Оптимальная сухость флейков — это единственное наиболее недооцененное изменчивое значение в линии переработки пластмас, и именно оно чаще всего решает, будет ли при переработке на грануляторе получиться продукт премиум-класса, соответствующий требованиям к пищевым продуктам, имеющий высокое содержание внутренней вязкости, или же трещинистый и кристаллизировавшийся продукт, который покупатели отвергают. Для любого оператора, ведущего в работе линию моечной и грануляционной обработки, остаточная влага в флейке никак не может считаться эстетической неудовольствием; это химический и механический риск, который начинает разрушать полимер в тот момент, когда образуется расплав, и продолжает вредить урожайности, сроку службы экструдера и конечным механическим свойствам продукта, пока линия не будет остановлена и не отрегулирована заново. В данном руководстве по физике влаги в полимерах до практического дизайна сушильной цепи рассказывается, как улучшить сухость флейка, для получения качественного гранулята. Полирейтек — фабрика Wanplas, снабжающая рынок линией моечной и грануляционной обработки для исходного материала из полиэтилена, полипропилена, полиэтилентерефталата, акрилонитрила и полиамидов, а конструктивные принципы, изложенные в этом руководстве, применяются в машинах этих линий. К началу статьи вы уже будете знать, почему полиэтилентерефталат и полиамид столь менее прощают, чем полиэтилен и полипропилен, какой из способов сушки: центробежная, экструзионно-струйная, сушка горячим воздухом, сушка с помощью дегидратора, инфракрасная и вакуумная, подходит каждой из этих добавок, как измерить влажность правильно, и как компенсировать на экструдере, когда флейк все еще не сухой до конца.
Почему сухость флоков определяет качество гранул
Судящеесть фракции определяет качество гранул, так как вода не является инертной в рециклирующем экструдере; она является реагентом, который гидролизует полимерные цепи, blowing агентом, создающим поры, и загрязнителем, загрязняющим экраны и образующим агломераты пыли. Чем ближе фракция к своей точке влажности, специфичной для смолы, тем более чистая является расплавленная смесь, тем более стабильное давление и тем выше сохраняемая механическая прочность готовых гранул. На заводе, где сушку рассматривают как финишную стадию, а не как ключевой контрольный пункт процесса, упадок продуктивности в грануляторе неизбежен.
Урон, который наносит вода, носит как физический, так и химический характер. С химической точки зрения вода способствует гидролитической деградации, которая особенно сильна у полиэстеров, таких как PET, и полиамидов, таких как PA6 и PA66, умеренна у ПС и ПБТ и незначительна у полиолефинов. С физической точки зрения вода попадая в расплав превращается в водяной пар, образуя пузырьки и серебристые крапинки, вызывает колебания давления и ускоряет обособление пыли. Это не отдельные способы отказов. Они наблюдаются одновременно, поэтому небольшой избыток влаги на ранней стадии линии приводит к появлению множества неисправностей в дальнейшем.
Внутренняя вязкость, или IV, – это показатель, который наиболее ясно показывает степень хидролитического повреждения в ПЭТ. Каждый процентный пункт избыточной остаточной влаги может привести к потере IV размером примерно 0,02 – 0,08 л/г во время процесса плавления, в зависимости от времени пребывания и температуры. Для «ручного» переработанного ПЭТ, где исходная IV уже невысокая после механической переработки, такая потеря может привести продукт за пределы установленных спецификаций для повторной прокатки и заливки. ПА проявляет такую же чувствительность, причем силу сплочения и удароупорность низменных полиэфиров снижает распад амидных связей.
Механическая прочность — это свойство, которое чувствует конечный потребитель. Влажные гранули создают гранулы с меньшими значениями на разрыв и ударостойкости, так как разрыв цепочки сокращает распределение молекулярной массы и из-за того, что сохраняющиеся микровакууми действуют как точки начала образования трещин. На цвет также влияет: в результате гидролитического и теплового воздействия возникает пожелтение, особенно в ПЭТ и при жаростойких видах, и это пожелтение невозможно исправить на стадии гранулирования.
Наконец, сушка защищает саму линию. Влажные частицы несу излишний порошок и бумажный порох, который под воздействием поверхностного натяжения удерживается вместе, а такие комки блокируют сита, повышают частоту срабатывания устройств для смены сита и вызывают нерегулярные показатели давления плавления. Таким образом, правильно указанное и обслуживаемое сушильное оборудование не является роскошным дополнением, а устройством для повышения производительности и сокращения эксплуатационных расходов.
| Смола | Целевая влажность (частиц на миллион/%) | Хигроскопичность. | Основная опасность избытка воды. |
|---|---|---|---|
| ПЭТ (сировинного класса) | < 50 ppm (bottle-to-bottle < 30 ppm) | Большая производительность. | Гидролитическая потеря IV от 0,02 до 0,08 дл/г, появление пузырьков и пожелтение пластика. |
| PA6 / PA66 | < 200 ppm | Очень сильно | Распад амидной цепи, ломкость деталей, появление серебристых полосок. |
| PC | < 200–500 ppm | Большая производительность. | Химическое разрушение, разрастание линий, уменьшение влияния |
| PBT | < 200 ppm | Большая производительность. | IV Липкие точки и дефекты на поверхности |
| ABS | < 0,1 % (1000 ppm) | Умеренно загрязненные после использования. | Серебряные полосы, расхождение, плохая поверхность. |
| PVC (жесткий) | < 300 ppm | Низкий до высокий | Химическое разрушение, ускоренное дегидрокалинование |
| HDPE / LDPE / PP | < 0,1–0,2 % (1000–2000 ppm) | Только поверхностные воды. | Скопление пыли, плохое кормление, небольшое бурление |
| ПС/HIPS | < 0,1 % (1000 ppm) | Низкий. | Уплотнение, вкрапления на поверхности. |
Как влага атакует полимер во время гранулирования
Влажность атакует полимер во время гранулирования посредством трех последовательных механизмов: она гидролизует цепь в расплавленном состоянии, формирует пар, который создает пустоты, и дестабилизирует процесс, вызывая изменения давления и фильтрации. Понимание порядка этих механизмов позволяет оператору определить, на что следует тратить усилия, т.к. предотвращение образования пара намного проще, чем отмена разрыва цепи после его возникновения.
