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怎样比较干燥机:没有简单答案的复杂挑战
newmaker    来源:PT现代塑料
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如何将树脂中的水分蒸发出去是塑料加工商每天必须要面对的问题。除此之外,选择何种干燥机进行干燥又成为他们面临的另一个问题。目前,至少有6种以上的干燥技术可供加工商选择,更不用说数十家设备供应商了。就现有的干燥设备而言,有传统的除湿床和热风干燥机,还有除湿轮式干燥机、压缩空气干燥机、带除湿膜的压缩空气干燥机(简称“膜式干燥机”)、真空干燥机和红外干燥机(仅用于干燥PET)。

对于干燥机客户而言,他们往往更倾向于听取行业内一些专家的建议,以及将他们从各种渠道获得的数据进行分析对比,来判断哪种干燥机的干燥速度更快、效果更好且更具成本效益。过去,人们也做过一些定量研究,但研究数据很少或几乎没有向公众公开,从而留给人们很大的空间来讨论各种干燥技术的相对效率,以及这种无显著特征的比较结果是否有效等议题。

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Novatec公司在其新建的干燥试验室中用4种干燥技术对两种树脂进行了测试

“树脂干燥已经困惑人们20多年了。” Conair公司的干燥专家和PET/PLA干燥系统经理Pete Stoughton先生说,“干燥机理非常简单,但实际操作相当复杂。随着材料和应用的不断改变,干燥的目标也在发生变化。” 对树脂和干燥设备供应商来说,几乎没有哪个操作能比干燥需求的服务更多、更令人头疼了。Bayer的高级工艺开发工程师William F.Thorne先生表示:“在与材料相关的各种问题中,干燥是最关键的制约因素之一。”

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图1 设备供应商认为,压缩空气/膜式干燥机的结构紧凑,且不含活动部件,
维修成本低。但压缩空气的成本限制了该类设备只能向小型化发展(图片来源于Novatec公司)

此外,加工商比以往更关注能效的问题,尤其是那些具有高加工成本的应用领域。在这些领域中,电的供给通常很紧张,因此提高能效是加工商扩大生产的唯一途径。如果能够证明一种新型的干燥机非常节能,当地一些有相关需求的公司就会在采购价格上达成一致。许多迹象表明,随着生产周期更短且材料的更换频率更快逐渐成为一种趋势,干燥速度也成为人们选择干燥机时的评判标准。

Novatec公司的干燥技术中心率先对几种干燥机的速度、能效和干燥效果进行了检测,并收集了最新数据。该公司的Mark Haynie先生解释了进行该项研究的初衷:“既然我们能够提供各种干燥技术,我们不会诱导客户购买哪一种设备。我们想根据这些信息为其提供最好的解决方案。”该公司的总裁兼CEO Conrad M. Bessemer先生补充道:“我们根据试验室采集来的数据忠实地记录每一种干燥机的性能。”

干燥试验

该项研究选用双塔式除湿床干燥机(NDB Dual-Bed)、除湿轮干燥机(NovaWheel)、膜式干燥机(NovaDrier)以及真空干燥机(NovaVac II)这4种干燥机对2种具有代表性的ABS和聚碳酸酯(PC)树脂进行了干燥测试,并将各自的干燥效果进行了对比。

在展开讨论之前,需要注意以下几点:首先,Novatec公司并没有表示此次调研的结果能够回答有关干燥机性能的所有问题;其次,其他大多数干燥机供应商认为,Novatec公司的结论仅仅是依据该公司的产品进行对照得出的结论,并没有普遍性。虽然这项测试非常客观,Wittmann公司的Matthew McCabe先生表示:“你不能根据一家公司的自检测试验来推广一种特定的干燥技术,也无法将试验结论适用于所有其他公司的同类设备中。”

表1从不同角度阐释了4种干燥机的干燥性能。在试验过程中,4种干燥机都能将ABS和PC进行充分干燥,使之达到要求。根据应用的不同,各干燥机可将树脂的含水量降低至50~200ppm,干燥过程基本都控制在180min之内。

表1 干燥PC和ABS时,树脂的湿度(ppm)与各干燥机干燥时间(min)的关系
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从表1可以看出,真空干燥机干燥ABS时的初始湿度最高,为1189ppm,其他干燥机干燥ABS和PC时的初始湿度均在600~800ppm。通过对比发现,在干燥ABS和PC时,真空干燥机都能够在最短时间内达到最佳的干燥效果。

该项研究还测试了4种干燥机的能耗。由于干燥机的产率各不相同,Novatec公司将试验结果中的产率换算成单位产量(lb/h),再乘以100,以便于比较。

从表2中可以看出,加热器和马达驱动是主要的能耗源,而由于真空和膜式干燥机使用的是压缩空气,将空气压缩进干燥机时还需要额外的能源。为了便于对比,本试验将所需的压缩空气量规定为151.2kPa,并规定真空干燥机的耗气量占总能耗的20%,膜式干燥机占40%。为了更加直观地分析,表2将耗电量和耗气量换算成成本(设定电能的价格为8¢/kWh)。表2最后一行列出了各干燥机耗能的总成本:在干燥ABS时,除湿轮的总成本最低,真空干燥机紧随其后,双除湿床位居中间,而膜式干燥机的成本最高;在干燥PC时,真空干燥机显然比其他干燥技术更节约成本,随后是除湿轮,双除湿床和膜式干燥机的总成本非常接近,排在最后。

