Новые системы сушки и обезвоживания
Новые системы сушки от итальянских компаний «Моретто» (Moretto), «СБ Пластикс Машинери» (SB Plastics Machinery), «Атем» (Atem), «Нью Омап» (New Omap)
Многие термопласты и особенно технические полимеры высокого качества, обладают гигроскопическими свойствами, т.е. способностью поглощать влагу из окружающей среды. Кроме того, любой полимер, не обладающий гигроскопичностью, может впитывать влагу при наличии гигроскопических добавок. При температурах переработки пластмасс влага может обуславливать разложение молекулярной цепи, а также приводить к таким дефектам, как полосы и пузыри, неравномерная усадка, структурные нагрузки, коробление и ломка конечного продукта. Кроме вышеуказанных явных дефектов, сильно ухудшаются такие полезные свойства как ударная вязкость, поверхностный блеск и термоизоляционные свойства пластмасс. Влага является одной из основных причин снижения качества при переработке пластмасс и поэтому гигроскопические материалы должны подвергаться тщательной сушке и обезвоживанию перед употреблением. При проектировании и выборе системы сушки и обезвоживания необходимо принимать во внимание целый ряд важных факторов. Это и тип обслуживаемой системы, и обрабатываемый материал, и его конечное назначение, и существующие установки и единицы оборудования, что представляет собой дополнительный осложняющий фактор, учитывая разнообразие технологий и оборудования, предлагаемого рынком для решения любой конкретной технологической задачи. Поэтому для отыскания оптимального решения этой задаче очень важно оценить любое из имеющихся решений всесторонне. В данной статье приводится анализ некоторых из наиболее эффективных систем сушки и обезвоживания полимеров, помогающих избежать появления вышеуказанных дефектов конечной продукции.
«Моретто» (Moretto)
Удаление влаги ныне стало важнейшим этапом переработки пластмасс для получения продукции, отвечающей высоким качественным требованиям рынка. Системы удаления влаги имеются на рынке уже многие годы. Исторически первыми появились нагреватели, разогревающие воздух, который затем нагнетается в бункеры различной формы и размеров для подогрева пластмассового гранулята. Тепло, переносящееся вместе с воздухом, высвобождает влагу, содержащуюся в пластмассе, которая выходит наружу. Однако, эффективность таких систем ограничивается факторами сезонной неустойчивости относительной влажности окружающего воздуха, что не дает таким системам возможность обезвоживать гранулят на стабильных основаниях в течение всего года.
Первые термокамеры появились на рынке в семидесятые годы, но и они не решали проблемы изменения относительной влажности и не обеспечивали надежного влагоудаления. По мере наращивания требований и ужесточения качественных стандартов, нагреватели воздуха и термокамеры постепенно отошли в прошлое. Их заменили вакуумные сушильные системы. Принципом их работы следующий: вода при обычным давлении испаряется при температуре 100 °С, но если давление понизить до 400 Мбар, то ее испарение происходит при температуре около 45°С. Благодаря использованию этого принципа, вакуумные сушилки стали первым эффективным решением проблемы влагоудаления из полимеров и в течение целого ряда лет были единственным технологическим решением в данной сфере. В середине семидесятых в США появились первые сушилки с молекулярными решетками, которые вскоре приобрели завидную популярность, несмотря на существенно более высокую стоимость по сравнению с традиционными устройствами предварительного нагрева. В начале восьмидесятых для упаковочных целей стал широко применяться ПЭТ, который требует, чтобы остаточная влага не превышала 40-50 частей на миллион. На тот момент на рынке не было сушилок, способных обеспечить такие низкие уровни влаги, однако, прошло несколько лет, и эта техническая задача нашла свое решение, причем это решение было перенесено и для работы с другими полимерами.