Химическое разрушение – это неизбежная часть процесса. В ПЭТ молекулы воды разрушают эстерные связи, в ПА – амидные связи. Скорость реакции резко возрастает с ростом температуры и влажности, поэтому самую жаркую и влажную часть экструдера – именно там, где происходит самое сильное повреждение. Внешнее проявление – потеря IV от 0,02 до 0,08 дл/г для ПЭТ, но с незаметным последствием – постоянно сокращается дистрибуция молекулярной массы, которую ни один последующий этап не сможет восстановить. Всему видимому можно положить конец при помощи поликонденсации в твердом состоянии для ПЭТ, но только за счет дополнительных затрат энергии и времени, и не все дефекты возможно устранить.
Пароварка — это видимая часть процесса. Вода, которая выживает в зоне пластификации, превращается в свёртывающийся пар. Если зона вентиляции или вакуума не может его уловить, пар переносится в резервуар с расплавом на штампе, где образуются пузырьки, которые застывают в пелете в виде внутренних пор, или он вытекает вдоль фронта потока, оставляя серебристые полоски и изломы на любой впоследствии формованной поверхности. Для прозрачных или тонкостенных изделий достаточно даже доли частичного остаточного пара, чтобы получить отказ со стороны заказчика.
Дестабилизация процесса – это дорогостоящая часть. Пузырьки и различные содержание пара изменяют эффективную сжимаемость расплава, вследствие чего давление в расплаве меняется от одного цикла к другому. Эти колебания воспринимаются линией как нестабильность, вынуждая чаще задействовать сменяемые фильтры и приводить к получению неправильных по размеру или цвету гранул в партиях. Поскольку фильтры отвечают на влагу, которая не должна была достичь расплава, оператор в конечном счете теряет время и средства на замену фильтров и на устранение проблемы сушки.
Образование пылевых агрегатов — это тихая часть процесса. Влажная стружка переносит мелкие частицы и остатки бумаги или этикеток, которые, находясь под действием поверхностного натяжения, сбиваются в крупинки. Эти крупинки плохо переносят нагрев, покрываются черным или серым нагаром, что ускоряет засорение сит. Сухая, обезпылившаяся стружка подается равномерно и позволяет экструдеру работать почти с постоянным крутящим моментом.
Желтение связывает историю вместе. Гидролиз и термическое воздействие совместно окисляют концевые звенья и добавки, смещая пеллеты в сторону желтого цвета. В случае ПЭТ этот показатель измеряется напрямую как значение цвета b*, а после смещения его нельзя исправить на пелетизаторе, можно только предотвратить это, обеспечивая более низкую влажность и строгий контроль температуры.
Цепь обезвоживания: от ванны для промывки до сухой крошки
Цепь обезвоживания — это последовательность отдельных операций, которые удаляют воду из крошек между баком для стирки и горловиной экструдера, и хорошо составленная цепь может извлекать основное количество воды дешево механическими способами, прежде чем расходовать энергию на термическую сушку. Правило, которое распространяется на всю цепь, простое: максимально выжимайте и отжимайте воду как можно раньше, а затем применяйте тепло только к частицы, которые механическим путем не могут быть удалены.
В полном цепном процессе для типичной линии производства PET-бутылок расположены следующие этапы: резервуар для мытья и трение-мытие, дегидратор с центробежным отводом или предварительный отсекатель, центробежный пресс, опциональный тепловый канал и, наконец, дегидратор или инфракрасный пресс непосредственно перед входом в камеру сгорания. Для ПЭ и ПП-пленки цепь заменяет центробежный пресс сокрушителем или пластикомпрессором, поскольку пушистая пленка не может быть сплютана сухой, как это может быть сделано с плотным фликером. На каждом этапе предусмотрены входящий и исходящий отвод воды и его собственный стоимостью, и настоящее искусство заключается в том, чтобы перенести как можно больше рабочих операций на более дешевые установки на входе.
Механическое удаление воды является самым экономичным этапом. Центрифугированный сушильный агрегат обычно принимает флок при входе 8–15% влаги и выдает его с выходом 1–3%, потребляя лишь несколько киловатт-часов на тон. Этот этап удаляет большую часть водной массы без нагрева, поэтому он должен всегда идти перед любым тепловым сушильным агрегатом.
Термическая сушка — это наиболее точный этап. Сушилки с горячим воздухом и дегидратора удаляют последнюю фракцию связанной воды, которую удаляет механическое воздействие, и для гигроскопичных смол именно этот этап обеспечивает защиту от деформации и предотвращает потерю механической прочности. Инфракрасная и вакуумная сушки — это более интенсивные варианты, которые сокращают время сушки и снижают энергопотребление на тонну, но требуют больших затрат на установку.
Цепочку необходимо настроить для каждого вида смолы. PE и PP требуют только механической дегидратации и короткой обработки горячим воздухом. PET, PA, PC и ABS требуют полного цикла механического и термического обезвоживания, при этом фаза термической дегидратации для PET в частности должна обеспечить показатели, не превышающие 50 ppm. Обработка каждой смолы одним и тем же настройкой осушителя — наиболее частая причина нестабильного качества гранул.
Механическое обезвлажнение с центробежными сушильниками
Центробежная сушилка удаляет свободную поверхностную воду путем вращения щёков против перфорированной сетки, благодаря чему центробежная сила выдавливает воду наружу через отверстия, а более массивный щёк остается внутри кошика. Это «рабочий коняк» механической дегидратации, потому что он быстрый, дешевый и щадящий материал, и на этом этапе необходимо устранить большую часть общего количества воды.
Вертикальные и горизонтальные центробежные сушильные机 выходят на лидирующие позиции на линиях утилизации и выбор между ними зависит от исходного сырья. Вертикальные центробежные сушильные машины хорошо справляются с твердыми гранулами и занимают небольшую площадь, в то время как горизонтальные агрегаты предпочитаются там, где конфигурация линии выгоднее для горизонтального перемещения материала и когда гранулы должны быть перемещены непосредственно в следующий этап. Оба типа работают по одному и тому же принципу: ротор, вращающийся со скоростью от 600 до 1000 об/мин, создает силу притяжения, которая отделяет воду от гранула.
