Odvlhčovače – zařízení, adsorpce, dehydratace suchým vzduchem, princip činnosti, konstrukce, druhy adsorbentů

Odvlhčovače jsou sušící zařízení, které funguje na základě vlastností vysušeného vzduchu a adsorpčních látek pohlcujících vlhkost. Obsah vlhkosti polymeru v době zpracování je jedním z klíčových parametrů určujících kvalitu hotového výrobku.

Nehygroskopické polymery mají negativní absorpční kapacitu; vlhkost se může hromadit pouze na povrchu granulí. Hygroskopické polymery akumulují vlhkost nejen na povrchu, ale i uvnitř. Molekuly vody s polárním modelem tvoří vodíkové vazby s polárními skupinami polymerů. Čím vyšší je polarita polymeru, tím nižší je hustota a stupeň krystalinity, tím větší jsou hygroskopické vlastnosti. Některé typy polymerů mohou absorbovat až 10 % vlhkosti, zatímco nehygroskopické polymery s negativní polaritou mohou absorbovat méně než 0,5 %. Polystyren má schopnost absorpce vlhkosti maximálně 0,05 %, polypropylen – do 0,1 %, polykarbonát do 0,2 %, polyethylen do 0,1 %, polykaprolaktam do 0,04 %.

Vlhkost obsažená v granulích a na jejich povrchu během procesu ohřevu při zpracování difunduje do taveniny polymeru, což snižuje její tekutost a termoplasticitu a zhoršuje vlastnosti hotového výrobku. Při nadměrné vlhkosti uvnitř granulí jsou mezimolekulární vazby oslabeny, což negativně ovlivňuje pevnost produktu. Na povrchu hotového výrobku se také objevují vady ve formě bublin, loupání a deformace. Pokud je vlhkost suroviny před zpracováním vysoká, zhoršuje se její tekutost. Aby se předešlo popsaným závadám, používá se sušení surovin, jehož jedním z typů je sušení adsorbujícími přísadami.

Konstrukce odvlhčovače

Adsorpční sušička pro polymery se skládá ze systému kanálů pro dopravu proudu suchého vzduchu, sušicí komory a adsorpčního rotoru (nebo dvou). Také adsorpční sušička může obsahovat další jednotky – ohřívače a chladiče.

Ohřívače

Pro zvýšení účinnosti procesu sušení se suchý vzduch ohřívá. Za tímto účelem návrh zahrnuje ohřívače. Je důležité regulovat teplotu ohřevu proudu vzduchu. I přes vyšší účinnost sušení může zahřátí na maximální teplotu vést k tepelné destrukci vysušeného polymeru.

Ohřívače se také používají pro regeneraci adsorbentu. Instalují se na tělo a ohřívají proud regeneračního vzduchu.

Chladiče

Chladiče slouží k regeneraci adsorbentu za studena. Zajišťují udržení nastavené teploty vzduchu na vstupu a výstupu. Když je vzduch v proudu velmi teplý a vlhký, jsou před adsorpční rotor instalovány chladiče. Při ochlazení na rosný bod část vody kondenzuje, což zvyšuje účinnost procesu. Pokud musí být suchý vzduch opouštějící adsorpční rotor chladný, doporučuje se také instalace chladiče.

Sušička polymeru

Sušící zásobník je velký buben, do kterého se shora sypou polymerní suroviny. Buben je vyroben z nerezové oceli s vysokými antikorozními vlastnostmi. K bubnu jsou připojeny vzduchové kanály, které přivádějí suchý vzduch dovnitř a vracejí proud vzduchu nasycený vlhkostí zpět do systému.

Ocelový zásobník je hlavní jednotkou, ve které dochází k přímému sušení plastu. Ve spodní části je vypouštěcí otvor opatřený ventilem pro sběr surovin připravených k výrobě do zásobníku.

Adsorpční rotor

Rotor pro adsorpci vlhkosti ze vzduchu je z 82 % naplněn adsorbentem. Proud vzduchu prochází pomalu rotujícím rotorem a uvolňuje nebo adsorbuje zbytkové molekuly vody.