Novatec公司的Haynie先生表示,本次试验所研究的干燥速度和能耗是影响加工商采购干燥机的两个基本因素。他指出:“每台干燥机都在特定的领域具有一定的优势。” 在本次试验中,真空干燥机可以说是最好的或相对最好的干燥机,其产率高达90kg/h,这也是目前所能达到的最高产率(产率为453.6kg/h的设备还处于研发中)。该干燥机的这一优势得益于其更高的干燥温度,这也是它在干燥PC时比ABS更高效的原因。

“在购买小型干燥机时,人们不会单纯考虑能耗。” Haynie解释说。在本试验中,真空干燥机比其他干燥机的干燥速度更快,这会吸引那些进行小批量生产和树脂更换频率高的加工商的关注。

表2 各干燥机的能耗
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另一方面,相对于真空干燥机的单位产能,其采购价格最高。Haynie先生承认,真空干燥机并不适用于所有的材料。Eastman化学公司的一名技术专家指出,Novatec公司的真空干燥机的预热阶段要求树脂,如PC、ABS和PET等的玻璃化温度(Tg)在100℃以上,而PETG的Tg温度仅为71℃,不能用真空干燥机进行干燥,因为过高的温度会使粒料黏结。Haynie先生补充说,糊状材料也不适用,因为这类材料会污染密封条。

尽管膜式干燥机的运行成本很高,但由于其结构简单,且没有活动部件、干燥剂和再生系统或冷却管等,维护保养成本是最低的。由于生产能力的限制,膜式干燥机的价格虽低于真空干燥机,但要高于其他两种干燥设备。如果加工商的车间面积有限,那么膜式干燥机是一个不错的选择。

若要求产量在102kg/h以上(Novatec公司最大的膜式干燥机),且要求用于中央系统,选择传统的除湿床或除湿轮干燥机更合理。除湿轮干燥机的运行成本比双除湿床更低,而两者的干燥速度相近,价格都处于低端范围。有些供应商会选择自己比较了解且可靠的除湿床干燥机。这类设备粗糙耐用,目前很多工厂都在应用。另外,该类设备的维修安装人员都经过了专门的培训,而且备件存货非常单一化。

然而,Haynie先生预测,双除湿床干燥机,尤其是大型设备,将会逐渐被除湿轮干燥机所替代。这是因为除湿轮设备的占地面积更小、能耗更低,而且当热的除湿床重新投入生产时,其露点不会发生变化,干燥过程的一致性好。

赞同与争议

Novatec公司所做的这项研究一经公布,便引来了各主要的干燥机制造商和树脂供应商对该项试验的广泛讨论。他们的意见说法不一,大致分为这么几类:“可信的”和“相当合理的报告”、“带有明显的偏见” 和“不足为凭,除非将多家制造商的干燥机设备同时进行测试”。

Universal Dynamics公司的销售和市场部副总裁John Fleischer先生对此项研究持否定态度:“从试验环境下得到的结论很难反映真实的情况。如若工厂的过滤器不清洁,会在很大程度上影响干燥机和干燥箱内的空气流通。” Matsui美国公司的销售经理Greg Lewis先生也认为:“实验室不是工厂。现实的干燥过程要复杂得多,其中还包含了各种不确定因素。”

“实验室中所获得的干燥结果是在理想的环境和操作情况下得到的。” Fasti公司的总裁Rainer Farrag先生表示,“但实际上,在现实的生产条件下进行一两个月的试验,你将会看到完全不同的结果。”

Novatec公司的Haynie先生则认为:“只要干燥机经过合理的维护保养,任何设计合理的干燥机在Novatec公司的实验室与实际生产条件下的表现差别并不显著。”

一些设备制造商对于Novatec公司在试验中采用的树脂能否成为可靠的依据表示怀疑。Conair公司的顾问Charles Thiele先生认为:“ABS和PC并不是最难干燥的材料,它们都可以直接用热空气干燥。我更希望该项试验能够选用那些更具挑战性的材料,如尼龙、PBT和PPS等。”

有些人认为,ABS(和其他一些吸湿性树脂)通常都是用热风干燥机进行干燥。但Bayer公司的Thorne先生表示,该公司从不推荐使用热风干燥机来干燥PC。Conair公司的Stoughton先生表示,应当根据地理位置、季节(如周围环境的湿度)、树脂暴露在潮湿环境中的时间长短以及具体的应用要求来确定如何干燥。如果对树脂的表面质量、透明度和机械强度要求不是很高,热风干燥机就足够了,至少干燥时间上能够满足。

但是,是否这样就十分合理了呢?Haynie先生回应说:“使用热风干燥机干燥PC和ABS存在很大的安全隐患。如果是在冬天,且成型的不是关键性部件,而同时对颜色、透明度和尺寸稳定性的要求不高,那么使用热风干燥机可能足够了。但我们从不推荐客户这样做。” Haynie认为,要研究其他树脂,如尼龙、PET和PETG等,需要做更多的准备工作。他也希望能够通过模拟仲夏的温度和湿度,比较各干燥机在恶劣条件下的性能差异。

综上所述,目前人们对Novatec公司做出的排序存在很大的争议。大家对于压缩空气/膜式干燥机的适用范围意见基本一致,而对于除湿床和除湿轮干燥机,业界人士认为应当将其优缺点区别对待。对于真空干燥机,业内的分歧则非常大。(end)
文章内容仅供参考 (投稿) (12/5/2009)
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