Скорость ротора задает центробежную ускорение. Если она слишком мала, вода остается прикрепленной к плоскому изделию. Если она слишком высока, то плоское изделие ударяется о сито с такой силой, что происходит смеление или появление часток. Диапазон частот 600-1000 об/мин является расчетной границей работы для большинства PET, СС и PP плоских изделий; верхний предел предназначен для более тяжелых, плотных плоских изделий, которые устойчивы к появлению часток.
Отверстие экрана одновременно контролирует отвод и потери продукта. Отверстия размером от 0,8 до 2 мм пропускают воду и мелкие частицы, одновременно сохраняя фракцию, но слишком широкий экран приводит к потерям продукта, а слишком тесный – к засорению сеток мелкими частицами и прекращению оттока. Правильное отверстие обеспечивает контроль размера фракции: для мелких фрагментов полиэтилентерефталатной пленки с заполнителями из бутылок используется более тщательный край, а для грубой ригги полипропилена – более широкий.
Время пребывания и скорость подачи являются регулирующими факторами. Пластины должны оставаться в костре достаточно долго, чтобы с них сходил водяной слой, но не так долго, чтобы машина стала узким местом. Постоянная дозированная подача для достижения по схеме скорости обеспечивает наиболее стабичную влажность выхлопных пластин. Резкое нажатие на плунжер является самым быстрым способом ускорить перемещение влажных пластин вдоль потока.
Типичные показатели — влажность на входе составляет от 8 до 15%, на выходе — от 1 до 3%. Это достаточно для полиолефнов, но лишь отправная точка для гигроскопических смол, которые по-прежнему нуждаются в последующей термической сушке. При засорении сетки, износе ротора или падении оборотов подъем выходной влажности происходит незаметно, поэтому ее нужно проверять при начале смены и после замены сетки.
Сжиматель и пресс для обезвоживания пленки
Стискатель, иногда называемый пластикомпрессором, является правильным механическим устройством для обезвоживания ПЭ и ПП-пленок, которое центробежный сушильник не справляется, поскольку рыхлый, маловъемный коврик возвышается на роторе вместо того, чтобы вытекать. Стискатель выталкивает пленку через винт и ограничительное сито, в результате чего механическое давление выжимает свободную воду из коврика, прежде чем материал будет срезан или уплотнен.
Принципом работы является ущпечивание и выделение. Фильм получает входной фракцию с высоким уровнем влажности и большим объемом; винт ее сжимает, затрапливаемая вода выделяется через сито, и уплотненный, частично сухой рулон выходит готовым для следующего этапа. Так как вода удаляется под давлением, а не с помощью центробежной силы, тройная система эмульсификации превосходно справляется с фильтром с большим рабочей поверхностью, что гораздо эффективнее барабанной центрифуги.
Типичная влажность отсека для пленки после скручивающего устройства составляет от 3 до 8%, что представляет собой значительное улучшение по сравнению с состоянием, в котором пленка находилась до этого. Оставшаяся влага затем высыхает в сушилке с горячим воздухом или инфракрасном излучении, которая намного дешевле, чем попытка вывести всю влагу из пленки с помощью одних только тепловых потоков. Отсутствие скручивающего устройства и пересылка мокрой пленки непосредственно в термический сушилку — это классическая ошибка, которая удваивает энергозатраты и все еще оставляет фракцию неравномерной.
Сжималка также уплотняет материал, что помогает пеллетизатору. Уплотненная пленка более равномерно подается в горловину экструдера, уменьшается образование мостов в бункере, а также позволяет пресс-большочему постоянно подавать материал. Для отходов производства ЛДПЭ и ЛЛДПЭ, агрофилей и тканированных мешков сжималка-уплотнитель одновременно является устройством для обезвоживания и подачи.
Термическая сушка и обезвлажнение
Технологии термической сушки удаляют связанную и остаточную поверхностную влагу, которую удаляет механическая обратная вытяжка. Они различаются главным образом тем, как они подают сухую теплоту и как агрессивно оттягивают влагу из внутренних слоев полимеров. Издание варианта сушки, будь то с использованием горячего воздуха, с обезвлажняющими устройствами, инфракрасными технологиями или вакуумной сушкой, играет важнейшую роль как для качества гранул, так и для операционных издержек при использовании гигроскопичных полимеров.
Сухой воздух — это самый простой тепловой метод. Нагреванный до 80–100°C воздух циркулирует в бункере или тунеле, а его объем, необходимый для сушки материала, определяется в кубических метрах в час на килограмм. При времени сушки 20–40 мин он обычно снижает влажность до 0,5 %, что достаточно для полиэтилена, полипропилена и полистирола, но не для PET или PA. Его недостатком является то, что сушительный воздух сам по себе содержит влагу и поэтому не может достичь таких низких уровней влажности, которые требуются для полиэфиров и полиамидов.
Дегуммифицирующее сушении, также называемое сушением с использованием дехидратора, позволяет решить проблему влажности, пропуская нагретый воздух через дегидратор на основе молекулярных сетей, который опускает точку росы примерно до минус 40 градусов Цельсия. Для PET стандартные условия составляют 160-175 градусов Цельсия в течение четырех-шести часов, что снижает общий уровень воды ниже 50 частей на миллион (ppm). Это единственный практичный способ обеспечить формованную емкость из ПЭТ без влаги, соответствующую высоким стандартам по содержанию влаги, которые требуют полимеров А и В, а также тому, что защищает интрinsic-визикографию от гидролиза.
Инфракрасное сушение, часто осуществляемое с использованием IR-роторного сушильного устройства, заключается в использовании излучаемого тепла для нагрева гранул непосредственно, а не в ожидании, пока горячий воздух проходит через шар. Гранулы нагреваются быстро, время пребывания в шаре сокращается, а сообщаемые сведения об энергосбережении в 20-40% по сравнению с традиционным сушением горячим воздухом делают данный метод привлекательным там, где стоимость электроэнергии играет важную роль. Кроме того, конструкция IR-роторного сушильного устройства обеспечивает хорошую смесь и более однородное выделение влаги из шара.