Vysušený proud vzduchu uvolňuje vlhkost při výstupu z válce a je redistribuován do sušicí nádoby. Regenerační proud také prochází rotorem s adsorbentem, ale odebírá z něj vlhkost a odstraňuje ji ze systému, čímž obnovuje zdroje odvlhčovače. Regenerace nasyceného adsorbentu za účelem obnovení jeho adsorpční kapacity se provádí jeho ohřevem horkým vzduchem. Teplota vzduchu je 100 – 140 0 C. Adsorbent lze navíc zahřát. Teplota ohřevu je pro každý typ adsorpční látky jiná a může dosáhnout 400-600 0 C.

Po regeneraci adsorpční kapacity vysoušedla může být jeho zdroj částečně nebo úplně obnoven. Částečná obnova umožňuje snížit provozní náklady, ale zkrátí dobu do následné regenerace.

Princip činnosti adsorpční sušičky

Polymerní materiál ve formě granulí je do sušicí nádoby přiváděn shora ručně operátorem nebo pomocí mechanizovaného nakladače. Zde dochází k procesu oddělování vlhkosti od polymeru a absorbování uvolněných molekul vody do suchého vzduchu. Usměrněný proud vzduchu přivádí vodu do adsorpční nádrže.

Adsorpční nádrž, kde vzduch uvolňuje vlhkost, obsahuje molekulární síto (nejčastější vysoušedlo) nebo jiný adsorbent. Molekulární síto je vyrobeno z předem aktivovaného oxidu hlinitého. Je důležité použít tuto metodu v těch oblastech, kde se venkovní vzduch neochlazuje pod -40 0 C. V tomto případě se cykly sušení vzduchu a regenerace adsorbentu střídají. Jsou-li nádrže dvě, jedna z nich je v provozní fázi, druhá ve fázi regenerace sušicí přísady.

Vysušený vzduch se vrací do systému a je přesměrován distributorem do topné jednotky. Vysušený vzduch se zahřeje na bezpečnou teplotu (pod teplotou tepelné destrukce polymeru, který se suší), přivádí do sušicí nádoby a znovu prochází vrstvou polymerních granulí a odstraňuje vlhkost. Poté se proces opakuje. Průměrná teplota ohřevu vzduchu je přibližně 150-200 0 C.

Polymer, vysušený do požadovaného stavu, je vyložen ze dna zásobníku. Odtud je vypouštěn do skladovací nádrže nebo přiváděn přes dopravní linku přímo do nakládacího zásobníku výrobního zařízení.

Existují dvě možnosti sušení pomocí adsorbčních přísad:

– Sušení po určitou dobu. Například lze nastavit cyklus sušení na 3 hodiny, po kterém se proces sušení granulovaného polymeru zastaví. Skutečná vlhkost materiálu se nebere v úvahu.

— Sušení s kontrolou vlhkosti vzduchu. V tomto režimu sušení bude sušený vzduch cirkulovat systémem, dokud polymer nedosáhne nastavené hodnoty. Určujícím parametrem je skutečná vlhkost materiálu.

Souběžně nebo následně se sušením polymeru se provádí sušení vzduchem průchodem proudu vzduchu nasyceného vlhkostí přes adsorbent, stejně jako regenerace adsorbentu. Polymer se suší v sušicí komoře, sušení vzduchem a regenerace se provádí v adsorpčním rotoru.

Vlastnosti sušení adsorbujícími přísadami

Provoz tohoto typu sušičky je založen na adsorpci – absorpci látky (vody) z plynného prostředí (vzduchu) povrchovou vrstvou pevné látky (sušicí přísada). Tato metoda umožňuje úplné odstranění zbytkové vlhkosti z hygroskopických polymerů. Pro nehygroskopické materiály se používají jednodušší zařízení, jako je bunkrová sušárna nebo cyklonová kaskáda.

Stručně řečeno, sušení adsorpcí probíhá následovně: vysušený vzduch, procházející polymerní surovinou, z ní absorbuje vlhkost a s proudem ji unáší do nádoby s adsorbentem. Vzduch procházející adsorbujícími přísadami jim dodává vlhkost, načež je znovu přiváděn do nádoby se sušeným polymerem.

