوان مثال، تجهیزات خشک کردن خلاء توسعه یافته توسط شرکت آمریکایی Maguire برای پردازش پلاستیک استفاده شده است. این ماشین کار مداوم از سه محفظه تشکیل شده است که بر روی یک تسمه نقاله دوار نصب شده اند. در محفظه اول، پس از پر شدن گرانول ها، گاز گرم شده تا دمای خشک شدن برای گرم کردن گرانول ها وارد می شود. در خروجی گاز وقتی مواد به دمای خشک شدن رسید به محفظه دوم منتقل می شود که تخلیه می شود. از آنجایی که خلاء نقطه جوش آب را کاهش می دهد، رطوبت راحت تر به عنوان بخار آب تبخیر می شود و در نتیجه فرآیند انتشار رطوبت را تسریع می کند. خلاء همچنین اختلاف فشار بیشتری بین داخل گرانول ها و هوای اطراف ایجاد می کند. به طور معمول، مواد به مدت 20-40 دقیقه در محفظه دوم باقی می‌مانند، اما برای برخی از مواد با رطوبت بالا، ممکن است تا 60 دقیقه نیاز باشد. در نهایت مواد به محفظه سوم منتقل شده و از خشک کن خارج می شود.

در هر دو روش خشک کردن گاز رطوبت زدایی و خشک کردن خلاء، انرژی مصرف شده در گرم کردن پلاستیک یکسان است زیرا هر دو روش در یک دما انجام می شوند. اما در خشک کردن خلاء، خود خشک کردن با گاز انرژی مصرف نمی کند، بلکه برای ایجاد خلاء به انرژی نیاز است. مصرف انرژی مورد نیاز برای ایجاد خلاء به مقدار ماده خشک شده و میزان رطوبت آن بستگی دارد.

خشک کردن مادون قرمز

روش دیگر برای خشک کردن گرانول، خشک کردن مادون قرمز است. در گرمایش همرفتی، هدایت حرارتی بین گاز و گرانول ها، بین خود گرانول ها و درون گرانول ها بسیار کم است، بنابراین انتقال حرارت را تا حد زیادی محدود می کند. خشک کردن مادون قرمز، از آنجایی که مولکول ها توسط نور مادون قرمز تابش می شوند، انرژی جذب شده مستقیماً به ارتعاشات حرارتی تبدیل می شود، به این معنی که ماده سریعتر از خشک کردن همرفت گرم می شود. خشک کردن مادون قرمز در مقایسه با گرمایش همرفتی، علاوه بر اختلاف فشار موضعی بین هوای محیط و رطوبت موجود در ذرات، یک گرادیان دما معکوس نیز دارد. به طور کلی، هر چه اختلاف دما بین گاز خشک کردن و ذرات گرم شده بیشتر باشد، فرآیند خشک کردن سریعتر است. زمان خشک شدن مادون قرمز معمولاً 5 تا 15 دقیقه است. در حال حاضر، فرآیندهای خشک کردن مادون قرمز به عنوان سیستم های لوله دوار طراحی می شوند، که در آن ذرات در امتداد یک لوله مارپیچی با چندین گرم کننده مادون قرمز در بخش مرکزی حمل و نقل و گردش می شوند. در خشک کردن مادون قرمز، توان تجهیزات را می توان بر اساس استاندارد 0.035 کیلووات ساعت بر کیلوگرم تا 0.105 کیلووات ساعت بر کیلوگرم انتخاب کرد.

همانطور که قبلا ذکر شد، محتوای رطوبت متفاوت در مواد منجر به تفاوت در پارامترهای فرآیند می شود. به طور کلی، تفاوت در میزان رطوبت باقیمانده ممکن است به دلیل نرخ جریان متفاوت مواد مختلف باشد. بنابراین، وقفه در فرآیند خشک کردن یا راه اندازی و خاموش شدن دستگاه باعث تفاوت در زمان اقامت می شود. با نرخ جریان گاز ثابت، تغییرات در نرخ جریان مواد به طور کلی به صورت تغییرات در مشخصات دما و دمای خروجی اگزوز ظاهر می شود. سازندگان خشک کن این تغییرات را با استفاده از روش‌های مختلف اندازه‌گیری می‌کنند و سرعت جریان گاز خشک‌کن را با مقدار ماده خشک‌شده مطابقت می‌دهند، در نتیجه مشخصات دمایی قیف خشک‌کن را تنظیم می‌کنند تا اطمینان حاصل شود که گرانول‌ها زمان ماندگاری پایداری را در دمای خشک کردن تجربه می‌کنند.

علاوه بر این، تغییر محتوای رطوبت اولیه در ماده می تواند منجر به ناپایداری در رطوبت باقیمانده شود. از آنجایی که زمان ماند ثابت است، تغییر قابل توجهی در رطوبت اولیه ناگزیر منجر به تغییر قابل توجه مشابه در رطوبت باقیمانده می شود. برای دستیابی به رطوبت باقیمانده پایدار، لازم است هم میزان رطوبت اولیه و هم میزان رطوبت باقیمانده اندازه گیری شود. با این حال، به دلیل محتوای رطوبت باقیمانده کم، اندازه‌گیری آنلاین دشوار است و در صورت استفاده از رطوبت باقیمانده به عنوان سیگنال خروجی، زمان ماند طولانی مواد در سیستم خشک‌کن می‌تواند باعث مشکلات کنترلی شود. بنابراین، سازندگان خشک کن مفهوم کنترل جدیدی را برای دستیابی به رطوبت باقیمانده پایدار ایجاد کرده اند. هدف این مفهوم کنترل حفظ رطوبت باقیمانده با استفاده از پارامترهای فرآیندی مانند رطوبت اولیه پلاستیک، نقطه شبنم گازهای ورودی و خروجی، نرخ جریان گاز و نرخ جریان گرانول به عنوان متغیرهای ورودی است. این به سیستم خشک‌کن اجازه می‌دهد تا به سرعت بر اساس این متغیرها تنظیم شود تا رطوبت باقیمانده را ثابت نگه دارد.

خشک کردن مادون قرمز و خشک کردن خلاء فن آوری های جدید در پردازش پلاستیک هستند. کاربرد آنها به طور قابل توجهی زمان اقامت مواد را کوتاه می کند و مصرف انرژی را کاهش می دهد. با این حال، این فرآیندهای خشک کردن نوآورانه نیز نسبتاً گران هستند. بنابراین در سال های اخیر تلاش هایی برای بهبود راندمان خشک کردن گاز رطوبت گیر سنتی صورت گرفته است. بنابراین، هنگام تصمیم‌گیری برای سرمایه‌گذاری، یک ارزیابی کامل هزینه باید انجام شود، نه تنها هزینه‌های تدارکات، بلکه لوله‌ها، انرژی، فضا و نگهداری نیز در نظر گرفته شود تا بازده سرمایه‌گذاری به حداکثر برسد.