Вакуумное сушение удаляет воду путем понижения частичного давления паров воды над гранулятом, что позволяет влаге покинуть материал при более низкой температуре и с меньшими термическими потерями. Его используют для чувствительных к теплу или высококачественных смол, в которых необходима как низкая влажность, так и минимальная термическая деградация, и он идеально сочетается с вакуумной деволатилизацией в экструдере для непрерывного пути с низким содержанием влаги от сушителя к формовочному шнеку.
Правильное сочетание зависит от конкретного полимера. Полиолефины заканчиваются высыханием горячим воздухом. Полиэтилентерефталат (ПЕТ) и полиамид требуют осушения или вакуумирования. Для пленочных изделий оптимальным является сочетание шредера и инфракрасного излучения. В таблице ниже представлена информация о допустимых температурах работы и уровне влажности, с которым может справиться каждая из технологий.
| Технология | Типичная температура | Время пребывания | Достижимая влажность выпускаемого продукта. | Лучшее для |
|---|---|---|---|---|
| центробежное обезвоживание | Температура окружающей среды. | Секунды | 1-3 % поверхности | Удаление всех жестких гранул и грубых материалов |
| Выдавливавшая машина / уплотняющий прибор | Температура окружающей среды до теплой | Минуты | 3–8% (пленка) | ПЭ/ПП-Фильм и пушистый отход |
| Сушка горячим воздухом. | 80–100 °C. | От 20 до 40 минут | < 0.5 % | PE, PP, PS, ABS, KTTE |
| Дегуммифицирующее сушении | от 160 до 175 градусов по Цельсию (ПЕТ); | 4 до 6 часов (ПЭТ) | < 50 ppm | ПЭТ, ПА, ПК, ПБТ |
| Ротационное ИК-сушки | Светая, быстрая рампа. | Кратко | Низкий% (от 20 до 40% в этом секторе). | Пленка, термочувствительные линии. |
| Вакуумное сушение. | Низкий, ниже кипения. | Минуты до часов | Очень низкие ppm | Теплочувствительные, высокопрофильные смолы |
Процессные факторы, которые разрушают сухость
Даже правильно указанный осушитель не обеспечивает полноценную работу, если вводимый процесс не обеспечивает пока понятный результат, потому что сушка является крайней мерой контроля и все факторы, влияющие на сушку, проявляются в результате процесса.
Форма фракций и распределение размеров частиц имеют значение, поскольку отношение площади к объему определяет, сколько воды несет фракция и как быстро она высыхает. Тонкие, перьевые фракции имеют более толстую водную пленку и сохнут медленнее, чем ломаный равномерный регрит. Широкое распределение размеров хуже всего, поскольку мелкие фракции остаются влажными и слипаются, тогда как крупные частицы остаются мокрыми внутри, поэтому среднее показание влажности скрывает двумодную проблему.
Толщина зерен — это физический лимит скорости сушки. Вода должна диффундировать изнутри, и для древесины с толстой стенкой требуется больше времени для достижения ядра. Зерна ПЭТ от порошковой промывки являются тонкими и быстро высыхают; в то время как зерна с толстой стенкой или отходы прессования не высыхают, и время пребывания в сушилке необходимо продлить соответствующим образом, или ядро останется влажным.
Статическое адсорбционное давление — единственный из хитрых врагов центрифуги. Сухая пластиковая стружка накапливает статическое заряд, благодаря чему мелкие частицы прилипают к поверхности и образуют тонкую влажную пленочку под действием электрического притяжения, что отрицательно сказывается на эффективности центрифуги. Тяги с ионизированным воздухом на выходе из центрифуги и контролируемая влажность в зоне подачи материала снижают это явление и повышают реальную сухость получаемой стружки.
Етикеты и остатки бумаги действуют как губка. Бумага и клей поглощают гораздо больше воды, чем полимер, и медленно ее выделяют, поэтому линия, которая недостаточно удаляет этикетки, всегда будет бороться с влагой в сушильном аппарате. Поэтому хорошее отделение этикеток на стадии промывки является первоочередной задачей сушки, а не отдельной проблемой.
Температура воды для мойки и остатки ПАВ во всем нижележащем процессе. Горячая вода для мойки содержит больше растворимых ПАВ, и если эти ПАВ не пропыляются, на закатанном флаге образуется гидрофильный слой, который вновь увлажняет материал и ослабляет его удаление в центробежном циклоне. Чистое и холодное последнее промывание и тщательный контроль дозы ПАВ защищают оборудование сушильщика.
Влажность окружающей среды и реабсорбция воды во время хранения являются переменными, находящимися вне рабочей области машины. Гигроскопичные смолы, такие как ABS, PA и PET, поглощают воду из воздуха в помещении после сушки, в то время как PE и PP практически не реабсорбируют воду и переносят только поверхностную влагу. Сушенные PET или PA должны сразу перемещаться из сушильного сушильного агрегата в гнотовую камеру экструдера посредством закрытого, сухого трубопровода, поскольку даже кратковременное воздействие влажного воздуха erases результат, полученный при низком содержании примесей.
Точное измерение влажности фракций
Чрезвычайно важно измерять влажность пластиков в точности без применения правильного метода и представительной пробы, причем большинство «проблем с сухостью», которые достигают прессового оборудования, на самом деле являются проблемами тестирования в лаборатории качества. Выбор метода должен соответствовать цели: скорое измерение в процентах для полиолефинов, титрование с точностью до ppm для PET и PA.
Галоидное устройство для анализа влажности является основным рабочим инструментом, позволяющем каждый день проводить работу по взвешиванию небольшого куска образца, нагреву его галоидной лампой и регистрации понижения массы в результате испарения влаги. Это быстрый и недорогостоящий способ, который позволяет определять содержание влаги в пластмассы как минимум до 0,01-0,1%, что является достаточно хорошим показателем для контроля качества ПЭ, ПП, ПС и АБС. Недостатком данного метода является то, что при нем измеряется общая потеря массы образца, что приводит к его превышенному значению в том случае, если образец содержит не только воду, но и другие испаряющиеся компоненты.