Proces cirkulace vzduchu může pokračovat, dokud adsorbující přísada nevyčerpá své zdroje. Odhadovaný zdroj pro každý typ odvlhčovače je jiný. Během jeho regenerace dochází k maximálnímu snížení zdroje v prvním cyklu, po kterém je ztráta zdroje sotva patrná, ale pravidelná s každou regenerací.

Zvláštností tohoto typu sušiček je, že vzduch cirkuluje v uzavřeném systému. Neuvolňuje se do životního prostředí. Okolní vlhkost tedy neovlivňuje proces sušení. Standardní sušičky uvolňují do místnosti značné množství vlhkosti a výsledek sušení přímo závisí na vlhkosti atmosférického vzduchu.

Přes zvýšenou spotřebu energie a značné tepelné ztráty je způsob sušení s adsorbujícími přísadami ekonomický a efektivní. Vzduch je ohříván a přiváděn po částech. Jeho přibližné množství je 20-30 % z celkového objemu vzduchu.

Klasifikace sušicích zařízení

Adsorpční sušičky mají poměrně jednoduchý design a princip fungování. Klasifikace se provádí podle následujících hlavních kritérií:

Metodou regenerace (studená, horká).

Podle počtu adsorpčních rotorů (jeden, dva).

Podle třídy sušení (1-4).

Způsob regenerace

Podle způsobu regenerace adsorbentu jsou sušičky tohoto typu rozděleny do dvou kategorií: s regenerací za studena nebo za tepla. Zásadní rozdíl je v teplotě ohřevu nebo chlazení.

Při regeneraci za studena je adsorbent obnoven při nejnižších možných teplotách, ale bez zamrzání částic vlhkosti. Takové odvlhčovače jsou jednoduché a spolehlivé, a proto velmi oblíbené. Po úplném nasycení adsorbentu se profoukne vysušeným vzduchem, aby se ze systému odstranila vlhkost. Odvod vlhkosti je možný při průtoku vzduchu cca 100 m3/60 sec. V průměru se 15-20 % celkového objemu vzduchu cirkulujícího v systému spotřebuje na obnovu adsorbentu.

Během regenerace za tepla je možné obnovit adsorbent pomocí externího nebo vakuového scénáře. V obou případech je do adsorpční nádrže přiváděn vzduch ve stavu regenerace, kde jsou vytvořeny určité podmínky. Molekuly vlhkosti nasycují vzduch a poté jsou proudem odstraněny ze systému. Pro venkovní ohřev vzduchu se používají externí topné systémy. Tepelná čidla monitorují úroveň ohřevu vzduchu, ale je důležité zajistit, aby byl tlak vyšší než atmosférický. To s sebou nese složitější konstrukci a zvýšené náklady. Regenerace vakua také vyžaduje řízený ohřev vzduchu, ale vytvořený tlak je nižší než atmosférický tlak – vakuum. Regenerace za tepla podle dvou popsaných scénářů je aplikována ve velkém měřítku výroby. Není praktické jej používat pro sušení malých částí adsorbentu.

V sušičkách s ohřevem se nejčastěji používá pevný adsorbent, např. silikagel. Je nasycený kyselinami křemičitými v kombinaci s alkalickými kovy. Místo silikagelu se často používá zeolit.

Třída sušení

Podle tohoto kritéria lze odvlhčovací zařízení rozdělit do čtyř skupin. Odvlhčovací zařízení třídy 4 suší vzduch na rosný bod +3 0 C. Při dalším poklesu teploty dochází ke kondenzaci. Sušicí zařízení třídy 3 pracuje stabilně při teplotě -20 0 C. Sušicí zařízení třídy 2 mohou pracovat při teplotě -40 0 C. Nejúčinnější a nejvýkonnější modely mohou vykazovat dobré výsledky sušení při teplotě -70 0 C.

