Suszarki i odwilżacze, czyli o procesie suszenia tworzyw sztucznych
Proces suszenia jest jednym z podstawowych procesów technologicznych mających na celu przygotowanie tworzyw polimerowych do dalszej obróbki czy przetwórstwa. Służą do tego suszarki lub odwilżacze. Na wybór odpowiedniego urządzenia ma wpływ kilka czynników.
DLACZEGO WARTO SUSZYĆ TWORZYWA SZTUCZNE?
Wilgoć zawarta w tworzywie sztucznym może wydawać się drobnym aspektem przetwarzania, ale jeśli nie jest kontrolowana, prawie niemożliwe będzie dostarczenie wysokiej jakości komponentów z tworzyw sztucznych.
Niektóre zalety suszenia tworzyw sztucznych to:
– zapobieganie problemom kosmetycznym: znanym jako smugi lub srebrne smugi,
– zapobieganie hydrolizie: reakcja chemiczna, która rozbija wiązania kowalencyjne w łańcuchu polimeru, zmniejszając masę cząsteczkową polimeru i znacznie zmniejszając właściwości mechaniczne,
– zapobieganie awariom części: jeśli maksymalny poziom wilgoci odpowiedni do przetwarzania nie zostanie osiągnięty, mogą wystąpić przedwczesne awarie części i wady strukturalne.
Suszenie tworzyw sztucznych
Podczas transportu, magazynowania czy po prostu w kontakcie z zimnym zawilgoconym powietrzem na powierzchni ziaren polimerów kondensuje się wilgoć. Może jeszcze dojść do sytuacji, gdy polimer ma tendencję do pochłaniania wilgoci z otoczenia (dzieje się tak w przypadku polimerów o budowie polarnej, tj.: PA, PC), że zostaje ona wchłonięta przez całą masę/objętość polimeru. Wszystko to skutkuje pogorszeniem właściwości użytkowych gotowego wyrobu. W tworzywach ulegających hydrolizie w wysokiej temperaturze (warunki przetwórstwa) wilgoć może powodować nawet degradację polimeru. Także stosowanie sadzy lub pigmentów może powodować zwiększenie wchłaniania wilgoci. Jaki system suszenia czy też odwilżenia należy wziąć pod uwagę, szukając najbardziej opłacalnego rozwiązania,a jednocześnie pozwalającego w efekcie końcowym uzyskać wysokojakościowy produkt? To zależy, ponieważ na właściwy wybór wpływa kilka czynników m.in. środowisko przetwarzania, skład granulek i wymagania dotyczące gotowych produktów. Istnieje wiele metod pozbywania się wilgoci z polimeru i jak to wszędzie bywa - każda ma zalety i wady. Przede wszystkim należy zwrócić uwagę na rodzaj granulek czy mamy do czynienia z tworzywem, higroskopijnym czy niehigroskopijnym.
Suszarki i osuszacze do tworzyw sztucznych
W większości przypadków suszarki na gorące powietrze okazują się najbardziej opłacalnym sposobem suszenia. Ogrzewają otaczające powietrze, aby wyciągnąć wilgoć z tworzywa. W rezultacie są odpowiednimi opcjami dla tworzyw sztucznych niehigroskopijnych. Bardzo podobny jest osuszacz sprężonego powietrza, z tymi samymi podstawowymi częściami – grzałką, sterownikiem i koszem zasypowym. Osuszacze na sprężone powietrze wykorzystują szybki spadek ciśnienia, aby szybko usunąć wilgoć zawartą w suszącym strumieniu powietrza. Suszarki te są przeznaczone do systemów produkcyjnych o bardzo małej przepustowości granulatu, ponieważ ich zdolność do usuwania dużych ilości wilgoci jest bardzo ograniczona. Suszarki adsorpcyjne są uważane za najlepsze suszarki do tworzyw sztucznych pochłaniających wilgoć. Pobierają powietrze z leja suszącego, schładzają je do temperatury pokojowej, a następnie suszą strumieniem powietrza za pomocą sita molekularnego lub wkładu. Mogą szybko osiągnąć niski punkt wilgotności. Suszenie w piecu należy do najstarszych i najprostszych metod suszenia. Suszarki te suszą materiał w określonej temperaturze na płytkich tacach przechowywanych poziomo na stojaku. Często w tego typu systemach nie ma wstępnego oczyszczania ani wstępnego suszenia. Zasada suszenia wygląda podobnie jak praca domowego piekarnika. Piece próżniowe mogą zapewnić lepszą wydajność suszenia i są wyposażone w próżnię podciśnieniową, która usuwa wilgoć z granulatu podczas jego podgrzewania w komorze pieca. Jednym z kluczy do sukcesu tej metody jest zdolność sprzętu do przepuszczania przez materiał wystarczającej ilości powietrza lub innych środków suszących.