Разделение по Кэру Фишеру — это метод для обеспечения точности в ppm. Он химически реагируют с водой в образце и предоставляет отчетную информацию об общем содержание влаги в диапазоне от нескольких промил до нескольких сотен промил. Для ПЭТ, ПА, ПС и ПБТ это единственный метод, который подтверждает целевые значения, составляющие менее 200 или 50 ppm, обеспечивающие сохранение пульверизационной сплавляемости и механической прочности. Это также метод, признанный сертификатом покупателя.
Методы удаления влаги в печи являются стандартным эталоном для многих спецификаций. Пробы взвешиваются, хранятся в циркулирующей печи при определённой температуре в течение установленного времени и вновь взвешиваются, причем потеря считается влаги. Это неторопливый процесс, часто занимающий два-четыре часа, но он является основой нескольких опубликованных стандартов и его легко проверять между лабораториями. Он подходит для проверки входящих и исходящих партий, а не для интенсивного контроля в производстве.
Онлайн-датчики влажности ближайшего инфракрасного диапазона обеспечивают непрерывный контроль в реальном времени. Установленные над конвейером или в дробильной камере датчики ближайшего инфракрасного диапазона оценивают влажность на основании поглощения воды в диапазоне, подлежащем измерению, и мгновенно передают данные контроллеру сушильной установки. Капиталовложения в данную систему высоки, а для получения точных результатов требуется периодическая калибровка при использовании метода К. Фишера, но частое выявление влажных партий, которые еще не достигли экструдера, оправдывает высокую стоимость данного решения.
Дисциплина при взвешивании определяет, насколько метод является надежным. Влажность колеблется в пределах партии, поэтому ложка с верха загрузочного горшка не является репрезентативной. Образец следует брать в разных местах потока, немедленно секалировать, чтобы предотвратить повторное поглощение, и быстро проводить испытания. Хорошо организованная линия поставляет образец для лаборатории и онлайн-прибор для оператора, а любое несоответствие рассматривается как сигнал к повторному взвешиванию, а не как повод для игнорирования.
| Метод | Разрешение | Скорость выполнения результата. | Стоимость основного капитала. | Лучшее применение |
|---|---|---|---|---|
| Анализатор влажности с содержанием галогенов | 0,01 до 0,1% | 5–15 минут | Низкий. | ПР, ПП, ПС, ABS управление магазином |
| титрование методом К. Фишера | класс ppm | 5–20 минут | Высокая | Сертификация ПЭТ, ПА, ПС, ПБТ. |
| Потери в печи при сушке | 0,01 до 0,1% | 2 — 4 часа | Низкий. | Ссылка / приемка партии |
| Онлайн-процессор ближайшего инфракрасного диапазона. | от 0,05 до 0,2 % | Реальное время. | Очень высокое качество. | Непрерывный контроль входящего потока |
Компенсирование на грануляторе: экструзионная деволатилизация.
Компенсирование на грануляторе означает использование экструзионной деволатилизации для удаления остаточного пара, который остался после сушки, и хотя это мощный защитный слой, он никогда не может заменить правильную предварительную сушку, поскольку он не может остановить гидролиз, уже произошедший в расплаве. Экструдер является последним местом, где можно удалить воду, прежде чем вырезать гранулу, поэтому конструкция его вентиляции является частью стратегии сушки.
Одношнековые экструдеры с двойным отводом используют два атмосферных или неглубоких отверстия вдоль барабана для выведения паров, когда давление расплава снижается между зонами. Это достаточно удобно для полиолефинов и слабо мокрых гранул, но эти отверстия слабые по сравнению с истинным вакуумом, поэтому они оставляют больше остаточной влаги, чем двойные шнековые линии.
Экструзаторы с двойными валками с вакуумной деволатилизацией являются более эффективным вариантом для гигроскопичной и загрязненной сырьевой массы. Вакуумный отсек, раздутый до нескольких десятков миллибара, удаляет пары из расплава значительно более полностью, поэтому завод Wanplas в Кеке поставляет подовую ковка экструдеров с двойными валками, которые интегрируются с системами мытья и сушки Polyretec для переработки высококачественного РПЕТ и специализированных полимеров. Чем глубже вакуум и чем больше свободная поверхность расплава у отверстия, тем больше влаги и летучих веществ удаляется.
Дизайн вентиляционного отверстия и регулирование обратного потока – вот факторы, определяющие, как хорошо работает деволатилизация. Неправильно спроектированное вентиляционное отверстие позволяет расплаву подниматься по стволу и закупоривать отверстие или пропускать пары назад в процесс загрузки. Правильно спроектированная геометрия вентиляционного отверстия, адекватно сжатая зона впереди вентиляционного отверстия и иногда вставка в вентиляционное отверстие обеспечивают свободный путь, благодаря чему пары выходят, а не возвращаются в расплав.
Очистка плавильного материала и смена фильтров защищает линию от забиваний ненужными шлаками и отдельными листами, образующимися, когда материал влажен. Улучшение фильтрации является следствием снижения влажности материалов на предыдущем этапе, а не независимым инструментом.
Восстановление встроенной вязкости ПЭТ возможно путем твердофазовой поликонденсации, или SSP, после грануляции. SSP восстанавливает молекулярную массу, удерживая гранулы при нагревании и сухом газе, частично компенсируя потери вязкости в результате гидролиза. Это увеличивает количество технологических этапов и требует энергии, поэтому лучше относиться к этому как к страховке для минимального ухода, а не как к причине пропускать сушку.