В последние годы вследствие процессов глобализации рынок повысил свои требования к оборудованию во всем, что касается постоянства показателей, высокой точки росы (низкой влаги) и энергосбережения. Причем именно постоянство показателей является самым критичным фактором, ибо это позволяет при загрузке в оборудования материала с постоянными характеристиками иметь на выходе конечный продукт постоянно высокого качестве вне зависимости от сезона, от времени суток, от содержания влаги в окружающей среде и пр. В сушилках с молекулярными ситами имеется две отдельных фильтрующих решетки, которые дублируют друга таким образом, что когда одна из них находится в активной работе, вторая проходит регенерацию. При этом первая решетка накапливает и удерживает влагу, отнимаемую у гранул и у фильтруемого технологического воздуха, вторая решетка нагревается до высоких температур для устранения из нее влаги. Такой чередующийся режим эксплуатации дает непостоянную кривую эффективности обезвоживания, что является нежелательным фактором. Решением этой проблемы является завышение таких молекулярных сит по размерам в целях сглаживания кривой эффективности. Но это в свою очередь может привести к энергопотерям, а также может обусловить риск излишней сушки, приводящей к деградации полимера. Сушилки, продающиеся в настоящее время на рынке, основаны на воздуходувках с постоянной производительностью, обеспечивающей циркуляцию технологического воздуха. С другой стороны, технологическое оборудование разрабатывается в соответствии с максимальной пропускной способностью и/или размерами проходов пресс-форм, хотя их реальная производительность (то есть количество гранулята, необходимое для получения определенного вида продукции) в лучшем случае может лишь приближаться к номинальной пропускной способности. Правильно подобранная сушилка может работать на уровне, близком к максимальной пластификационной производительности соответствующей перерабатывающей машины, однако, в определенных условиях объемы материала могут снижаться до 40-50-60% относительно номинальных показателей. В таких условиях сушилка оказывается завышенной по размерам и остается уповать лишь на навыки обслуживающего персонала, чтобы избежать вышеуказанных отрицательных последствий, которые его подстерегают. Так как нынешние автоматические системы обычно не позволяют регулировать скорость потребления высушенного полимера, подавляющее большинство сушилок действительно завышено по размерам и вынужденно работают в режиме более низкого потока полимеров, нежели проектные величины, несмотря на применении в среде высоко продвинутых технологических приспособлений. Тип гранул также является немаловажным фактором. Пластмассы разделаются на два типа по их реакции на присутствие воды: пластмассы гигроскопичные и негигроскопичные. Во втором типе смачивание происходит только по наружной поверхности и поэтому их обезвоживание облегчено и может быть обеспечено обычной сушилкой горячего воздуха, если отвлечься от аспектов ограничений, связанных с изменением влажности окружающей среды. Гигроскопичные материалы, с другой стороны, глубоко впитывают влагу, и их осушка представляются существенно более сложным процессом, требующим осуществления целого ряда особых процедур. Прежде всего, температура сушки должна находиться под контролем и быть на постоянном уровне во избежание температурных шоков и нежелательных повышений точки регулирования температуры. Продолжительность сушки должна определяться производителем полимера, ибо именно он знает, как лучше избежать явлений деградации. Технологический воздух (обезвоженный воздух из сушилки) должен подаваться в надлежащих количествах опять-таки согласно указаниям производителя полимера, ибо высвобождение воды из полимера зависит от его молекулярной структуры. Поэтому завышенный воздушный поток вовсе не обязательно равносилен лучшей сушке, ибо он может обусловить вредные явления деградации полимера. И, наконец, постоянство показателей сушилки является основным залогом равномерно высокого качества конечной продукции.