Počet adsorpčních rotorů

Pokud má konstrukce pouze jeden rotor, procházejí jím dva paralelní proudy vzduchu: regenerační a sušící. Pokud existují dva adsorpční rotory, proces sušení vzduchu a regenerace adsorbentu probíhá v různých nádobách paralelně nebo postupně. Tento design je produktivnější, ale dražší.

Typy sušidel pro polymery

Vysoušedlo je chemický adsorbent, který absorbuje vlhkost ze vzduchu. Sušící systém lze použít k odstranění zbytkové vlhkosti z primárních nebo sekundárních surovin před přímým formováním produktu litím nebo vytlačováním.

Existuje velké množství adsorpčních látek – desikantů. Patří sem jak vysoušeče vzduchu, které odstraňují vlhkost z usměrněného proudu vzduchu (silikagel, zeolit ​​a další), tak sušicí přísady, které se přimíchají do polymeru před výrobou produktů (desikant).

Silikonový gel

Silikagel je běžný typ adsorbentu. Při výrobě silikagelu se používají nasycené kyseliny křemičité ve směsi s alkalickými kovy. Dehydrátor slouží k sušení polymeru s horkou regenerací adsorbentu.

Běžný silikagel prochází chemickou reakcí a při kontaktu s vodou se rychle kazí, takže vyžaduje rychlou výměnu. Je lepší používat značky vysoušedla odolné proti vlhkosti na bázi ze skleněných vláken. Mají optimální poréznost a dobrou životnost.

Zeolit

Zeolit, také známý jako „molekulární síto“, je hlinitokřemičitan vyrobený z vápníku a sodíku. V závislosti na teplotě vzduchu může adsorbent vlhkost absorbovat nebo uvolňovat. To umožňuje za použití teploty zahájit buď adsorpční proces nebo regeneraci adsorbentu.

Zeolit ​​funguje dobře při teplotách od -25 do -40 0 C, ale při velmi nízkých teplotách ztrácí účinnost. Je optimální pro odvlhčování s regenerací za studena.

Molekulární síto je rozděleno do několika kategorií podle velikosti buněk. Stupeň 3A má účinné otevření pórů asi 3 angstromy (0,3 Nm), má vysokou rychlost adsorpce a účinnost sušení. Molekulární síto 4A se vyznačuje efektivním otevřením pórů 4 angstromy (0,4 Nm), které se používá k odstranění oxidu uhličitého, metanolu, čpavku z plynů a kapalin. Zeolit ​​5A má velikost pórů 5 angstromů (0,5 Nm) a používá se k odstraňování oxidu uhličitého, vody a sirovodíku z plynů a kapalin a také k separaci normálních a izoparafinů. Jedná se o nejoblíbenější typy molekulárních sít.

Chlorid vápenatý

Bezvodý chlorid vápenatý je nejlevnějším a nejsnáze dostupným vysoušedlem, ale trvá dlouho, než absorbuje vlhkost. Přes uvedené výhody je nekompatibilní s alkoholy, aminy, fenoly, amidy, aminokyselinami, ketony a některými aldehydy. Chlorid vápenatý vykazuje chemickou aktivitu vůči těmto látkám, a proto není vhodný jako vysoušedlo.

Síran sodný

Bezvodý síran sodný dobře adsorbuje molekuly vody, ale působí poměrně pomalu a neodstraňuje vlhkost úplně. Zároveň je síran sodný široce dostupný a má nízkou cenu. Je srovnatelný s chloridem vápenatým, ale lze jej použít téměř ve všech případech. Nejčastěji se používá pro předběžné odstranění velkých objemů vody.

Vysoušedlo

Vysoušedlo je vysoušecí činidlo pro polymery, které zabraňuje interakci vlhkosti s polymerem ve fázi míchání. Jedná se o samostatný typ odvlhčovače, který se používá k přímému sušení suroviny spíše než k adsorpci vlhkosti ze vzduchu během procesu sušení. Aditivum je zvláště důležité, když má výrobce pochybnosti o kvalitě surovin, stupni vlhkosti a znečištění. Vysoušedlo efektivně pracuje s primárními i sekundárními polymery. Je vhodný pro PA, PVC, ABS, lineární PE, PP.