Метод распила определяет конечную влажность, которую видит клиент. При кольцевом гранулировании и подводном гранулировании волокна охлаждаются в воде, поэтому готовые гранулы выходят из распила влажными и должны пройти центробежную процесс десорбирования частиц и, в случае гигроскопичных сортов, еще и стадию окончательной сушки. При подводном распиле получаются более оваловидные, сферические гранулы, но необходимо строго контролировать охлаждающую воду и последующую десорбировку для того, чтобы поверхностная влажность гранул не превышала нескольких десятых процента.
| Этап процесса | Влажность впуска | Влажность на выходе. | Типическая энергия (кВтч/тонна) |
|---|---|---|---|
| Промывка выходного отверстия / предварительная фильтрация. | От 20 до 40% | 8–15 % | Незначительный (при гравитационной обработке). |
| Центrifugalный сушильный агрегат | 8–15 % | от 1 до 3 % | 3-8 |
| Выдавливавшая машина (пленка) | Высокая степень заполнения. | от 3 до 8 % | 15 до 35 |
| Сушилка с горячим воздухом. | от 1 до 3 % | < 0.5 % | От 20 до 45 |
| Дегуммифицирующий сушильник (PET) | от 1 до 3 % | < 50 ppm | 80 до 140 |
| Ротанильный сушильный агрегат ИР | от 1 до 8 процентов | Низкий% | от 50 до 90 |
| Центробежное обезвоживание гранул. | Влажные гранулы | < 0.2 % surface | от 2 до 6 |
Сравнение вариаций использования энергии и затрат по всей цепи сушки
Энергетические и денежные затраты в цепочке сушения всегда основаны на одном принципе: сначала использовать самую дешёвую энергию и отводить более дорогостоящие тепловые стадии для небольшой доли воды, которую механическое действие не может удалить. Линия, использующая для этой цели осушитель, вместо центрифуги, затратит на это прямых денежных расходов.
Централизованная отсохалки привносит наименьший уровень энергопотребления — примерно 3–8 кВт·ч на тон, и каждый процент воды, отделенный от материала перед термическим сушителем, сокращает энергопотребление многократно, поскольку нагрев и испарение влаги в сушильном устройстве стоит в несколько раз больше, чем центрифугирование. Цанга для пленки энергозатраты составляет от 15 до 35 кВт·ч на тон, но по-прежнему гораздо эффективнее, чем сушка теплым воздухом всей увлажненной пленки.
Сушка горячим воздухом стоит 20-45 кВт-ч на тон и является подходящим инструментом для полиолефинов. Сушка с обезвоживанием для ПЭТ является наиболее энергозатратной — 80-140 кВт-ч на тон, поскольку достижение точки росы минус 40 градусов по Цельсию и поддержание температуры в течение четырех-шести часов на уровне 160-175 градусов Цельсия требуют как регенерации дегидратора, так и постоянного обогрева. Инфракрасная сушка сокращает эти расходы на 20-40 процентов за счет более быстрого и прямого нагревания, поэтому она привлекательна там, где цена электроэнергии играет решающую роль.
Стоимостные уровни отслеживают потребления энергии и капитальных затрат. Дезинтенсификация и выжимку при помощи экструдера относятся к низкому уровню капитальных затрат и умеренным значениям операционных затрат. Сушка горячим воздухом имеет средний уровень по всем параметрам. Дефростация и вакуумная сушка относятся к высоким или очень высоким значениям капитальных затрат и имеют умеренные уровня операционных затрат. Сушка инфракрасным потоком имеет высокие капитальные затраты, но умеренные операционные затраты благодаря экономии энергии. Премиальный общий срок окупаемости инвестиций наблюдается только в том случае, когда в одной линии комбинируются несколько этапов высокого уровня для самых требовательного пищевого РПЭТ.
Циклевое повторное использование воды меняет экономические аспекты таким образом, что операторы часто этого не замечают. Рециркуляция промывочной воды снижает затраты на прессу, но в то же время повышает температуру промывочной воды и позволяет накапливать концентрацию поверхностно-активного вещества, в результате чего образуется гидрофильный слой на фракции и оборудование сушильной установки вынуждено работать более интенсивно. Балансовый цикл с контролируемыми температурой и концентрацией поверхностно-активного вещества позволяет снижать расход воды без значительного увеличения энергопотребления сушильной установки.
Практическим цеlem является баланс сухости, энергии и стоимости. Необходимо довести механическую осушку до предела, настроить термальный сушильный агрегат в соответствии с реальными требованиями к смоле, а не по установленным стандартам, и рассматривать любое повышение стоимости как оправданное только в том случае, если речь идет о резинке, такой как фуражный рPET или полиамид.
Критерии приема качества и частота проверок
Стандарты приемки качества позволяют преобразовать целевые значения влажности смол в список контроля, который может быть применен лабораторией и оператором линии, а частота проверок должна соответствовать риску: с гигроскопичными и высокоценными смолами проверяют каждый партию, а при производстве многофункциональных полиолефинов такую проверку проводят раз в смену. Написанные критерии избавляют от догадок, которые позволяют влажным партиям доходить до экструдера.
Нижеприведенные критерии объединяют цели количества в мг/л и процента из таблицы смол с методом измерения и стандартным литературным источником. Они написаны так, чтобы техник по контролю качества мог действовать по ним без интерпретации, а аудит заказчика узнал документально оформленные, повторяемые правила, а не своеобразные суждения.
Стандарты обеспечивают критерии внешней достоверности. ISO 15512 определяет метод определения содержания воды в пластмассах и является основной методической ссылкой для многих из этих измерений. ISO 62 охватывает поглощение воды пластмассой, что полезно для определения гигроскопических свойств материалов. ASTM D6980 описывает содержание влаги в пластмассовых материалах по признаку «утерьевания влаги» в сухом состоянии, что распространенный способ контроля во многих странах Северной Америки. EN 15347 характеризует переработку пластиков и устанавливает требования по определению свойств фракций PET, включая влажность. GB/T 40006 — это китайский стандарт для переработанных пластмасс, по которому сертифицируются многие тестовые линии. Поскольку эти стандарты являются ничем иным как допускающимися наблюдателями, то действующим правилом остается определение собственной линии.
