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塑料干燥机种类以及加工工艺原理解析

日期:2019-04-06来源:废旧塑料产品发布人:新闻人 阅读:0

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大多数工程塑料和塑料合金粒料都含有不同程度的水分,所含水分又分布在塑粒表面和塑粒内部,如果对塑料粒料干燥不好,则对塑料制品的内在质量与外观质量都有影响,并造成加工困难。塑料制品的内在质量表现为其各项性能指标明显下降,内应力增大,容易开裂,促使聚合物水解与降解;外观质量表现为制品泛黄,产生气泡、毛疵、银丝、斑纹,以及透明度下降。

由于水分的存在,在注射成型和挤出成型过程中导致塑料熔体表观粘度不规则波动,熔体粘贴流道,有时流涎严重,致使其成型困难。对大多数工程塑料和塑料合金来说,严格干燥尤为重要!尤其是再生塑料,经过清洗、造粒等再生过程,水分含量大大超标,更需严格干燥。

1、对流式干燥机

干燥非吸湿性材料,可以使用热风干燥机,因为水分只是被内聚力所松散地约束,因此易于清除。在这种机器中,环境中的空气被风扇所吸收,并被加热到材料特定的干燥温度,经过的干燥料斗通过对流来加热材料并除去水分。

用非除湿气体干燥器来干燥吸湿性材料,基本上有三个干燥段。在头一段里,水分只是在被干燥的材料表面蒸发掉。在第二个干燥段,蒸发点在材料内部,干燥速度缓慢降低,被干燥材料的温度上升。在最后一段,达到与干燥气体的吸湿平衡。在这个阶段,内部和外部间的所有温度差别被消除。如果在第三段末端,被干燥材料不再放出水分,这并不意味着它不含水分了,而只是在胶粒和周围环境之间建立起了平衡。

在干燥技术中,空气的露点常被当作空气带上水分的手段。它代表的是达到承载饱和与水分凝结的温度。用于干燥的空气的露点愈低,所获残余水分量就愈低,干燥速度也愈低。

干燥用热量与除湿空气一起通过对流被输送至胶粒里。就象热风干燥一样,这是一种对流干燥过程。除湿空气干燥中判断标准是用于备制除湿气体的方法。

在干燥状态,空气流经吸附剂(通常是一个分子筛),它吸收工艺气体中的水分,并为干燥提供已除湿气体。在再生状态,分子筛被热空气所加热至再生温度。流经分子筛的气体收集被除水分,并将其带至周围环境中。

另一个生成除湿气体的可行方法是对被压缩气体进行解压。这种方法的好处是供应网络中的被压缩气体有着较低的压力露点。在压力释放以后,达到-20℃范围的露点。如果需要较低的露点,膜式或吸附式干燥器可以在压力释放之前被用来进一步降低压力露点。

干燥胶粒所需的能量由两种组成,一是将材料由储存温度加热至干燥温度所需的能量,二是蒸发水分所需的能量。以干燥所需能量流动和干燥气体进入与离开干燥料斗时的温度为基础,材料所需的特定气体量可以被确定。

在除湿空气干燥中,生产除湿气体所需的能量必须进行额外计算。在吸附式干燥中,再生状态的分子筛必须从干燥态的工艺温度(约60℃)被加热至再生温度(约200℃)。为此,常见的做法是通过分子筛将被加热气体连续地送至再生温度,直至它在离开分子筛时达到特定温度。理论上再生所必要的能量由加热分子筛及内含水的能量、克服水对分子筛的附着力所需要的能量、蒸发水分和水蒸汽升温所必需的能量几个部分组成。

吸附所得露点与分子筛的温度和水分携带量有关。通常上,≤30℃的露点可以达到分子筛10%的水分携带量。为了制备除湿气体,由能量计算所得的理论能量需求值是0.004度/m3除湿气体。但是,实际中这个数值必须稍高,因为计算没有把风扇或热量损失考虑在内。通过对比,不同类型除湿气体发生器的特定能耗就被确定下来。为此,假定能耗达到所需在额定能量的30%至50%之间。所以除湿气体干燥可能用到的特定能耗在0.04kWh/kg和0.12kWh/kg之间,根据材料和初始水分量而变化。在实际操作中,也可以达到0.25kWh/kg和更高值,根据干燥机操作模式和干燥作业复杂程度而定。

2、真空干燥

通过美国美奎(Maguire)公司开发出来的机器,真空干燥也进入到塑料加工领域当中。这种连续操作型机器由安装于旋转传送带上的三个小腔组成。在位置1处,小腔填满了胶粒,然后加热至干燥温度的气体被送至加热胶粒。当在气体出口达到干燥温度和周期时间用完时,容器移至有真空的位置2。真空降低了水的沸点,所以水分更早地进入到水蒸汽状态。因此,水分扩散过程被加速,而且在胶粒内部与周围空气之间有着更大的压力差。因此,在位置2停留20-40分钟时间,以及一些极吸湿性材料停留60分钟,对于干燥是足够的了。接着容器移至位置3,被干燥材料可以被清除。

在除湿气体干燥和真空干燥中,利用了同量的能源来加热塑料,因为两种方法在同样的温度下进行。但是在真空干燥中,气体干燥不要消耗能源,但要用能源来创造真空。创造真空所需的特定能耗和材料用量有关。

3、红外线干燥机

干燥胶粒的另一种方法是红外线干燥工艺。在对流加热中,流到胶粒中的热量被气体到胶粒的传热和胶粒的低导热性所限制。用红外线干燥,分子被直接转换为热振动,这意味着材料的加热比在对流干燥中来得快。作为一种附加的加速力,除了环境空气和胶粒中水分的局部压力差以外,与对流加热相比有一个逆向的温度梯度。工艺气体和受热微粒之间的温度差愈大,干燥过程就愈快。红外线干燥时间通常在5至15分钟之间。这种红外线干燥过程已经被设计为转管概念。顺着一只内壁有螺纹的转管,胶粒被输送和循环。在转管的中心段有几个红外线加热器。在红外线干燥中,可以采用0.035kWh/kg至0.105kWh/kg之间的能耗。

实现稳定的残余水分量

最后要提醒的是,红外线干燥和真空干燥是在塑料加工中派上用场的新技术,用来缩短停滞时间和能源消耗。但是,近年人们也做出很大努力来提高传统除湿气体干燥的效率。毫无疑问,创新干燥工艺有他们的价格。在作出投资决策时,应当进行精确的成本评估,不仅考虑采购成本,还要考虑管路、能源、空间需求和维修保养。

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