Trieu la tecnologia d'assecat adequada

L'assecat del material és inevitable per a tots els processadors de plàstics. També és crucial per produir productes-d'alta qualitat. L'elecció d'una tecnologia d'assecat adequada ajuda a estalviar costos i reduir el consum d'energia, i una correcta avaluació de la tecnologia d'assecat i els costos és essencial per seleccionar la tecnologia adequada.

L'augment del contingut d'aigua redueix gradualment la viscositat de cisalla del material. Durant el processament, els canvis en les propietats del flux de fusió condueixen a canvis corresponents en la qualitat del producte i en una sèrie de paràmetres de processament. Per exemple, els temps de permanència excessivament llargs poden donar lloc a un baix contingut d'humitat residual, augmentant la viscositat, donant lloc a l'ompliment incomplet del motlle i al groguenc del material. A més, alguns canvis de propietat no són observables directament, però només es poden detectar mitjançant proves de materials rellevants, com ara els canvis en les propietats mecàniques i la rigidesa dielèctrica.

A l'hora de seleccionar un procés d'assecat, és primordial identificar les propietats d'assecat del material. Els materials es poden classificar com a higroscòpics o no-higroscòpics. Els materials higroscòpics absorbeixen la humitat de l'entorn, mentre que els materials no-higroscòpics no. Per als materials no-higroscòpics, qualsevol humitat present a l'entorn roman a la superfície, convertint-se en "humitat superficial", que s'elimina fàcilment. Tanmateix, els grànuls fets de materials no-higroscòpics poden tornar-se higroscòpics a causa d'additius o farcits.

A més, el càlcul del consum d'energia per a un procés d'assecat pot variar en funció de la complexitat del processament i d'altres factors, de manera que les xifres que es presenten aquí són només de referència.

Assecat per convecció

Per a materials no-higroscòpics, es poden utilitzar assecadors d'aire calent. La humitat està limitada per la tensió interfacial entre el material i l'aigua, per la qual cosa és fàcil d'eliminar. Aquestes màquines funcionen mitjançant un ventilador per aspirar l'aire ambient i escalfar-lo a la temperatura necessària per assecar el material específic. L'aire escalfat passa per la tremuja d'assecat i escalfa el material per convecció per eliminar la humitat.

L'assecat dels materials higroscòpics implica generalment tres etapes: la primera etapa evapora la humitat superficial del material; la segona etapa centra l'evaporació a l'interior del material, on la velocitat d'assecat disminueix lentament mentre la temperatura del material comença a pujar; en l'etapa final, el material arriba a l'equilibri higroscòpic amb el gas d'assecat. En aquesta etapa, s'elimina la diferència de temperatura entre l'interior i l'exterior. Al final de la tercera etapa, si el material assecat ja no allibera humitat, això no vol dir que estigui lliure d'humitat-, sinó que simplement indica que s'ha establert un equilibri entre les partícules i l'entorn.

En la tecnologia d'assecat, la temperatura del punt de rosada de l'aire és un paràmetre crucial. La temperatura del punt de rosada és la temperatura a la qual la humitat relativa arriba al 100% mantenint constant el contingut d'humitat de l'aire humit. Representa la temperatura a la qual l'aire arriba al punt de condensació. En general, com més baix sigui el punt de rosada de l'aire utilitzat per a l'assecat, menor serà el contingut d'humitat residual i més lenta serà la velocitat d'assecat.

Actualment, el mètode més comú per produir aire sec és utilitzar un generador de gas sec. Aquest equip es centra en un assecador d'adsorció format per dos garbells moleculars, on s'absorbeix la humitat de l'aire. En l'estat d'assecat, l'aire flueix a través dels tamisos moleculars, que absorbeixen la humitat del gas, proporcionant gas deshumidificat per a l'assecat. En l'estat de regeneració, els tamisos moleculars s'escalfen a la seva temperatura de regeneració mitjançant aire calent. El gas que flueix pels tamisos moleculars recull la humitat eliminada i la transporta a l'entorn. Un altre mètode per generar gas sec és reduir la pressió del gas comprimit. L'avantatge d'aquest mètode és que el gas comprimit a la xarxa de subministrament té un punt de rosada a baixa pressió. Després de reduir la pressió, el seu punt de rosada arriba a aproximadament 0 graus. Si es requereix un punt de rosada encara més baix, es poden utilitzar assecadors de membrana o d'adsorció per reduir encara més el punt de rosada de l'aire abans que es redueixi la pressió de l'aire comprimit.

