เลือกเทคโนโลยีการอบแห้งที่เหมาะสม

การอบแห้งวัสดุเป็นสิ่งที่หลีกเลี่ยงไม่ได้สำหรับผู้แปรรูปพลาสติกทุกราย การผลิตผลิตภัณฑ์คุณภาพสูง-ก็เป็นสิ่งสำคัญเช่นกัน การเลือกเทคโนโลยีการอบแห้งที่เหมาะสมจะช่วยประหยัดต้นทุนและลดการใช้พลังงาน และการประเมินเทคโนโลยีการอบแห้งและต้นทุนที่ถูกต้องถือเป็นสิ่งสำคัญในการเลือกเทคโนโลยีที่เหมาะสม

การเพิ่มปริมาณน้ำจะค่อยๆ ลดความหนืดเฉือนของวัสดุลง ในระหว่างการประมวลผล การเปลี่ยนแปลงคุณสมบัติการไหลของของเหลวทำให้เกิดการเปลี่ยนแปลงในคุณภาพผลิตภัณฑ์และพารามิเตอร์การประมวลผลที่หลากหลาย ตัวอย่างเช่น ระยะเวลาการคงตัวนานเกินไปอาจส่งผลให้มีความชื้นตกค้างต่ำ เพิ่มความหนืด ส่งผลให้การเติมแม่พิมพ์ไม่สมบูรณ์และทำให้วัสดุเป็นสีเหลือง นอกจากนี้ การเปลี่ยนแปลงคุณสมบัติบางอย่างไม่สามารถสังเกตได้โดยตรง แต่สามารถตรวจพบได้โดยการทดสอบวัสดุที่เกี่ยวข้องเท่านั้น เช่น การเปลี่ยนแปลงคุณสมบัติทางกลและความแข็งแรงของไดอิเล็กทริก

เมื่อเลือกกระบวนการทำให้แห้ง การระบุคุณสมบัติในการทำให้แห้งของวัสดุเป็นสิ่งสำคัญยิ่ง วัสดุสามารถแบ่งประเภทได้เป็นแบบดูดความชื้นหรือไม่-ดูดความชื้น วัสดุดูดความชื้นดูดซับความชื้นจากสภาพแวดล้อมโดยรอบ ในขณะที่วัสดุที่ไม่ดูดความชื้น-ดูดซับความชื้นไม่ได้ สำหรับวัสดุที่ไม่ดูดความชื้น- ความชื้นใดๆ ที่มีอยู่ในสิ่งแวดล้อมจะยังคงอยู่บนพื้นผิว และกลายเป็น "ความชื้นบนพื้นผิว" ซึ่งสามารถกำจัดออกได้ง่าย อย่างไรก็ตาม เม็ดที่ทำจากวัสดุที่ไม่ดูดความชื้น-สามารถดูดความชื้นได้เนื่องจากสารเติมแต่งหรือสารตัวเติม

นอกจากนี้ การคำนวณการใช้พลังงานสำหรับกระบวนการทำให้แห้งอาจแตกต่างกันไป ขึ้นอยู่กับความซับซ้อนของการประมวลผลและปัจจัยอื่นๆ ดังนั้นตัวเลขที่นำเสนอนี้จึงมีไว้เพื่อใช้อ้างอิงเท่านั้น

การอบแห้งแบบพาความร้อน

สำหรับวัสดุที่ไม่ดูดความชื้น- สามารถใช้เครื่องเป่าลมร้อนได้ ความชื้นจะถูกผูกไว้อย่างหลวมๆ ด้วยแรงตึงที่ผิวระหว่างวัสดุกับน้ำ ทำให้ง่ายต่อการขจัดออก เครื่องจักรเหล่านี้ทำงานโดยใช้พัดลมเพื่อดึงอากาศโดยรอบและให้ความร้อนจนถึงอุณหภูมิที่จำเป็นสำหรับการอบแห้งวัสดุเฉพาะ ลมร้อนจะไหลผ่านถังอบแห้งและให้ความร้อนแก่วัสดุผ่านการพาความร้อนเพื่อขจัดความชื้น

