СПОСОБ ЭНЕРГОСБЕРЕГАЮЩЕЙ СУШКИ ГРАНУЛИРОВАННЫХ ПОЛИМЕРНЫХ МАТЕРИАЛОВ
METHOD FOR ENERGY-EFFICIENT DRYING OF GRANULATED POLYMER MATERIALS

Изобретение относится к области химической промышленности и служит для сушки гранулированных полимерных материалов и композитов на их основе.
Известен способ высокотемпературной сушки зерна (Окунь Г.С., Чижиков А.Г. Тенденции развития технологии и технических средств сушки зерна. - М.: ВНИИТЭИагропром, 1987. - С.6, рис.1). Сушка осуществляется путем подачи материала сверху вниз, а теплоноситель подается изнутри наружу. Этот способ позволяет осуществить высокотемпературный режим сушки и повысить равномерность сушки за счет циркуляции зерна в сушильной камере.
Существенным недостатком этого способа является неполное использование температурного потенциала сушильного агента, что значительно снижает технико-экономические показатели.
Из известных решений наиболее близким по технической сущности и достигаемому результату к изобретению является способ сушки зерна и гранулированных материалов (см. патент РФ RU 2171958 C1 по классу F26В 3/14, 17/12). Сушка осуществляется путем подачи материала сверху вниз, а теплоноситель пронизывает слой в поперечном направлении. Отработанный теплоноситель удаляется. При этом недостаточно полно используется потенциал сушильного агента. Степень отработки теплоносителя по температуре - не более 10…15%.
Задачей предлагаемого изобретения является повышение степени отработки теплоносителя по температуре и существенное повышение энергосбережения. Указанный технический результат достигается путем организации параллельных потоков твердой фазы таким образом, что отработанный в камере сушки теплоноситель непосредственно подается в камеру нагрева.
А именно, способ энергосберегающей сушки гранулированных полимерных материалов включает раздельную подачу гидрофобных и гидрофильных материалов сверху вниз в коаксиальные цилиндрические камеры и поперечный продув теплоносителя через материалы, при этом теплоноситель последовательно движется в поперечном направлении через камеры 1 и 2, осуществляя сушку материала в первой камере и нагрев материала во второй.
При производстве и переработке гранулированных полимерных материалов решаются две радикальные задачи: 1) прогрев гранулированного материала, не сорбирующего влагу, для удаления влаги на поверхности и в микротрещинах (полипропилены, полипропилены и др.); 2) глубокая сушка материалов, сорбирующих влагу (полиамиды, поликарбонаты и др.). Для материалов 1 типа время нагрева составляет 0,5…1 ч, для материалов 2 типа - 8…10 ч в условиях изотермической сушки. При этом теплоноситель на выходе из камеры сушки имеет температуру на 2…3°C больше температуры материала, что составляет в реальных условиях 130…180°C. В существующих аппаратах отработанный теплоноситель безвозвратно теряется.
При реализации предлагаемого способа отработанный по влажности в камере сушки, но имеющий высокий температурный потенциал теплоноситель используется для нагрева материалов первой группы в камере нагрева.
Способ достигается использованием устройства для сушки (фиг.1), которое содержит внешнюю рабочую камеру 1 с сетчатыми стенками (для нагрева полимеров первой группы), внутреннюю рабочую камеру 2 с сетчатыми стенками (для сушки полимеров второй группы), общий корпус 3, секторные питатели 4 и 5.
Высушиваемые гранулированные полимерные материалы 2 группы подаются в камеру 2, где осуществляется глубокая сушка до влажности 0,05…0,08% с удалением внутренней влаги. При этом сушка происходит в изотермических условиях, теплоноситель выходит практически с той же температурой (на 2…4°C меньше начальной). Время сушки, как правило, составляет 5…8 ч. Скорость движения материала в камере 2 составляет 0,5…1 м/ч и задается секторным питателем 4.
