选择更高性能的树脂干燥系统

刘可 · 发表于 2012-7-2 08:35:52

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任何类型干燥机的能耗都取决于处理量、树脂种类、干燥温度等因素，要比较不同类型干燥机的能耗更是困难。为了最大限度提高可比性，干燥技术中心（DTC）在测试中不仅对干燥机型号有所选择，并且对干燥条件进行控制。与只生产一种或少数几种干燥机的厂家相比，对于制造各类干燥机（见表1）的NOVATEC，实测比较数据具有更大的好处。依靠此类数据，可以严格地根据客户的特定要求提出干燥机选型建议。
表1 NOVATEC和Maguire制造的树脂干燥机

干燥技术中心对下列树脂干燥系统进行了测试：
双床除湿干燥机。这是业内的主力干燥设备，也称双塔式干燥系统。双床式干燥机采用一个除湿塔再生，而另一个除湿塔进行吸湿的间歇性工作方式。干燥时间一般需4小时。
轮式除湿干燥机。此类系统将干燥剂放在转动的轮盘上，在每圈的转动中，干燥状态的干燥剂进行吸附水分，同时对饱和吸附的干燥剂进行再生，从而实现连续生产。NOVATEC可提供NovaWheelTM轮式干燥机。
真空干燥机。真空干燥系统利用真空来降低水的沸点，将水分快速转化为水蒸气，同时利用真空将树脂颗粒中的水蒸气吸走。在三套转位装置中同时进行树脂的加热和真空干燥，每套装置都进行小批量的批式处理，但总体上形成连续处理，满足加工机械对干燥原料的需求。在专为塑料加工厂家设计的真空干燥系统中，美奎开发销售的LPDTM干燥机取得广泛成功（NOVATEC也销售此干燥机，称为NovaVac IITM干燥机）。
隔膜式干燥机。与真空干燥机一样，隔膜式干燥系统不使用干燥剂。除湿原理是湿空气加压后通过吸附膜进行膜吸附。NOVATEC制造的隔膜式干燥机称为NovaDrierTM，采用公司自主设计的高效脱水吸附膜，系统启动后不到四分钟，露点-40℃的工艺空气可穿过整个系统。在严格的最终使用条件下，吸附膜最长可使用20年。
PET专用红外转鼓（IRD）结晶干燥机。IRD装置的核心部件是一个水平放置的大尺寸不锈钢滚筒或转鼓，内壁刻有螺旋布列的刮板，使PET颗粒沿转鼓的长度方向流动。树脂从转鼓一端向另一端移动时，树脂颗粒会翻动，使所有表面平均吸收转鼓中央的红外加热组件散发出的热量。
新系统能耗低，干燥时间短
干燥技术中心获得的初步数据表明，真空干燥机和轮式除湿干燥剂的能耗显著低于传统的双床除湿干燥机，NOVATEC的数据（见表2）也支持此结论。膜式干燥机固然可以为许多厂家带来独有的优势，但是不使用干燥剂所取得的节能效果却为空气压缩成本所抵消。红外转鼓结晶干燥机无法与其他新型干燥机直接进行比较，但是干燥技术中心对红外转鼓结晶干燥机进行单独的测试，结果证明与传统的PET干燥结晶系统相比，降低能耗的潜力很大。
表2 每小时能源成本(人民币)

双床干燥机将依然保持很大的销量。双床干燥机具有坚固耐用和可靠的优点，是大量客户不可或缺的生产设备。但是，根据干燥技术中心的数据判断，双床干燥机在业内已经开始走下坡路，并且步伐会越来越快。
轮式干燥机节能最多可达35%
根据干燥技术中心的初步测试结果，按处理能力计算，从每小时100千克至2,300千克，轮式除湿干燥机有望取代大部分采用干燥剂的传统除湿干燥系统。轮式干燥机的每小时能源成本实测值比ABS专用双床干燥机低35%，比聚碳酸酯树脂（PC）专用双床干燥机低14%。水分含量降至规定水平所需的时间无显著差别。
与双床干燥机一样，轮式干燥机也是同时进行吸附和再生操作，但是通过单一的连续操作流程进行两种操作。轮式干燥机内的圆柱形转轮内部是充填了干燥剂的蜂窝结构，分为三个区：来自树脂料箱的空气冷却过滤后，进入鼓风机加压分流成两部分，一部分进入干燥轮的脱湿区，另一部分进入吹扫区，对已经再生的干燥剂进行冷却。与此同时，热空气吹过第三个区，对该区的干燥剂进行再生。转子逆时针方向缓慢转动，使蜂窝结构的每个区依次经历这三种操作。
轮式干燥机在每圈转动中，同时进行吸附操作和饱和吸附干燥剂的再生操作，与双床干燥机相比，具有结构简单、体积小和成本低的特点。节能最高可达35%，主要是因为轮式干燥机的干燥剂再生操作能耗远远低于双床干燥机。
真空干燥机节能效果最佳，干燥速度最快
自美奎在2000年推出LPD系统以来，迄今售出的真空树脂干燥机已达数千台。欧洲、美洲和亚洲用户的使用数据表明，与客户原有的热风及干燥剂除湿干燥机相比，LPD干燥机的能耗只有20%，树脂的预干燥处理时间为六分之一。节能效果来自真空干燥工艺的高效率，同时没有干燥剂再生的能耗。
真空干燥机的处理批量小，干燥时间短，因此可以将冷开机的时间从几个小时缩短至一小时以内，从而增加生产时间。此外，干燥机采用三套装置转位联结，更换色母料和原料时无须停机，也提高了设备的生产率。
干燥技术中心测量了水分脱除效果与时间的关系，结果证实真空干燥机的干燥操作可在20至40分钟内完成（见下页表3）。双床除湿干燥机将水分含量脱除到相同水平，聚碳酸酯需要三倍的时间，ABS需要四至六倍的时间。处理ABS和聚碳酸酯时，真空干燥机每小时能源成本分别比双床干燥机低29%和35%，轮式干燥机处理ABS的能耗低于真空干燥机，处理聚碳酸酯的能耗高于真空干燥机。处理高温物料时，在测试的所有干燥机中，真空干燥机的能效最高。另外，在处理能力最高达每小时90千克时，真空干燥机与干燥剂除湿干燥系统相比具有突出的能耗优势。
表3 脱水效果及时间