Некоторые машиностроители сулят высокие скорости сушки полимера и, следовательно, большее энергосбережение, забывая о том, что обезвоживание подразумевает удаление воды из молекулярной цепочка полимера, а не только с его поверхности. Поверхностная влага может быть удалена из гранул в сравнительно краткие сроки, однако, глубинная влага требует дополнительного времени с тем, чтобы сначала перейти на поверхность и затем уйти с воздухом сушки. Время, необходимое для удаления влаги из сердцевины гранул и последующего их удаления с технологическим воздухом, не может быть сокращено вне зависимости от применяемого метода сушки, ибо оно зависит только от температуры, которая в свою очередь не может превышать того предела, который диктует производитель полимера на основании свойства этого полимера. Время сушки, безусловно, зависит от исходного содержания влаги, но в общем и целом время сушки это тот фактор, который определяется в первую очередь производителем исходного полимера. На основании всех вышеуказанных соображений компания «Моретто» (Moretto) выступила с целым набором систем сушки на заказ (On Demand Drying System), включающим в себя такие системы как Dry Air Minidryer, X Dryer, FlowmatikUNI и Flowmatik Multi. Система Dry Air Minidryers, предназначенная для малых объемов производства, является самой миниатюрной системой сдвоенных башенных сушилок на рынке. Они основаны на цеолитовой технологии и позволяют достигать точки росы до -55°С. Система X Dryer олицетворяет новый подход к обезвоживанию, стремящийся удовлетворить потребности перерабатывающей промышленности за счет помещения полимера в центр технологического процесса. Система Flowmatik Uni, предназначенная для использования в сочетании с сушилкой X Dryer, является приспособлением для мониторинга, измерения и контроля потока воздуха в ходе процесса сушки. Она способна хранить в памяти данные по основным типам полимеров. Вместе сушилка Х Dryer и устройство Flowmatik формируют систему, способную постоянно держать под контролем характеристики полимера и реагировать для достижения оптимальной гибкости и адаптации процесса сушка к реальным условиям. И, наконец, Flowmatik Multi и Flowmatik UNI являются системами контроля процесса сушки технологического воздуха в многобункерных установках. За счет специальных приборов эти системы позволяют постоянно контролировать, измерять и автоматически регулировать поток воздуха в бункерах для сохранения высокого качества перерабатываемого в них материала. Новой чертой сушилки X Dryer является ее способность держать под контролем все технологические переменные процесса, что придает особую гибкость процессу сушки таким образом, что можно условно сказать, что сам полимер «руководит» своей сушкой.
Разработка этого нового оборудования является плодом многолетней работы, основанной на изучении всех типов молекулярных сит, которые закупались компанией и исследовались с тем, чтобы лучше понять термодинамику и методы их употребления. Эти испытания, проведенные по восьми различным типам продукции от разнообразных поставщиков в течение двух лет, позволили получить ценные наработки, которые в свою очередь улучшили термодинамику и геометрию цеолитовых решеток, что и было целью нашего проекта. В настоящее время X Dryer обеспечивает экономию энергии до 72% по сравнению с традиционными двухбашенными сушилками.
«СБ Пластикс Машинери» (SB Plastics Machinery)
Надлежащая сушка пластмассовых гранул перед их переработкой и преобразованием в конечную продукцию является основным условием обеспечения качества и оптимальной отдачи при работе с полимерами. Более того, правильная подготовка материала может повысить производительность и снизить затраты производства, что также способствует повышению эффективности процесса в целом.
Сушка полимеров в гранулах или в порошковой форме является необходимым условием для преодоления известных затруднений и достижения успешного технологического решения. Многие полимеры, и особенно полимеры в гранулах, обладают гигроскопичностью, приводящей к накоплению влаги, которая должна быть устранена перед тем, как они подаются на переработку. Это связано с тем, что влага, содержащаяся в пластмассе, может «закипеть» при технологических температурах, производя целый ряд видимых недостатков, вредящих качеству конечной продукции.
Компания «СБ Пластикс Машинери» (SB Plastics Machinery) разработала новую систему сушки для гигроскопических материалов. Динамическая последовательная сушилка Juice 50 не применяет в своей работе бункеров или молекулярных решеток, но состоит из трех каскадно сопряженных контейнеров, работающих в режиме непрерывного цикла. Это означает, что когда первый контейнер загружается материалом и нагревается, второй подвергается вакуумной обработке, а третий подает готовый материал на переработку. Каскадная система обеспечивает постоянное наличие готового материала, что позволяет переходить с одного типа полимера на другой без остановки машины. По сравнению с традиционными сушилками с молекулярными решетками, данный тип сушилки обладает меньшей продолжительностью цикла сушка за счет экономии времени простоя, связанного с опорожнением, чисткой и повторной загрузкой бункера. Отсутствие молекулярных решеток, которые неизбежно подвержены деградации, делает модель Juice 50 более экологичным решением, а также экономит время и расходы по периодической замене молекулярных решеток. Кроме того, для поддержания эффективности влагопоглощения молекулярные решетки нуждаются в регулярной регенерации горячим воздухом. Устранение решеток позволяет таким образом экономить до 60-70% энергии, которая в противном случае расходовалась бы на регенерацию. Отсутствие бункеров имеет также то преимущество, что пластмассовые материалы перестают подвергаться риску деградации под (действием излишнего воздействия разогретого воздуха внутри бункера. Система позволяет также снизить время сушки от 4-6 часов до 45-50 минут в зависимости от типа материала.