En l'assecat d'aire deshumidificat, l'energia necessària per produir el gas sec s'ha de calcular per separat. En l'assecat per adsorció, el tamís molecular regenerat s'ha d'escalfar des de la seva temperatura d'estat sec (uns 60 graus) fins a la seva temperatura de regeneració (uns 200 graus). Això normalment es fa escalfant contínuament el gas a la temperatura de regeneració a través del tamís molecular fins que arriba a una temperatura específica en sortir del tamís. Teòricament, l'energia necessària per a la regeneració consisteix en l'energia necessària per escalfar el tamís molecular i l'aigua adsorbida en el seu interior, l'energia necessària per superar l'adhesió del tamís molecular a l'aigua i l'energia necessària per evaporar la humitat i augmentar la temperatura del vapor d'aigua.

En general, el punt de rosada obtingut a partir de l'adsorció està relacionat amb la temperatura i la capacitat de transport d'humitat del tamís molecular. Normalment, un punt de rosada de 30 graus o menys permet que el tamís molecular assoleixi una capacitat de transport d'humitat del 10%. El requeriment energètic teòric per produir el gas sec, calculat a partir de fonts d'energia, és de 0,004 kWh/m³. No obstant això, a la pràctica, aquest valor ha de ser lleugerament superior perquè els càlculs no tenen en compte la pèrdua de calor ni del ventilador. En comparació, es pot determinar el consum energètic específic de diferents tipus de generadors de gas d'assecat. Generalment, el consum d'energia per a l'assecat de gas deshumidificant està entre 0,04 kWh/kg i 0,12 kWh/kg, en funció del material i del contingut d'humitat inicial. En funcionament real, pot arribar a 0,25 kWh/kg o més.

L'energia necessària per assecar els grànuls consta de dues parts: l'energia necessària per escalfar el material des de la temperatura ambient fins a la temperatura d'assecat, i l'energia necessària per evaporar la humitat. El volum de gas requerit normalment es determina en funció de la temperatura del gas d'assecat que entra o surt de la tremuja d'assecat. La transferència de calor de l'aire sec a una temperatura determinada als grànuls per convecció també és un procés d'assecat per convecció.

En la producció real, el consum real d'energia és de vegades molt superior al valor teòric. Per exemple, el material pot romandre a la tremuja d'assecat durant massa temps, donant lloc a una major quantitat de gas consumida per completar el procés d'assecat, o la capacitat d'adsorció del tamís molecular no es pot aprofitar completament. Un mètode factible per reduir la demanda de gas d'assecat i, per tant, reduir els costos energètics, és utilitzar una tremuja d'assecat de dos-etapes. En aquest tipus d'equips, el material de la part superior de la tremuja d'assecat només s'escalfa però no s'asseca, de manera que l'escalfament es pot aconseguir mitjançant l'aire ambient o els gasos d'escapament del procés d'assecat. Amb aquest mètode, sovint només cal subministrar entre 1/4 i 1/3 de la quantitat habitual de gas d'assecat a la tremuja d'assecat, reduint així els costos energètics. Un altre mètode per millorar l'eficiència d'assecat del gas de deshumidificació és mitjançant termoparells i regeneració controlada-punt de rosada, mentre que l'empresa alemanya Motan utilitza gas natural com a combustible per reduir els costos energètics.

Assecat al buit

Actualment, l'assecat al buit també ha entrat al camp del processament de plàstics. Per exemple, l'equip d'assecat al buit desenvolupat per l'empresa nord-americana Maguire s'ha aplicat al processament de plàstics. Aquesta màquina de funcionament continu consta de tres cambres muntades sobre una cinta transportadora giratòria. A la primera cambra, després d'omplir els grànuls, s'introdueix gas escalfat a la temperatura d'assecat per escalfar els grànuls. A la sortida del gas, quan el material arriba a la temperatura d'assecat, es trasllada a la segona cambra, que s'evacua. Com que el buit redueix el punt d'ebullició de l'aigua, la humitat s'evapora més fàcilment com a vapor d'aigua, accelerant així el procés de difusió de la humitat. El buit també crea una diferència de pressió més gran entre l'interior dels grànuls i l'aire circumdant. Normalment, el material resideix a la segona cambra durant 20-40 minuts, però per a alguns materials altament higroscòpics, poden ser necessaris fins a 60 minuts. Finalment, el material es transfereix a la tercera cambra i es retira de l'assecador.