Odwilżanie i odwilżacze do tworzyw sztucznych
Odwilżacze do tworzyw sztucznych działają przy użyciu specjalnego granulatu, który w odpowiedni sposób wchłania powstałą wilgoć, a także zapobiega powstawaniu nieestetycznych smug, które mogłyby wpłynąć na wygląd końcowego produktu. Stosowanie tworzyw sztucznych o własnościach higroskopijnych, pochłaniających wilgoć na wskroś (nie tylko powierzchniowo), wymaga zastosowania urządzenia umożliwiającego skuteczny jej odbiór.
Co na rynku suszarek i odwilżaczy do tworzyw sztucznych?
Przyjrzymy się co oferują firmy – jakie rodzaje suszarek, osuszaczy czy odwilżaczy do tworzyw sztucznych oraz jakie nowości są wprowadzane na rynek.
EKO-N – zalety dwóch koncepcji suszenia tworzyw sztucznych połączone w nowej suszarce
W suszarce EKO-N firma Koch-Technik połączyła zalety dwóch udanych koncepcji suszenia CKT i EKO, tworząc w ten sposób nowy zespół suszący. EKO-N jest dostępny w 8 różnych wielkościach konstrukcyjnych od 110 do 2000 (m³/h). Koncepcja wymiennika ciepła z systemem orurowania zaczerpnięta z suszarni EKO została jeszcze bardziej udoskonalona w serii EKO-N. Ponieważ ciepło jest odzyskiwane, zużycie energii zmniejsza się nawet do 30%, w zależności od temperatury suszenia tworzywa sztucznego. Średnie zużycie energii spada przy stałej jakości. Oprócz standardowej dmuchawy z regulacją częstotliwości (od objętości konstrukcyjnej 300 m³/h), nowa suszarka jest również wyposażona w opatentowany system zarządzania energią firmy KOCH ÖKO, który dostosowuje się do procesu suszenia, aby oszczędzać energię i chronić materiał. Łącząc kontrolę punktu rosy, urządzenia ÖKO i dmuchawy z regulacją częstotliwości, można osiągnąć do 50% oszczędności energii podczas suszenia granulatu tworzywa sztucznego. Dzięki modułowemu systemowi firmy KOCH w suszarniach EKO-N można zintegrować różne pojemniki suszące o pojemności od 20 do 600 l. Użytkownik może w dowolnym momencie wyświetlić wszystkie istotne warunki pracy i informacje oraz dostosować parametry, takie jak czas suszenia, temperatura i czas przebywania. Bezpieczną pracę samego osuszacza zapewniają mikrofiltry, zabezpieczenie przeciążeniowe, kontrola powietrza oraz ogranicznik temperatury. W celu wchłonięcia wilgoci z granulowanego tworzywa sztucznego i uzyskania wymaganej wilgotności resztkowej suszonego materiału można wytworzyć suche powietrze o punkcie rosy -55°C.
Dryplast – kompletna linia do suszenia wszelakich materiałów
Dryplast od Dega Plastics to kompletna linia do suszenia wszelkich materiałów. Składa się z generatorów gorącego powietrza, aby zapewnić maksymalną wydajność przy minimalnym zużyciu energii, z wentylatora lub pompy, która generuje odpowiednią ilość i ciśnienie powietrza dla każdej zastosowanej mocy, a wszystko to kontrolowane jest przez mikroprocesor o wysokiej precyzji. Jest to ekonomiczne rozwiązanie, ponieważ całe ciepło z grzałek jest przekazywane do materiału przez specjalny obieg powietrza procesowego w kotle, dzięki czemu energia elektryczna jest wykorzystywana tylko do ogrzewania materiału. Dzięki prostej koncepcji konstrukcja maszyny jest kompletna.
Zastosowane osuszacze Drytech charakteryzują się wysoką oszczędnością energii, a program suszenia jest specjalnie dobrany do konkretnego materiału. Dzięki nowym zeolitom punkt rosy można osiągnąć znacznie łatwiej, a samo osuszanie jest zredukowane o 47%. W porównaniu do osuszaczy z sitami molekularnymi, tutaj nie ma potrzeby podłączenia do wody. Model DDK waży rzeczywistą akumulację wody na sitach i wykonuje regenerację tylko po ich zapełnieniu. Wyświetlacz odczytuje wagę wody wydobytej z materiału. Leje procesowe są zaprojektowane tak, aby zmaksymalizować efekt kominowy, który wytwarza gorące powietrze podczas przechodzenia przez granulki: są wykonane z dokładnie wypolerowanej stali nierdzewnej AISI 304 i są izolowane włóknem. Duży otwór występujący w większości modeli, ułatwia obszerne i dokładne czyszczenie, a dzięki szybkim zapięciom na zatrzaski zapewnia szczelność.
