Типы сушилок для ПВД и оптимальные параметры сушки полимера

Содержание

• Введение
• Почему необходима сушка ПВД
• Допустимые нормы влажности для ПВД
• Влияние влажности на переработку
• Методы определения уровня влажности
• Рекомендации по контролю влажности в сырье ПВД
• Основные типы сушилок
• Ключевые параметры выбора оборудования
• Средняя стоимость сушилок разных типов для ПВД в России

Введение

Производство полиэтилена высокого давления, как первичного, так и вторичного, связано с применением различных технических жидкостей на разных этапах. Это может быть вода или растворители.

Влага может находиться на поверхности сырья или внутри гранул. Способность впитывать влагу на молекулярном уровне называется гигроскопичностью полимера. Негигроскопичные материалы способны накапливать молекулы воды только на поверхности. Вся жидкость, которая остается в сырье, называется остаточной влажностью и измеряется в %.

Почему необходима сушка ПВД

Сушка – это процесс снижения уровня остаточной влажности в массе сырья, включая и внутримолекулярную и поверхностную влагу. Непросушенный полимер может стать причиной брака в готовых изделиях или грануляте, если речь идет о рециклинге вторичных изделий. Самые важные характеристики, на которые влияет остаточная влажность:

• снижение прочности и быстрое старение полимера;
• ухудшение диэлектрических свойств и теплостойкости;
• повышение пористости;
• видимые дефекты на поверхности материала в виде трещин, раковин или деформаций;
• снижение устойчивости материала к химическим веществам;
• неравномерная усадка.

Каждый тип полимера характеризуется своими параметрами остаточной влажности. Максимальная остаточная влажность гранулята ПВД должна находиться в пределах 0,2%. Достичь эталонного уровня влажности можно при помощи досушки при температурах, которые не запускают прочие процессы изменения материала. Основное оборудование, используемое для сушки или досушки – сушилки различных модификаций.

Допустимые нормы влажности для ПВД

Существует несколько ключевых параметров влажности, которые следует учитывать при производстве изделий из ПВД:

• Эталонный уровень влажности ПВД не должен превышать 0,1-0,3%.
• Допустимый уровень влажности ПВД находится в пределах 0,5-1,0%.

Важно выдерживать рекомендованные значения. Остаточная влажность более 0,3% может привести к ухудшению свойств конечного продукта.

Влияние влажности на переработку

Высокая влажность отражается и на самом техпроцессе, и на результате. Чаще она является причиной появления паров воды во время экструзии. Это, в свою очередь, вызывает пузырьки в готовом изделии, снижение механических свойств и увеличение брака в партии.

Нежелательно присутствие влаги в массе сырья и при вторичной переработке ПВД. Экструдированные из влажного сырья гранулы могут иметь низкую однородность и цвет, ухудшается устойчивость материала к старению.

Методы определения уровня влажности

Существует несколько методов, позволяющих определить уровень влажности в массе ПВД:

• Гравиметрический метод. Он подразумевает взвешивание образца, затем его нагрев до температуры, позволяющей испариться воде и повторное взвешивание. Разница в массе показывает содержание влаги.
• Использование влагомеров. Устройства быстро определяют влажность различных материалов, в том числе ПВД. Они позволяют легко контролировать уровень влаги в процессе хранения и переработки.

Рекомендации по контролю влажности в сырье ПВД

Не только достижение эталонной влажности имеет значение, но и поддержание ее на рекомендованном уровне. С этой целью необходимо организовать правильное хранение, периодическую проверку и досушку сырья.

Хранение

Хранение ПВД должно осуществляться в сухих и прохладных помещениях с контролируемым уровнем влажности и температуры. Использование герметичных контейнеров или мешков предотвратит поглощение влаги из внешней среды в процессе хранения.

Периодическая проверка

При продолжительном хранении сырья на складе следует проводить периодический контроль. Для этого используются описанные выше методы: гравиметрический или с использованием влагомера.

Сушка перед переработкой

Перед переработкой ПВД необходимо выполнить досушку в том случае, если остаточная влажность в нем более 0,1-0,3%. Для досушки используется то же сушильное оборудование, что и для сушки. Но параметры процесса будут отличаться. При правильном и непродолжительном хранении возможно использование сырья без досушки.

Основные типы сушилок

В зависимости от типа полимера и его гигроскопичных свойств используются различные методы сушки. Для негигроскопичных материалов достаточно выполнить обдув горячим воздухом, чтобы удалить молекулы воды с поверхности. Гигроскопичные полимеры сушат иначе. Рассмотрим основные типы сушилок для ПВД, их характеристики, преимущества и недостатки.