การอบแห้งวัสดุดูดความชื้นโดยทั่วไปเกี่ยวข้องกับสามขั้นตอน: ขั้นตอนแรกจะระเหยความชื้นที่พื้นผิวของวัสดุ; ขั้นตอนที่สองเน้นการระเหยที่ด้านในของวัสดุ โดยที่อัตราการอบแห้งจะลดลงอย่างช้าๆ ในขณะที่อุณหภูมิของวัสดุเริ่มสูงขึ้น ในขั้นตอนสุดท้าย วัสดุจะเข้าสู่สภาวะสมดุลในการดูดความชื้นกับก๊าซที่ทำให้แห้ง ในขั้นตอนนี้ ความแตกต่างของอุณหภูมิระหว่างภายในและภายนอกจะลดลง ในตอนท้ายของขั้นตอนที่สาม ถ้าวัสดุแห้งไม่ปล่อยความชื้นอีกต่อไป ไม่ได้หมายความว่าไม่มีความชื้น- แต่เพียงบ่งชี้ว่ามีการสร้างสมดุลระหว่างอนุภาคและสภาพแวดล้อมโดยรอบ

ในเทคโนโลยีการอบแห้ง อุณหภูมิจุดน้ำค้างของอากาศเป็นตัวแปรที่สำคัญ อุณหภูมิจุดน้ำค้างคืออุณหภูมิที่ความชื้นสัมพัทธ์ถึง 100% โดยที่ยังคงรักษาความชื้นในอากาศชื้นให้คงที่ หมายถึงอุณหภูมิที่อากาศถึงจุดควบแน่น โดยทั่วไป ยิ่งจุดน้ำค้างของอากาศที่ใช้ในการอบแห้งต่ำลง ปริมาณความชื้นที่ตกค้างก็จะยิ่งต่ำลง และอัตราการอบแห้งก็จะช้าลงด้วย

ในปัจจุบัน วิธีการทั่วไปในการผลิตอากาศแห้งคือการใช้เครื่องกำเนิดก๊าซแห้ง อุปกรณ์นี้มีศูนย์กลางอยู่ที่เครื่องทำแห้งแบบดูดซับที่ประกอบด้วยตะแกรงโมเลกุล 2 ชิ้น โดยที่ความชื้นในอากาศจะถูกดูดซับไว้ ในสถานะการทำให้แห้ง อากาศจะไหลผ่านตะแกรงโมเลกุล ซึ่งจะดูดซับความชื้นจากก๊าซ ทำให้เกิดก๊าซลดความชื้นสำหรับการทำให้แห้ง ในสถานะการฟื้นฟู ตะแกรงโมเลกุลจะถูกให้ความร้อนจนถึงอุณหภูมิการฟื้นฟูด้วยอากาศร้อน ก๊าซที่ไหลผ่านตะแกรงโมเลกุลจะรวบรวมความชื้นที่ถูกกำจัดออกและนำเข้าสู่สภาพแวดล้อมโดยรอบ อีกวิธีหนึ่งในการสร้างก๊าซแห้งคือการลดแรงดันของก๊าซอัด ข้อดีของวิธีนี้คือก๊าซอัดในเครือข่ายจ่ายมีจุดน้ำค้างแรงดันต่ำ หลังจากความดันลดลง จุดน้ำค้างจะอยู่ที่ประมาณ 0 องศา หากต้องการจุดน้ำค้างที่ต่ำกว่าเดิม สามารถใช้เครื่องอบแห้งแบบเมมเบรนหรือแบบดูดซับเพื่อลดจุดน้ำค้างของอากาศเพิ่มเติม ก่อนที่ความดันอากาศอัดจะลดลง

ในการอบแห้งด้วยอากาศแบบลดความชื้น ต้องคำนวณพลังงานที่จำเป็นในการผลิตก๊าซแห้งแยกกัน ในการอบแห้งแบบดูดซับ ตะแกรงโมเลกุลที่สร้างใหม่จะต้องได้รับความร้อนจากอุณหภูมิในสภาวะแห้ง (ประมาณ 60 องศา) จนถึงอุณหภูมิการงอกใหม่ (ประมาณ 200 องศา) โดยทั่วไปจะทำโดยการให้ความร้อนแก๊สอย่างต่อเนื่องจนถึงอุณหภูมิการงอกใหม่ผ่านตะแกรงโมเลกุลจนกระทั่งถึงอุณหภูมิที่กำหนดเมื่อออกจากตะแกรง ตามทฤษฎีแล้ว พลังงานที่จำเป็นสำหรับการฟื้นฟูประกอบด้วยพลังงานที่จำเป็นในการให้ความร้อนแก่ตะแกรงโมเลกุลและน้ำที่ถูกดูดซับไว้ภายในนั้น พลังงานที่จำเป็นในการเอาชนะการยึดเกาะของตะแกรงโมเลกุลกับน้ำ และพลังงานที่จำเป็นในการระเหยความชื้นและเพิ่มอุณหภูมิของไอน้ำ