Suszarka rozpyłowa FSD
Suszarka rozpyłowa FSD, łącząca suszenie rozpyłowe i fluidalne, została zaprojektowana z myślą o zapewnieniu optymalnej wydajności suszenia oraz najlepszej jakości aglomerowanych proszków. Suszarka rozpyłowa FSD działa na trzech stopniach suszenia, każdy dostosowany jest do zawartości wilgoci obecnej w trakcie procesu suszenia rozpyłowego. Ciekły materiał jest rozpylany, a następne przesyłany do komory suszenia za pomocą zestawu dysz. Powietrze suszące wpada pionowo i z dużą szybkością przez rozdzielacz powietrza, zapewniając optymalny stopień wymieszania z rozpylaną cieczą. Proces odparowywania przebiega błyskawicznie, podczas gdy krople przechodzą przez komorę suszenia. Komora suszenia i przepływ powietrza zostały zaprojektowane tak, aby cząsteczki nie przywierały do ścianek komory, a były przesyłane bezpośrednio do zintegrowanego łoża fluidalnego na dole komory suszenia, gdzie przebiega druga faza suszenia. Na ostatnim etapie proszek jest kierowany do łoża fluidalnego VIBRO-FLUIDIZER, w którym przebiega ostateczne suszenie i chłodzenie.
Mobilne osuszacze adsorpcyjne DDM przeznaczone do ciągłego suszenia sypkich tworzyw sztucznych w postaci granulatu
Seria DDM firmy Labotek została zoptymalizowana i jest dostępna jako kompletny system osuszania i zintegrowany system przenoszenia suchego powietrza do maszyny przetwórczej, w oparciu o sprawdzoną i energooszczędną konstrukcję. Dostępny jest również model HT (wysoka temperatura). Dzięki dokładnej kontroli temperatury i punktowi rosy <-35ºC, można osiągnąć końcową zawartość wilgoci poniżej 0,02% (model HT 0,002%). Seria DDM oferuje:
– pojemność zbiornika suszącego 60, 120, 180 i 225 litrów,
– zasilanie elektryczne 3-fazowe, nie wymaga sprężonego powietrza,
– wbudowany 3-fazowy system przenoszenia do suszarki (ConEvator SVR),
– bramka przyłącza punktu rosy,
– termostat.
Innym rozwiązaniem firmy Labotek jest Conti-Dryer CD, czyli system do ciągłego suszenia granulatu tworzywa sztucznego. Urządzenie przeznaczone jest do suszenia niehigroskopijnych surowców i przemiałów w zakresie temperatur 60-180°C z odchyleniem temperatury ±5°C. Centralna jednostka susząca pracuje w systemie zamkniętym.
Suszarki ULTRA – postęp w procesie suszenia tworzyw sztucznych w erze cyfryzacji
Unikalna opatentowana konstrukcja próżniowa (najnowszy patent nr 10751918 przyznany w 2020 r.) umożliwia użytkownikom suszenie materiałów za pomocą próżni. Chociaż zarówno systemy osuszające, jak i próżniowe wykorzystują ciepło do podniesienia temperatury, suszarka Maguire ULTRA wykorzystuje zwężkę Venturiego o niskiej energii do wytworzenia wysokiego podciśnienia, tworząc różnicę ciśnień i temperatur, która uwalnia wilgoć z materiału. Ten szybki, nowoczesny i wydajny proces zajmuje ułamek sekundy w porównaniu do osuszaczy adsorpcyjnych. Proces osuszania adsorpcyjnego, który opiera się na suchym powietrzu monitorowanym przez punkt rosy, wymaga stałego przepływu powietrza obiegowego przez duży lej suszący. Ten proces może zająć 4-6 godzin, aby osiągnąć te same wyniki suszenia, które ULTRA może uzyskać w mniej niż 60 minut. Dzięki tej konstrukcji próżniowej nie ma również potrzeby wymiany środka osuszającego co 12-18 miesięcy. Aktywnie monitorując proces próżni i wagę materiału w komorze próżniowej, system wysuszy tylko to, co jest potrzebne. Waga materiału w zbiorniku retencyjnym jest również monitorowana, aby uwolnić nowy materiał tylko wtedy, gdy jest to wymagane przez proces. Dzięki cyfryzacji procesu każda granulka tworzywa sztucznego w systemie suszenia jest aktywnie monitorowana i kontrolowana. Dane można łatwo przeglądać na ekranie dotykowym, a szczegóły dotyczące dokładnego procesu operacyjnego są rejestrowane. Ponadto wszystkie te dane są dostępne do eksportu w celu integracji z dowolnym systemem ERP lub innymi systemami sterowania procesami. Suszarka ULTRA zmniejsza również potencjał globalnego ocieplenia (GWP). W procesie o wydajności 220 funtów/godz. ULTRA oszczędza 54 do 120 kW rocznie — co oznacza oszczędność 38,6 ton CO2 rocznie. Odpowiada to posadzeniu 645 nowych drzew rocznie przez 10 lat. Inteligentne funkcje i sterowanie ULTRA Dryer zapewniają szybsze suszenie tworzywa sztucznego, szybsze uruchamianie i minimalną konserwację.