Частота должна возрастать пропорционально последствиям. ПЭТ и ПА, при которых допустимые показатели составляют несколько частей на миллион, тестируются на каждом ввозимом и вывозимом партиях с помощью кальциметра К. Ф., а ПЭ, ПП и АБС, для которых допустимыми являются отклонения в пределах нескольких десятых процента, проверяются на каждый смену с помощью халогенного метода или метода сушки и непрерывно контролируются при помощи установленного плинтусового измерителя. Нарушение допустимых показателей или падение показаний настораживают оператора, который незамедлительно повторно отбирает образцы и проверяет состояние сушильного аппарата перед возобновлением процесса.
| Смола / продукт | Предельный уровень влажности | Метод испытаний | Стандартная справка | Частота проверки |
|---|---|---|---|---|
| гранулы rPET (пищевого качества) | < 50 ppm | метод К. Фишера | ISO 15512 / EN 15347 | Каждый лот |
| PA6 / PA66 | < 200 ppm | метод К. Фишера | ISO 15512 | Каждый лот |
| PC | < 0,05 % (500 ppm) | метод К. Фишера | ISO 62 | Каждый лот |
| ABS | < 0.1 % | Галогенид / духовка | ASTM D6980. | По смены. |
| ПЭ/ПП | < 0.2 % | Галогенид | Микросферы из этилен-диэтилен-винила или сополимеров ЕДВ/СЭБС (стирена-этилен/бутилен-стирена) — распространённый вариант. Они действуют как интерфейсный агент, уменьшая размер фаз и улучшая передачу напряжения. | По смены. |
| Рециклированные гранулы (общее) | < 0.2 % surface | Галогенид / НИР | GB/T | По смене/онлайн. |
Матрица для устранения неисправностей, связанных с повышенной влажностью
Матрица диагностики переводит симптомы, возникающие в грануляторе, в причину высыхания, что является самым быстрым способом прекращения повторения проблемы вместо устранения ее последствий. Большинство дефектов связанных с влажностью неправильно диагностируются как проблемы экструдера, когда реальная причина кроется в процессе промывания, центрифуги и сушилки.
В таблице ниже представлено соответствие каждого видимого дефекта вероятной причине увлажнения и необходимым мерам устранения. Операторы должны работать отверстиями вверх: сначала проверять уровень влажности локонов, а затем проверять все этапы от экструдера к ванне с мытьем, поскольку наиболее простая для ремонта неисправность возникает в самом раннем звене.
| Неисправность: | Вероятная причина связанная с влажностью. | Как правило, регистрируется в | Меры корректировки |
|---|---|---|---|
| Вспучивания или пустоты в гранулах | Недостаточная сушка дегидратора, потери IV. | ПЭТ, ПА | Повысьте температуру и время сушки, проверьте точку росы. |
| Серебряные полосы / расхождение. | Оседает вода в матрице | ABS, PC, PA | Продлить сушку, снизить точку росы, осушить сброс |
| Пожелтение | Химическое разрушение плюс тепловой режим | ПТФЭ, ПЭТЭ | Повышение сухоты, снижение температуры плавления, сокращение периода пребывания. |
| Частые сокращения осыпи экрана. | Сцепление пыли с влагой | 3. Все смолы | Усовершенствуйте отвод влаги, добавьте удаление пыли и ионизацию. |
| Флуктуация давления расплава | Заблокированный пар не выводится. | ПЭТ, ПА, ПК | Усиление обдувочных отверстий, снижение влажности входного материала |
| Низкая механическая прочность. | Гидролитическая переривка цепочек. | ПЭТ, ПА | Уменьшить влажность до целевого значения, рассмотреть вопрос о замедлении скорости вращения вала; |
| Сгруппированные комковатые гранулы. | Поверхностная влага плюс статическое напряжение | ПЭ, ПП, пленка | настройка центрафуги, очищенный от ионов воздух, проверка прессостата |
Как инженеры "Полиретека" контролируют сухость фракций
Компания Polyretec, завод Wanplas, контролирует сухость продукта, рассматривая процессы очистки, отвода и сушки как единую интегрированную систему, а не как отдельные машины, приобретаемые по отдельности. Оборудование бренда сочетает передовые австрийские технологии очистки и обезвоживания с масштабом китайского производства, а регулировка сухости включена в линию от пресс-очистителя до сушильних камер, а не устанавливается в конце.
Линии мойки построены вокруг смолы. Линия мойки для бутылок из пищевого ПЭТ, рассчитанная на 500–6000 кг в час, включает три ступени: мойку с трением, удаление этикеток и центробежное откачивание, за счет которого флоки выходят из мойки уже с влажностью в диапазоне от 1% до 3%. Линия раздробления и мойки мягкой пластмассы из ПП и ПЭ, рассчитанная на 500–1500 кг в час, сочетает мойку с прессом или степлером, благодаря чему во время прохода к тепловому сушку пленочный материал имеет влажность от 3% до 8%, а не капает сырым материалом.
Линия гранулирования нового поколения предназначена для приема сухой, однородной шлаки и завершения работы с правильной деволатилизацией. Там, где это требуется, завод Kerke компании Wanplas поставляет ко-взвинченные двойные экструдеры с вакуумной автоматической арматурой, которые интегрируются ниже по потоку от системы обезвоживания Polyretec, обеспечивая непрерывный маломоечный путь от бака моющее средства до гранул. Для самого требовательного пищевого ПЭТ линия построена таким образом, чтобы обезвоживать до уровня менее 50 частей на миллион, прежде чем запустить экструдер, а затем проверять это уровнем с помощью карбюратора Кернера, вместо того, чтобы полагаться только на деволатилизацию экструдера.
Глобальный проектный опыт укрепил инженерное обеспечение. Установки, такие как переработка пленочных пленок из ПЭ-полиэтилена в Турции, переработка нетканых полотен из ПП в Вьетнаме, переработка пленочных пленок с наклейками в Мексике и автоматическая очистка пленок ПП-ПЭ на Тайване, каждый из них сталкивались с различными проблемами влажности, начиная от чернил для печати на пленках и заканчивая липкими этикетками, и каждая из них была решена путем подбора цепочки осушения и сушки под конкретное загрязнение и смолу, а не с помощью общего набора настроек.