โดยทั่วไป จุดน้ำค้างที่ได้จากการดูดซับจะสัมพันธ์กับอุณหภูมิและความสามารถในการรองรับความชื้นของตะแกรงโมเลกุล โดยทั่วไป จุดน้ำค้าง 30 องศาหรือน้อยกว่าจะทำให้ตะแกรงโมเลกุลมีความสามารถในการรองรับความชื้น 10% ความต้องการพลังงานตามทฤษฎีสำหรับการผลิตก๊าซแห้ง ซึ่งคำนวณจากแหล่งพลังงานคือ 0.004 kWh/m³ อย่างไรก็ตาม ในทางปฏิบัติ ค่านี้จะต้องสูงกว่าเล็กน้อยเนื่องจากการคำนวณไม่ได้คำนึงถึงการสูญเสียพัดลมหรือความร้อน จากการเปรียบเทียบ สามารถกำหนดการใช้พลังงานจำเพาะของเครื่องกำเนิดก๊าซแห้งประเภทต่างๆ ได้ โดยทั่วไป การใช้พลังงานสำหรับการทำแห้งด้วยแก๊สแบบลดความชื้นจะอยู่ระหว่าง 0.04 kWh/kg และ 0.12 kWh/kg ขึ้นอยู่กับวัสดุและปริมาณความชื้นเริ่มต้น ในการใช้งานจริงอาจมีค่าถึง 0.25 kWh/kg หรือสูงกว่า

พลังงานที่ต้องใช้ในการทำให้เม็ดแห้งประกอบด้วยสองส่วน ได้แก่ พลังงานที่ต้องใช้ในการทำความร้อนวัสดุตั้งแต่อุณหภูมิห้องไปจนถึงอุณหภูมิในการทำให้แห้ง และพลังงานที่ต้องใช้ในการระเหยความชื้น โดยทั่วไปปริมาตรก๊าซที่ต้องการจะพิจารณาจากอุณหภูมิของก๊าซอบแห้งที่เข้าหรือออกจากถังอบแห้ง การถ่ายโอนความร้อนจากอากาศแห้งที่อุณหภูมิหนึ่งไปยังเม็ดผ่านการพาความร้อนก็เป็นกระบวนการอบแห้งแบบพาความร้อนเช่นกัน

ในการผลิตจริง บางครั้งการใช้พลังงานจริงอาจสูงกว่าค่าทางทฤษฎีมาก ตัวอย่างเช่น วัสดุอาจอยู่ในถังอบแห้งนานเกินไป ส่งผลให้มีการใช้ก๊าซจำนวนมากขึ้นเพื่อให้กระบวนการอบแห้งเสร็จสมบูรณ์ หรือความสามารถในการดูดซับของตะแกรงโมเลกุลอาจใช้ไม่เต็มที่ วิธีที่เป็นไปได้ในการลดความต้องการใช้ก๊าซอบแห้งและลดต้นทุนด้านพลังงานคือการใช้ถังอบแห้งสอง-ขั้นตอน ในอุปกรณ์ประเภทนี้ วัสดุในส่วนบนของถังอบแห้งจะได้รับความร้อนเท่านั้นแต่ไม่ทำให้แห้ง ดังนั้นจึงสามารถให้ความร้อนได้โดยใช้อากาศโดยรอบหรือก๊าซไอเสียจากกระบวนการทำให้แห้ง เมื่อใช้วิธีนี้ มักจะต้องจ่ายก๊าซสำหรับทำแห้งเพียง 1/4 ถึง 1/3 ของปริมาณปกติไปยังถังทำแห้ง ซึ่งจะช่วยลดต้นทุนด้านพลังงาน อีกวิธีหนึ่งในการปรับปรุงประสิทธิภาพการอบแห้งของก๊าซลดความชื้นคือการใช้เทอร์โมคัปเปิ้ลและการสร้าง{10}จุดน้ำค้างที่ควบคุมใหม่ ในขณะที่บริษัท Motan ในเยอรมนีใช้ก๊าซธรรมชาติเป็นเชื้อเพลิงเพื่อลดต้นทุนด้านพลังงาน