Suszarka wirówkowa eXso
Innowacyjna konstrukcja suszarki eXso firmy Maag obejmuje nowe funkcje i ulepszenia, które zostały opracowane w celu zwiększenia niezawodności, skrócenia czasu przezbrojenia i poprawy jakości produktu Suszarki wirówkowe są powszechnie stosowane w przemyśle tworzyw sztucznych pierwotnych, compoundingu i recyklingu do usuwania wody chłodzącej z tworzywowych granulek podczas procesu produkcji i przygotowania do pakowania. Na przykład jego trzydrzwiowa obudowa zapewnia lepszy dostęp i widoczność do wnętrza urządzenia. Pozwala to na szybsze i skuteczniejsze czyszczenie oraz zmniejsza ryzyko zanieczyszczenia krzyżowego. Suszarki eXso są odpowiednie dla firm zajmujących się compoundingiem i recyklingiem, gdzie wymagany jest etap suszenia peletu tworzywa sztucznego przed pakowaniem. Maag twierdzi, że suszarki zostały przetestowane i zatwierdzone pod kątem prędkości do 8200 kg/h. eXso została opracowana, aby sprostać zmieniającym się wymaganiom klientów i zapewniają szybsze suszenie, zajmując przy tym o 23% mniej powierzchni podłogi niż poprzednie modele.
Krystalizacja i suszenie w jednym urządzeniu na podczerwień
IRD Kreyenborg to nowa generacja suszarek wykorzystujących promieniowanie IR. Obracający się bęben suszarki pozwala na krystalizację oraz suszenie przemiałów i granulatów tworzyw sztucznych - PET. Dzięki zastosowaniu promieni IR materiał jest natychmiast ogrzewany do temperatury suszenia na wskroś. Umożliwia to skrócenie czasu suszenia do 1 godziny. Zużycie energii potrzebnej na suszenie PET jest redukowane o 30%. Kreyenborg opracował również metodę krystalizacji, suszenia i dekontaminacji przemiałów i regranulatów PET, które mogą być w dalszym etapie zastosowane do produkcji wyrobów mających kontakt z żywnością. Ta procedura umożliwia zawracanie surowca PET i pełne oczyszczenie do stosowania do celów spożywczych. Urządzenia Kreyenborg pozwalają na wydajność suszenia od 20 kg/h do 5 000 kg/h. Możliwe jest również suszenie innych tworzyw sztucznych higroskopijnych, które wymagają suszenia przed procesem przetwórczym.