Вакуумные сушилки

Вакуумные сушилки работают за счет создания низкого давления внутри камеры, что позволяет воде испаряться при менее высоких температурах, если сравнивать с другими осушающими устройствами. При правильном выборе параметров давления и времени процесс вакуумной сушки позволяет минимизировать риск термической деструкции, деформацию под действием температуры и изменения механических свойств в процессе обезвоживания полимера.

Принцип работы вакуумной сушилки:

• Создание вакуума. В камере сушилки снижается давление до 400 мбар. Это позволяет воде испаряться при температуре 60–80°C, что значительно ниже, чем при атмосферном давлении (100–120°C).
• Испарение влаги. При снижении давления температура кипения воды понижается, что делает процесс сушки более мягким и безопасным для термочувствительных полимеров.

Параметры сушки ПВД:

В вакуумной сушилке может производиться и сушка, и досушка полимера. Параметры процесса следующие:

• Температура: основной режим сушки 60–80°C, досушка 80–100°C (в зависимости от типа ПВД и требований к влажности). Температура не должна превышать порог, при котором происходит термическая деструкция ПВД (выше 120°C).
• Время сушки: сушка длится 6–12 часов (в зависимости от начальной влажности и объёма материала), досушка 2–4 ч.
• Скорость циркуляции осушенного воздуха: рекомендуется установить в диапазоне 1–3 м/с, чтобы избежать перегрева и обеспечить его равномерное распределение.
• Влажность окружающей среды: влажность в камере сушилки должна быть ниже 10–15%.

Преимущества вакуумной сушки для ПВД:

• Экономия энергии.
• Снижение риска термодеструкции.
• Повышение стабильности.

Недостатки вакуумной сушки для ПВД:

• Высокая стоимость оборудования.
• Сложность контроля рабочих параметров.
• Временные затраты.

Вакуумную сушилку чаще используют именно для термочувствительных полимеров независимо от гигроскопичности. Для более качественной сушки необходимо регулярно проводить обслуживание и очищать систему подачи воздуха от загрязнений.

Конвекционные шкафы

Конвекционные шкафы используют циркулирующий нагретый воздух для удаления влаги из слоя полимерного материала. Они подают воздушный поток через слой ПВД, обеспечивая конвективный теплообмен. Обычно такие сушилки работают при температуре 60-80°C. Чаще всего они применяются для сушки ПВД, когда требования к качеству не столь критичны, например, для вторичного гранулята.

Принцип работы конвекционной сушилки:

• Нагревание воздуха. Воздух, поступающий в камеру, нагревается до оптимальной температуры (обычно 80–120°C), чтобы ускорить испарение влаги.
• Циркуляция воздуха. Нагретый воздух циркулирует внутри камеры с помощью вентилятора, создавая конвективный поток. Это позволяет равномерно распределять тепло и ускорять испарение влаги со всех сторон материала.
• Испарение и отвод влаги. Влага, выделяемая из ПВД, сдувается вентилятором или улавливается системой конденсации.

В некоторых моделях используется фильтрация воздуха для удаления пыли и влаги.

Параметры сушки ПВД в конвекционной сушилке:

Для эффективного удаления влаги из ПВД необходимо соблюдать следующие параметры:

• Температура: основная сушка протекает при 80–100°C, досушка при 100–120°C.
• Время: основная сушка длится 8–12 часов, досушка 2-4 ч. Время зависит от начальной влажности и объёма материала.
• Скорость воздушного потока: 1–3 м/с.
• Давление: 101.3 кПа.
• Влажность окружающей среды: основная сушка <10–15%, досушка <5%.

Преимущества конвекционной сушилки:

• Экономичность.
• Простота конструкции.
• Простота управления (параметры легко регулируются).
• Эффективность для крупногабаритных заготовок (конвекция обеспечивает равномерное распределение тепла).

Недостатки конвекционной сушилки:

• Возникает риск термодеструкции при незначительном повышении температуры нагрева воздуха.
• Повышенная влажность окружающей среды снижает эффективность сушки.
• Ограниченная толщина слоя полимера минимизирует количество одновременно просушиваемого сырья.
• Необходимость регулярного очищения системы подачи воздуха усложняет техническое обслуживание устройства.

Конвекционная сушилка — это практичный и экономичный способ удаления влаги из ПВД. Однако её эффективность напрямую зависит от точного контроля температуры, времени и скорости циркуляции воздушного потока.

Сушилки с абсорбирующим агентом

Сушилка с абсорбирующим агентом — это оборудование, в котором влага из ПВД поглощается находящимся в камере или в отдельной системе абсорбентом. Этот метод подходит для термочувствительных материалов. По эффективности сушка с абсорбентом схожа с сушкой в вакууме, но принцип удаления влаги иной.