การอบแห้งแบบสุญญากาศ

ปัจจุบัน การทำแห้งแบบสุญญากาศได้เข้าสู่กระบวนการแปรรูปพลาสติกแล้ว ตัวอย่างเช่น อุปกรณ์การทำให้แห้งแบบสุญญากาศที่พัฒนาโดยบริษัท Maguire ในอเมริกา ได้ถูกนำมาใช้กับการแปรรูปพลาสติก เครื่องจักรทำงานต่อเนื่องนี้ประกอบด้วยห้องสามห้องที่ติดตั้งอยู่บนสายพานลำเลียงแบบหมุน ในห้องแรก หลังจากที่เติมแกรนูลแล้ว ก๊าซที่ให้ความร้อนจนถึงอุณหภูมิการทำให้แห้งจะถูกนำไปใช้เพื่อให้ความร้อนแก่แกรนูล ที่ทางออกแก๊ส เมื่อวัสดุถึงอุณหภูมิการทำให้แห้ง วัสดุจะถูกย้ายไปยังห้องที่สองซึ่งจะถูกอพยพออกไป เนื่องจากสุญญากาศจะลดจุดเดือดของน้ำ ความชื้นจึงระเหยได้ง่ายกว่าเหมือนไอน้ำ จึงเร่งกระบวนการกระจายความชื้น สุญญากาศยังสร้างความแตกต่างของแรงดันที่มากขึ้นระหว่างด้านในของแกรนูลและอากาศโดยรอบ โดยทั่วไป วัสดุจะอยู่ในห้องที่สองเป็นเวลา 20-40 นาที แต่สำหรับวัสดุดูดความชื้นสูงบางชนิด อาจต้องใช้เวลาถึง 60 นาที ในที่สุด วัสดุจะถูกถ่ายโอนไปยังห้องที่สามและนำออกจากเครื่องอบผ้า

ในการอบแห้งด้วยแก๊สและการทำให้แห้งแบบสุญญากาศ พลังงานที่ใช้ในการทำความร้อนพลาสติกจะเท่ากัน เนื่องจากทั้งสองวิธีดำเนินการที่อุณหภูมิเดียวกัน อย่างไรก็ตาม ในการอบแห้งแบบสุญญากาศ การอบแห้งด้วยแก๊สนั้นไม่ได้ใช้พลังงาน แต่จำเป็นต้องใช้พลังงานเพื่อสร้างสุญญากาศ การใช้พลังงานที่จำเป็นในการสร้างสุญญากาศขึ้นอยู่กับปริมาณของวัสดุที่ถูกทำให้แห้งและปริมาณความชื้น

การอบแห้งด้วยอินฟราเรด

อีกวิธีในการทำให้เม็ดแห้งคือการทำให้แห้งด้วยอินฟราเรด ในการทำความร้อนแบบพาความร้อน ค่าการนำความร้อนระหว่างก๊าซและแกรนูล ระหว่างแกรนูลเอง และภายในแกรนูลมีค่าต่ำมาก ดังนั้นจึงจำกัดการถ่ายเทความร้อนอย่างมาก การอบแห้งด้วยอินฟราเรด เนื่องจากโมเลกุลถูกฉายรังสีด้วยแสงอินฟราเรด พลังงานที่ดูดซับจะถูกแปลงโดยตรงเป็นการสั่นสะเทือนเนื่องจากความร้อน ซึ่งหมายความว่าวัสดุจะร้อนเร็วกว่าการอบแห้งแบบพาความร้อน เมื่อเปรียบเทียบกับการให้ความร้อนแบบพาความร้อน การทำแห้งด้วยอินฟราเรดยังเกี่ยวข้องกับการไล่ระดับอุณหภูมิแบบย้อนกลับ นอกเหนือจากความแตกต่างของแรงดันเฉพาะระหว่างอากาศโดยรอบและความชื้นในอนุภาค โดยทั่วไป ยิ่งอุณหภูมิที่แตกต่างกันระหว่างแก๊สอบแห้งและอนุภาคที่ให้ความร้อนมากเท่าไร กระบวนการทำให้แห้งก็จะยิ่งเร็วขึ้นเท่านั้น โดยทั่วไปเวลาในการอบแห้งด้วยอินฟราเรดคือ 5 ถึง 15 นาที ปัจจุบัน กระบวนการอบแห้งด้วยอินฟราเรดได้รับการออกแบบให้เป็นระบบท่อหมุน โดยที่อนุภาคจะถูกขนส่งและหมุนเวียนไปตามท่อเกลียวโดยมีเครื่องทำความร้อนอินฟราเรดหลายตัวในส่วนกลาง ในการอบแห้งด้วยอินฟราเรด สามารถเลือกกำลังของอุปกรณ์ได้ตามมาตรฐาน 0.035 kWh/kg ถึง 0.105 kWh/kg