Suszarki kompresorowe do tworzyw sztucznych CARD
Suszarki Wittmann CARD (Compressed Air Resin Dryer) pozwalają zapewnić wydajność suszenia tworzyw sztucznych w zakresie od 0,16 do 1,100 kg/h. Urządzenia CARD oferowane są ze zbiornikami o pojemności od 1 l do 3500 l. W zależności od preferencji użytkownika i wielkości zbiornika suszącego urządzenia są montowane bezpośrednio na wtryskarce lub ustawiane obok maszyny. Proces suszenia tworzyw sztucznych z wykorzystaniem suszarki kompresorowej można podzielić na 4 etapy. W pierwszym etapie urządzenie zasysa powietrze z otoczenia. Pobrane powietrze jest następnie sprężane do ciśnienia 8 bar. Sprężenie powietrza powoduje wydzielenie znajdującej się w nim wilgoci. W kolejnym etapie sprężone powietrze przepływa przez agregat chłodniczy, co pozwala na wydzielenie z powietrza pozostałej w nim jeszcze wilgoci. Osuszone w ten sposób powietrze jest ponownie ogrzewane do temperatury pokojowej. Uzyskane powietrze suszące posiada punkt rosy -25oC i pozwala na suszenie dowolnego termoplastycznego tworzywa sztucznego. Przygotowane powietrze kierowane jest do zbiornika suszarki. Suszarki kompresorowe CARD zostały przygotowane w kilku rozwiązaniach konstrukcyjnych różniących się wielkością zbiorników suszących i systemem sterowania. Z grupy suszarek CARD szczególnie interesujące mogą być urządzenia CARD G. Suszarki te charakteryzuje wydajność suszenia od 0,16 do 2,0 kg/h, posiadają zbiorniki suszące o pojemności od 1 l do 6 l i są przeznaczone do bezpośredniej zabudowy na małych wtryskarkach. Dzięki niskiej cenie, konstrukcje CARD stanowią alternatywę dla suszarek suchego powietrza. Jednocześnie dla oferowanych suszarek CARD dostępny jest bogaty zestaw wyposażenia opcjonalnego. Pozwala ono nie tylko zapewnić łatwy montaż suszarki, ale także dostosować ją do potrzeb bardziej wymagających klientów.
Suszarki na gorące powietrze serii EH oraz odwilżacze serii XD
Suszarki na gorące powietrze serii EH firmy Moretto zostały specjalnie opracowane do obróbki niehigroskopijnych granulatów termoplastycznych tworzyw sztucznych. Temperatura jest regulowana elektronicznie za pomocą przekaźnika statycznego SSR. Panel VIEWER umożliwia łatwą kontrolę temperatury. Specjalna konfiguracja montażu grupy grzewczej na leju sprawia, że maszyny te są bardzo kompaktowe. Oferowane są w 11 różnych konfiguracjach z lejem zasypowym TS. Seria odwilżaczy XD 20 to innowacyjny system odwilżania tworzyw sztucznych technicznych. Obsługa systemu opiera się na stosunku materiał-temperatura, ale wymaga ustawienia tylko dwóch parametrów, rodzaju materiału i żądanej produkcji godzinowej. Pozostałe elementy obsługiwane są w sposób automatyczny i adaptacyjny do zmiennych warunków produkcyjnych. Odwilżacze wyposażone są w intuicyjny interfejs i nie wymagają podłączania wody chłodzącej i sprężonego powietrza. System ANTISTRESS chroni polimery przed nadmiernym przegrzaniem zapewniając jednocześnie znaczne oszczędności energii. Regeneracja jest kompensowana w taki sposób, aby utrzymywać system na stałym poziomie przepływu powietrza, nawet podczas fazy regeneracji. Wydajność jest zmaksymalizowana poprzez odpowiednie połączenie suszarki X z lejami zasypowymi OTX.
Podsumowanie
Suszarki i odwilżacze są niezastąpione przy przetwórstwie tworzyw sztucznych, eliminują zawartość wilgoci skraplającą się na granulkach lub w nie wnikającą. Pozostawiona wilgoć obniża jakość wypraski, powodując powstawanie smug, a także wpływając negatywnie na właściwości materiału. Wybór odpowiedniego urządzenia do suszenia tworzyw sztucznych jest zależny od stosowanych przy produkcji materiałów. Producenci prześcigają się w ofertach i proponują różnorodne rozwiązania. Oczywiście zarówno suszarki do tworzywa sztucznego, jak i wysokiej klasy osuszacze, odwilżacze muszą spełniać wszystkie najważniejsze normy i wymogi praktyczne, tak aby jak najlepiej wpisywać się w potrzeby i oczekiwania konkretnych przedsiębiorców.
Marta Lenartowicz-Klik
Sieć Badawcza Łukasiewicz – IMPiB Toruń
Literatura:
1. https://www.koch-technik.com/international/en/produktkategorie/category/ drying-plastic-pellets/category/4
2. https://www.dega-plastics.com/en/products/drying
3. https://www.gea.com/pl/products/dryers-particle-processing/spray-dryers/ fsd-spray-dryer.jsp
4. https://labotek.com/solutions/drying/
5. https://www.ptonline.com/products/minimum-energy-maximum-savings-drybetter-with-ultra
7. https://www.ptonline.com/products/centrifugal-dryer-for-underwater-pelletizing
9. https://www.plastech.pl/wiadomosci/Nowe-suszarki-kompresorowe-wofercie-Wittmanna-15023