Tant en l'assecat amb gas deshumidificant com en l'assecat al buit, l'energia consumida en escalfar el plàstic és la mateixa perquè tots dos mètodes es realitzen a la mateixa temperatura. Tanmateix, en l'assecat al buit, l'assecat amb gas en si no consumeix energia, però es necessita energia per crear el buit. El consum d'energia necessari per crear el buit depèn de la quantitat de material que s'asseca i del seu contingut d'humitat.

Assecat per infrarojos

Un altre mètode per assecar els grànuls és l'assecat per infrarojos. En la calefacció per convecció, la conductivitat tèrmica entre el gas i els grànuls, entre els propis grànuls i dins dels grànuls és molt baixa, limitant així molt la transferència de calor. Assecat per infrarojos, com que les molècules són irradiades per llum infraroja, l'energia absorbida es converteix directament en vibracions tèrmiques, és a dir, el material s'escalfa més ràpidament que en l'assecat per convecció. En comparació amb la calefacció per convecció, l'assecat per infrarojos també implica un gradient de temperatura invers, a més de la diferència de pressió local entre l'aire ambient i la humitat de les partícules. En general, com més gran sigui la diferència de temperatura entre el gas d'assecat i les partícules escalfades, més ràpid serà el procés d'assecat. El temps d'assecat per infrarojos sol ser de 5 a 15 minuts. Actualment, els processos d'assecat per infrarojos estan dissenyats com a sistemes de tubs rotatius, on les partícules es transporten i circulen al llarg d'un tub espiral amb diversos escalfadors d'infrarojos a la secció central. En l'assecat per infrarojos, la potència de l'equip es pot seleccionar en funció d'un estàndard de 0,035 kWh/kg a 0,105 kWh/kg.

Com s'ha esmentat anteriorment, els diferents continguts d'humitat del material provocaran diferències en els paràmetres del procés. En general, les diferències en el contingut d'humitat residual poden ser degudes a diferents cabals de diferents materials; per tant, les interrupcions en el procés d'assecat o la posada en marxa i l'aturada de la màquina provocaran diferències en el temps de residència. Amb un cabal de gas fix, les variacions en el cabal de material generalment es manifesten com a canvis en el perfil de temperatura i la temperatura d'escapament. Els fabricants d'assecadors mesuren aquestes variacions mitjançant diferents mètodes i fan coincidir el cabal de gas d'assecat amb la quantitat de material que s'asseca, ajustant així el perfil de temperatura de la tremuja d'assecat per garantir que els grànuls experimentin un temps de residència estable a la temperatura d'assecat.

A més, la variació del contingut d'humitat inicial del material pot provocar inestabilitat en el contingut d'humitat residual. Atès que el temps de residència és fix, un canvi significatiu en el contingut d'humitat inicial inevitablement donarà lloc a un canvi significatiu similar en el contingut d'humitat residual. Per aconseguir un contingut d'humitat residual estable, cal mesurar el contingut d'humitat inicial i residual. Tanmateix, a causa del baix contingut d'humitat residual, el mesurament en línia és difícil i el llarg temps de residència del material al sistema d'assecat pot causar problemes de control si s'utilitza el contingut d'humitat residual com a senyal de sortida. Per tant, els fabricants d'assecadors han desenvolupat un nou concepte de control per aconseguir un contingut d'humitat residual estable. Aquest concepte de control pretén mantenir un contingut d'humitat residual estable mitjançant l'ús de paràmetres de procés com el contingut d'humitat inicial del plàstic, el punt de rosada dels gasos entrants i sortints, el cabal de gas i el cabal de grànuls com a variables d'entrada. Això permet que el sistema d'assecat s'ajusti ràpidament en funció d'aquestes variables per mantenir un contingut d'humitat residual estable.

L'assecat per infrarojos i l'assecat al buit són noves tecnologies en el processament de plàstics. La seva aplicació redueix significativament el temps de residència del material i redueix el consum d'energia. Tanmateix, aquests processos d'assecat innovadors també són relativament cars. Per tant, en els darrers anys, s'han fet esforços per millorar l'eficiència de l'assecat tradicional de gas deshumidificant. Per tant, a l'hora de prendre decisions d'inversió, s'ha de dur a terme una avaluació exhaustiva dels costos, tenint en compte no només els costos d'adquisició, sinó també les canonades, l'energia, l'espai i el manteniment, per maximitzar el retorn de la inversió.