Как часть торговой марки Wanplas, Polyretec применяет общие обязательства по обслуживанию компании, включая ежегодную бесплатную поставку запчастей и десяти-точечную гарантию обслуживания, поэтому цепочка сушки поддерживается в течение всего срока службы, а не оставляется без поддержки после запуска. Поскольку сухость является дисциплиной контроля процесса, а не характеристикой отдельного оборудования, именно эта непрерывная поддержка позволяет поддерживать влажность на целевом уровне месяц за месяцем.
Частые вопросы
Каков уровень влажности, которого должны достигнуть переработанные пластиковые пластинки перед гранулированием?
Для пищевых полиэфиректов принятой целью является уровень ниже 50 частей на миллион общего объёма воды и ниже 30 частей на миллион для применения из бутылки в бутылку, когда необходимо минимизировать гидролизную раз割 цепи. Решётчатой сушилкой при температуре 160-175 °C в течение четырех-шести часов при точки росы около минус 40 °C обычно достигается этот показатель.
Почему остаточная влага вызывает появление серебристых полос и пузырей в переработанных гранулах?
Заблокированная вода переходит в пар внутри экструдера, и система вентиляции не может вывести весь пар из нее, прежде чем смесь разделяют. Пар формирует пузырьки, которые выглядят как бульбы в гранулите или как серебристые истончения на затвердевающих поверхностях. Хигроскопичные смолы, такие как ABS, PC и PA, наиболее подвержены этому явлению, поскольку они втягивают воду в полимерную матрицу.
Достаточно ли центробежного сушильного оборудования для сушки кусков для гранулирования?
Центробежная сушилка достаточно только для негигроскопических полиолефинов, таких как ПЭ и ПП, когда целью является снижение уровня поверхностной воды примерно с 8 до 15 процентов до 1-3 процентов. При работе с ПЭТ, ПА, ПК и АБС щёки после центрифугирования всё ещё содержат связанную воду, поэтому перед экструзией им нужно предшествовать сушению осушителями или инфракрасными сушильными установками.
Как пресс или компрессор помогает с отходом из пленки?
Сжаливатель или пластиковый компрессор заставляет пленку из полиэтилена и полипропилена проходить через винт и экран, благодаря чему механическое давление выпрессовывает свободную воду из мягкого налёта. Обычно при этом показатель влажности пленки снижается с очень высокого уровня до 3-8 процентов, и последующий тепловой осушитель может завершить эту работу гораздо более дешево, чем при попытке испарить всю воду с помощью только горячего воздуха.
Какой метод измерения влажности наиболее точен для низкого уровня ppm?
Разделение по Кэру Фишеру — это метод для обеспечения точности в ppm и самый подходящий для ПЭТ и ПА, если требуемое значение лежит в диапазоне несколько сот промил. Анализатор влаг с содержанием галогена или метод потери влаги в печи можно считать достаточным для полиолефинов, в которых требуемый допустимый порог составляет несколько десятых процента, а для обеспечения непрерывного контроля онлайн в процессе производства необходимы более дорогие приборы ИНФРА-метра.
Може ли сам гранулоагрегатор компенсировать влажное стружное сырье?
Частично. Двушнековая экструдер с вакуумным деволатилизатором при нескольких десятках миллибар позволяет удалить значительную часть остаточных паров, а двойная выдувка на линии с одним шнеком также помогает, но сушка перед расплавом всегда более эффективна и защищает внутреннюю вязкость. Режевое или подводное резание затем добавляет заключительный стадий центробежного обезвлажнения частиц, который должен оставлять готовые гранулы с влажностью на поверхности менее нескольких десятых процента.
Почему ПЭ и ПП переносят больше влаги, чем ПЭТ?
Полиолефины не подвержены гигроскопичности и не поглощают воду, поэтому они не гидролизируются и могут выдерживать несколько десятых процентов влажности без серьезного вспенивания или проблем с кормлением. PET и PA поглощают воду в цепочку и гидролизируются, поэтому такой же уровень влажности приводит к неповреждаемой потери пропускания и снижению прочности. Разница в термостойкости является химической, а не просто физической.
Не влияет ли минерализация воды для рециркулирования на сухость гранул?
Закрытый цикл рециркуляции снижает затраты на использование пресной воды и расходы на отработку, однако также позволяет повысить температуру моющего раствора и концентрацию поверхностно-активных веществ, в результате чего на щеке образуется хидрофильный слой, который вновь увлажняет ее и вынуждает сушильную машину работать усерднее. Балансированная схема с контролируемыми температурой и содержанием поверхностно-активных веществ обеспечивает экономию без затруднения сушки.
Заключение
Улучшение сухости дисперсии для производства высококачественных гранул по сути является проблемой оптимального проектирования: удалять основную часть воды механически, при этом мало затрачиваться на дорогостоящую термическую сушку для продуктов, содержащих связанную воду, которые действительно угрожают полимерам, и проверять результат методом, отобранным с учетом целевого показателя смолы. Изделия из ПЭТ и ПА требуют сушки с использованием дегидраторов или вакуумной сушки до уровня менее 50 или 200 мг/кг для защиты интрузивной вязкости и механической прочности, в то время как изделия из ПЕ и ПП удовлетворяются центробежным обезвоживанием и протравливанием теплым воздухом. Ротатор необходим для производства пленки, инфракрасная сушка позволяет сэкономить от 20 до 40% энергии, когда это имеет значение для затрат на электроэнергию, а вакуумная деволатилизация в экструдере является резервной мерой, но не заменяет предварительной сушки. Polyretec, фабрика Wanplas, реализует перечисленные принципы в интегрированных линиях для промывки, обезвоживания и гранулирования, благодаря чему сухость контролируется от фрикционных моек до экструдера. Для любого переработчика наиболее выгодным мероприятием является доведение механической обезвоживания до предела, установка теплового сушильного аппарата на целевой показатель смолы и проверка с помощью Карл Фишера для гигроскопических сортов и приборов с использованием галогенов или онлайн-метров для полиолефинов, а также проверка каждой партии для ПЭТ и ПА и каждого смены для ПЕ и ПП. Мокрота следует рассматривать как параметр контроля процесса, а не как окончательную стадию, а качество гранул, производительность и срок эксплуатации экстракционной машины улучшатся вместе.