«Атем» (Atem)
Богатый набор печей и бункерных нагревателей, производимый компанией «Атем» (Atem), предназначен для сушки гранулированных материалов, а также листов и разнообразных иных ингредиентов. Набор печей включает в себя модели FC с циркуляцией воздуха для гранулятов с предельной температурой в диапазоне 150-230 °С, модель FCF с крупными открытыми камерами с принудительной циркуляцией воздуха и максимальной температурой 230°С, а также модель FCF/Sheet с принудительной циркуляцией воздуха, предназначенную для сушки листовых термопластов и обладающую максимальной температурой порядка 150°С. Печи FC снабжены выдвижными ящиками для лучшего распределения гранулята внутри сушильной камеры и максимизации воздействия на материал горячего воздуха.
АТЕМ
Система ящиков также позволяет одновременно сушить грануляты различных цветов или разнообразные материалы в печи, что позволяет обслуживающему персоналу загружать технологическое оборудование соответствующими количествами материала, необходимыми для производства, устраняя тем самым перегрузочные промежуточные системы. Крупногабаритные печи обладают целым рядом независимо открывающихся дверец, позволяющих выводить материал из печи при ограниченных теплопотерях из сушильной камеры и предотвращать попадание окружающего воздуха и сопровождающей влаги внутрь печи. Другим преимуществом этих печей является то, что они могут легко перемещаться и перебазироваться, ибо они не нуждаются в анкерном креплении и присоединении к линиям питания или перегрузочным системам. Они могут легко монтироваться на колесиках для облегчения перемещения с места на место. Простота в установке и позиционировании в сочетании с простотой очистки ящиков и сушильной камеры через дверцы, обеспечивающие полный доступ, делают эти печи чрезвычайно гибким элементом в производственных условиях. Единственная необходимость - это подключении к линии электрического питания, после чего печь готова работать в сочетании с любым другим оборудованием. Бункерные нагреватели типа Gringo и Super Gringo приспособлены для сушки высоко гигроскопичных материалов, которые в противном случае впитали бы большие количества влаги даже после самого краткого пребывания в машине бункерного типа. Центробежный вентилятор и специальный инжектор помогают направить воздуха при заданной температуре непосредственно на гранулы в бункере перерабатывающего агрегата. Нагреватели гарантируют поддержание материала внутри бункера при постоянной температуре в течение всего производственного цикла, улучшая, таким образом, поток внутри пластификационной камеры и способствуя получению качественной продукции.
Печи FCF приспособлены для размещения крупных деталей или даже каталок с материалами и/или деталями для сушки. Печи FCF/Sheet предназначены для сушки/обезвоживания и/или подогрева листовых термопластов, применяемых для термоформовочных целей. Остаточная влага в листовых заготовках может привести к образованию пузырей или же эффекта «кожуры апельсина» на поверхности термоформованной продукции. Обработка листов в печи при надлежащей температура в течение соответствующего времени позволяет также снизить время размягчения материала в ходе термоформовки, повышая, таким образом, общую пропускную способность оборудования.
«Нью Омап» (New Omap)
В ответ на все более сложные и требовательные запросы в области вспомогательного оборудования сушки и обезвоживания, компания «Нью Омап» (New Omap) разработала серию полностью автоматизированных сушилок типа DEU, отличающихся предельной простотой в эксплуатации. Обслуживающий персонал должен лишь задать температуру эксплуатации и точку росы после установки сенсоров.
Регенерация молекулярных решеток осуществляется фирменным консолидированным методом с использованием сухого воздуха, что в сочетании с контролем температуры чистки обеспечивает высокую энергетическую эффективность наряду с оптимальными условиями водопоглощения решеток и надежной сушкой обрабатываемого пластмассового материала. Благодаря регенерации решеток, поддерживается постоянно высокая точка росы в течение всего рабочего цикла, причем применение регенерации на температурной, а не на временной основе позволяет достичь максимальной производительности, необходимой для обеспечения высоких значений точки росы. Мониторинг технологического воздуха с помощью сенсора точки росы позволяет продлевать рабочий цикл и отодвигать во времени регенерацию, что дает дополнительные преимущества в смысле энергосбережения при поддержании постоянно высоких качественных показателей сушки.