В первую камеру подается гранулированный полимерный материал, требующий только нагрева для удаления поверхностной влаги. При этом теплоноситель отрабатывается по температуре практически полностью. Время прогрева составляет 0,2…0,5 ч. Скорость движения материала в камере 1 составляет 2…5 м/ч, что задается секторным питателем 5.
Такой подход позволяет получать на выходе из аппарата высушенные полимеры 2 группы с непосредственной подачей на перерабатывающее оборудование или герметичные бункеры, а материалы 1 группы также сразу же подаются на переработку в уже подогретом состоянии (90…150°C), что повышает эффективность перерабатывающего оборудования.
Предложенный способ позволяет одновременно использовать как эффективную глубокую сушку материала, так и подогрев материалов двух различных групп, а также более полно использовать потенциал сушильного агента.
Пример конкретного исполнения. При производстве и переработке гранулированных полимерных материалов с гидрофильными свойствами одной из стадий является глубокая сушка до влагосодержания 0,01…0,05%. Характерным при этом является: 1) значительная длительность процесса (до 5…6 ч); 2) процесс сушки происходит при условиях, близких к изотермическим (температура материала на 2…3°C ниже температуры отработанного теплоносителя). Требуется: 1) произвести глубокую сушку гидрофильного полимерного материала (полиамид П-12Э) для переработки на литьевых машинах; 2) произвести нагрев и сушку гидрофобного материала (полипропилен) для удаления поверхностной влаги и влаги в микротрещинах гранул.
Кинетика сушки гранулированного полимерного гидрофильного материала (полиамид П-12Э) в плотном продуваемом слое (толщина слоя  0,1 м; температура сушильного агента 373К; скорость сушильного агента в слое 0,2 м/с) представлена на фиг.2. Следует отметить, что процесс сушки гидрофильных материалов является значительно более продолжительным - до 6 ч. В то же время процесс нагрева и сушки от поверхностной влаги гидрофобных материалов производится в течение 0,2…0,3 ч (фиг.3). Скорость движения материалов определяется кинетикой процессов и задается раздельно питателями 4, 5 (фиг.1). Дополнительно следует отметить, что при изотермической сушке температура и влагосодержание теплоносителя изменяются незначительно [Рудобашта С.П. Массоперенос в системах с твердой фазой. М.: Химия, 1980]. Таким образом, в аппарате решаются две различные задачи при использовании одного и того же теплоносителя. Полиамид П-12Э подается во вторую камеру, где через него продувается теплоноситель со скоростью 0,2…0,3 м/с. Полипропилен подается в камеру 1, через которую поперечно продувается теплоноситель, отработанный в камере 2. В камере 2 осуществляется сушка полиамида, в камере 1 - нагрев полипропилена. Таким образом, предлагаемая организация движения параллельных потоков твердой фазы с поперечной продувкой единым теплоносителем позволяет достичь практически полной отработки теплоностиеля по температуре и влагосодержанию.
Использование предлагаемого способа обеспечивает по сравнению с существующими следующие преимущества:
1. Сушка осуществляется в режиме поперечной подачи теплоносителя, что положительно сказывается на равномерности влагосодержания отдельных гранул полимерного материала. Поперечная продувка тонких слоев гранулята улучшает однородность по конечному влагосодержанию материала.
2. Отработанный по влаге в первой камере теплоноситель, не потерявший температурного потенциала, используется для нагрева гидрофобного гранулированного полимерного материала во второй камере, где производится его полная отработка.
3. Одновременно обрабатываются одним и тем же теплоносителем полимерные материалы различных по технологии подготовки групп;
4. В камерах сушки и нагрева реализуется наиболее оптимальный с точки зрения теплообмена режим поперечного движения фаз, при котором на выходе из камеры сушки температура отработанного теплоносителя близка к начальной температуре материала.
5. Указанная организация движения теплоносителя позволяет повысить отработку теплоносителя по температуре до 95…97%.