ตามที่กล่าวไว้ข้างต้น ปริมาณความชื้นที่แตกต่างกันในวัสดุจะทำให้เกิดความแตกต่างในพารามิเตอร์กระบวนการ โดยทั่วไป ความแตกต่างของปริมาณความชื้นตกค้างอาจเนื่องมาจากอัตราการไหลของวัสดุที่แตกต่างกัน ดังนั้นการหยุดชะงักของกระบวนการทำให้แห้งหรือการสตาร์ทเครื่องและปิดเครื่องจะทำให้เกิดความแตกต่างในเรื่องระยะเวลาพักเครื่อง ด้วยอัตราการไหลของก๊าซคงที่ ความแปรผันของอัตราการไหลของวัสดุโดยทั่วไปจะปรากฏเป็นการเปลี่ยนแปลงของโปรไฟล์อุณหภูมิและอุณหภูมิไอเสีย ผู้ผลิตเครื่องอบผ้าจะวัดความแปรผันเหล่านี้โดยใช้วิธีการต่างๆ และจับคู่อัตราการไหลของก๊าซในการทำให้แห้งกับปริมาณของวัสดุที่กำลังทำให้แห้ง ดังนั้นจึงเป็นการปรับโปรไฟล์อุณหภูมิของถังอบแห้งเพื่อให้แน่ใจว่าเม็ดมีเวลาคงตัวที่อุณหภูมิการอบแห้ง

นอกจากนี้ ปริมาณความชื้นเริ่มต้นที่แตกต่างกันในวัสดุสามารถนำไปสู่ความไม่แน่นอนของปริมาณความชื้นที่ตกค้างได้ เนื่องจากระยะเวลาการคงตัวได้รับการแก้ไข การเปลี่ยนแปลงที่สำคัญในปริมาณความชื้นเริ่มต้นย่อมส่งผลให้เกิดการเปลี่ยนแปลงปริมาณความชื้นตกค้างที่มีนัยสำคัญเช่นเดียวกันอย่างหลีกเลี่ยงไม่ได้ เพื่อให้ได้ปริมาณความชื้นตกค้างที่เสถียร จำเป็นต้องวัดปริมาณความชื้นเริ่มต้นและความชื้นตกค้าง อย่างไรก็ตาม เนื่องจากมีปริมาณความชื้นตกค้างต่ำ การวัดแบบออนไลน์จึงเป็นเรื่องยาก และการที่วัสดุอยู่ในระบบอบแห้งเป็นเวลานานอาจทำให้เกิดปัญหาในการควบคุมได้ หากใช้ปริมาณความชื้นตกค้างเป็นสัญญาณเอาท์พุต ดังนั้น ผู้ผลิตเครื่องอบผ้าจึงได้พัฒนาแนวคิดการควบคุมใหม่เพื่อให้ได้ปริมาณความชื้นตกค้างที่เสถียร แนวคิดการควบคุมนี้มีจุดมุ่งหมายเพื่อรักษาปริมาณความชื้นตกค้างให้คงที่โดยใช้พารามิเตอร์กระบวนการ เช่น ปริมาณความชื้นเริ่มต้นของพลาสติก จุดน้ำค้างของก๊าซขาเข้าและขาออก อัตราการไหลของก๊าซ และอัตราการไหลของเม็ดเล็กเป็นตัวแปรอินพุต ช่วยให้ระบบอบแห้งสามารถปรับได้ทันทีตามตัวแปรเหล่านี้เพื่อรักษาปริมาณความชื้นที่ตกค้างให้คงที่

การอบแห้งด้วยอินฟราเรดและการอบแห้งแบบสุญญากาศเป็นเทคโนโลยีใหม่ในการแปรรูปพลาสติก การใช้งานจะช่วยลดระยะเวลาการกักเก็บวัสดุและลดการใช้พลังงานลงอย่างมาก อย่างไรก็ตาม กระบวนการทำให้แห้งที่เป็นนวัตกรรมใหม่เหล่านี้มีราคาค่อนข้างแพงเช่นกัน ดังนั้นในช่วงไม่กี่ปีที่ผ่านมา จึงมีความพยายามปรับปรุงประสิทธิภาพของการอบแห้งด้วยแก๊สแบบลดความชื้นแบบดั้งเดิม ดังนั้น เมื่อตัดสินใจลงทุน ควรมีการประเมินต้นทุนอย่างละเอียด โดยพิจารณาไม่เพียงแต่ต้นทุนในการจัดซื้อเท่านั้น แต่ยังรวมถึงท่อ พลังงาน พื้นที่ และการบำรุงรักษา เพื่อเพิ่มผลตอบแทนจากการลงทุนให้สูงสุด