Принцип работы:

• Нагрев материала. ПВД помещается в камеру, где температура повышается до заданного уровня (обычно 40–80°C). Нагрев стимулирует испарение влаги из материала, но при этом не допускается термодеструкция.
• Насыщение абсорбента. Абсорбирующий агент (например, силикагель, гигроскопические порошки или специальные гели) поглощает влагу, выделяемую из ПВД.

Абсорбент активно участвует в процессе, поглощая влагу из воздуха и материала и аккумулируя ее. Для эффективной работы устройства требуется регулярная замена абсорбента.

Параметры сушки и досушки ПВД в сушилке с абсорбирующим агентом:

• Температура: основная сушка протекает при 40–80°C, досушка при 60–70°C.
• Влажность в камере: основная сушка требует <5%, досушка <3%.
• Время: основная сушка длится 4-12 ч, досушка 1-3 ч.
• Количество абсорбирующего агента: основная сушка требует 5–10% от массы, досушка 10–15% от массы материала. Зависит от начальной влажности и толщины слоя материала.
• Скорость циркуляции воздуха: 1–2 м/с.

Роль абсорбирующего агента в процессе сушки

Абсорбент (например, силикагель) активно участвует в двух процессах:

• Поглощение влаги из воздуха. Абсорбент улавливает влагу, которая выделяется из ПВД.
• Поглощение влаги из материала. Абсорбент взаимодействует с ПВД, удаляя остаточную влагу из массы полимерного сырья.

Используются различные типы абсорбентов. Из них наибольшее распространение получил силикагель. Также востребованы абсорбирующие порошки, но они менее эффективны. Третий вид абсорбента – гели. Они применяются для дополнительного поглощения в условиях низкого давления (вакуума).

Преимущества сушилки с абсорбирующим агентом:

• Минимальная зависимость от перепадов температуры.
• Экономичность, снижение энергозатрат, низкая стоимость обслуживания.
• Универсальность, возможность работы с любыми материалами.

Недостатки сушилки с абсорбирующим агентом:

• Необходимость регулярной замены абсорбента.
• Загрязнение материала абсорбентом, если его своевременно не удалять из системы.

Для разных типов материалов применяются отличающиеся абсорбенты (гель для листов, силикагель для сыпучих материалов). Абсорбент ускоряет процесс, предотвращает дефекты и сохраняет структуру сырья. Но в некоторых случаях возникает необходимость использовать абсорбент в вакууме.

Ключевые параметры выбора оборудования

При выборе сушилки для ПВД необходимо учитывать несколько ключевых параметров:

• Производительность. Важно, чтобы производительность сушилки соответствовала объему перерабатываемого ПВД. Например, для средней линии переработки требуется производительность от 200 до 500 кг/ч. Неправильный расчет производительности может привести к задержкам в производстве или скоплению необработанного материала.
• Температура сушки. Для ПВД она составляет 60-80°C. Слишком высокая температура может привести к термическому разрушению и ухудшению качества полимера.
• Тип сушки. Важно выбрать метод сушки, который обеспечивает удаление влаги без разрушения полимера.
• Уровень автоматизации. Автоматические системы контроля помогают регулировать температурные параметры, уровень влажности и время сушки, что обеспечивает стабильное качество конечного продукта.
• Размер и габариты. Компактные модели подходят для помещений с ограниченным пространством. В комплексных линиях переработки используют стандартное оборудование, которое легко заменить аналогичным модулем в случае неисправности.

Также стоит предусмотреть последующие расходы. Первоначальная стоимость оборудования — не единственные финансовые вложения. Необходимо учесть последующее техническое обслуживание, наличие запасных частей в свободном доступе и прогнозируемый срок эксплуатации оборудования.

Средняя стоимость сушилок разных типов для ПВД в России

При выборе сушилок для полиэтилена низкой плотности важно понимать, что их стоимость может варьироваться в зависимости от бренда, производительности, конструкции, степени автоматизации и других факторов. Влияние оказывает и экономическая обстановка в мире. Ниже представлены средние цены на разные типы сушилок, доступные на российском рынке:

• Вакуумные сушилки — от 500 000 до 2 500 000 рублей.
• Конвекционные сушилки — от 150 000 до 1 500 000 рублей.
• Сушилки с абсорбентом — от 400 000 до 1 800 000 рублей.

Указанная стоимость актуальна на момент написания статьи. Новое оборудование всегда стоит дороже бывших в употреблении моделей. Актуальные модели сушилок можно найти на сайте. Учитывая значительные различия в стоимости, вариантах и спецификациях, важно тщательно анализировать доступные предложения и делать выбор на основе потребностей вашего производства.