不使用干燥剂的隔膜式干燥机
干燥技术中心进行的测试表明，NovaDrier的每小时能源成本最高。另一方面，与其他类似处理能力的干燥机相比，该隔膜式干燥机具有结构简单和尺寸紧凑的优点，没有移动部件，无须设置冷却盘管。因此，该隔膜式干燥机的投资成本和维护要求均较低。此外，即使在最小的加工机械上，也可安装该隔膜式干燥机。NOVATEC自2000年推出NovaDrier干燥机，至今销量已达2,000台，预计在处理能力要求低于每小时100千克的应用领域，销量会继续保持增长。美奎目前正在美洲以外销售NovaDrier干燥机。
隔膜式干燥机使用的压缩空气可以来自任何来源，无须制冷降温或预先进行干燥处理。隔膜式干燥机没有除湿干燥机必备的运动部件（工艺电机、再生加热器和电机，以及阀门）。除了正常的料箱清理，通常情况下每十二个月更换两个过滤组件是膜式干燥机唯一需要进行的维护。主要的控制装置就是一个普通的“启动/关闭”开关。
NovaDrier 具有结构简单的特点，不仅初始投资非常低，而且启动速度快，干燥效率高，维护要求低，与干燥剂除湿干燥系统相比，可大大提高生产率。另一个优点是，由于工艺温度稳定，并且工艺流程中连续清除挥发性物质，可减少设备部件的腐蚀老化。
PET结晶干燥机能耗降低50%以上
在PET薄膜、板材和纤维的生产中，使用红外转鼓（IRD）结晶干燥机对新旧树脂进行预处理，不仅处理速度快、操作简单，而且能够节约能源。整个处理流程所用的时间只有传统设备的20%，能耗可比干燥剂除湿系统低至65%。干燥技术中心对IRD干燥系统与传统的双床结晶干燥机进行了比较测试，结果表明，处理板材和塑料瓶粉碎回收的树脂时，能源成本分别降低56%和45%。
“泡壳”包装容器以及其他严重依赖于回收材料的产品，处理量很大，如果采取这一新技术，无须使用大型绝热干燥料箱和独立结晶器，这些设备往往需要安装在高净空的厂房内。红外转鼓（IRD）干燥机只需要一个处理能力相对较低的干燥机，所连接的存料箱容量不到挤出机或成型机一小时的处理量。
IRD系统的投资成本与传统的干燥机单配结晶器大致相同，但IRD的能耗一般为每小时每千克物料0.1千瓦左右，而大多数传统结晶器和干燥机的能耗是这个能耗的两倍还多。能效高，是因为红外线属于辐射能量，只加热树脂，不加热周边的空气，而且热量是从树脂颗粒的内部向外传递。树脂颗粒排出的水分被周边的空气带走。
使用传统的干燥剂除湿系统时，PET的干燥时间大约为五六个小时，使用IRD时，PET的结晶过程仅须八至十三分钟（PET穿过转鼓的时间），然后PET结晶物送入中间处理干燥机/存料箱，再干燥30至45分钟。也就是说，挤出机开机或停机后，可以大大缩短成品的处理时间。IRD干燥机采用连续操作工艺，不要求使用大型料箱来保证生产线的运转，而且要更换色母料和加工产品，操作更简单，时间更短。
2006年，NOVATEC与德国Stricker IRD Patent GbR 公司、英国UPM Holdings Ltd.公司签署授权协议，成为美国唯一获准生产和销售IRD的公司。欧洲和日本的被授权厂家已经生产50多套此类干燥系统。
树脂干燥方式将快速变化
真空干燥机、轮式干燥机、隔膜式干燥机和红外干燥机的出现，正在改变塑料加工厂家的树脂干燥方式。随干燥系统比较测试的科学数据越来越多，新型干燥机得到使用加工厂家的更多认可，会有更多厂家放弃双床干燥机等传统的干燥剂除湿干燥设备。
但是，推动变革的最大因素依然将是石化燃料供应紧张，成本高昂。随石油稀缺时代的延续，树脂干燥方式的转变必定会加速进行。
文章关键词：树脂、干燥机、

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