СПОСОБ СУШКИ ГРАНУЛИРОВАННЫХ ПОЛИМЕРНЫХ МАТЕРИАЛОВ
DRYING METHOD 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 С1 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 для увеличения производительности сушилки. В результате использования указанного способа достигается более полная отработка теплоносителя при сопутствующем увеличении производительности. Указанный технический результат достигается тем, что отработанный в зоне сушки теплоноситель подается в зону предварительного нагрева материала, где контактирует в режиме противотока с поступающим холодным гранулированным материалом и прогревает его. В результате в зону изотермической сушки полимерный материал поступает предварительно прогретым до температуры, близкой к температуре теплоносителя, что положительно отражается на сокращении времени сушки и приводит к увеличению производительности аппарата в целом.
При производстве и переработке гранулированных полимерных материалов одной из стадий является глубокая сушка до влагосодержания (0,01-0,05)%, причем указанную величину влагосодержания должны иметь все единичные гранулы полимера. Появление большой неоднородности по влагосодержанию отдельных гранул отрицательно сказывается на качестве изделий из полимера (снижается качество поверхности, понижается прочность и т.п.). Столь низкое влагосодержание достигается только при продолжительном времени сушки в условиях, близких к изотермическим (Рудобашта С.П., Карташов Э.М. Диффузия в химико-технологических процессах. М.: КолосС, 2010. С.337-342;
Рудобашта С.П., Дмитриев В.М., Плановский А.Н. Аналитический расчет процесса глубокой сушки гранулированных полимерных материалов в шахтных сушилках // Хим. и нефт. Машиностроение, 1979. №4. С.14).
Изотермические условия сушки достигаются путем интенсивного прогрева гранулированного материала при скорости теплоносителя 2…4 м/с (что реализуется в зоне прогрева) и дальнейшей сушки в относительно спокойной гидродинамической обстановке (скорость теплоносителя 0,05-0,1 м/с) сушильной камеры с сетчатыми стенками. Это обусловлено чрезвычайно низкими значениями коэффициента диффузии в полимерах. Интенсификация процесса сушки может быть достигнута только путем повышения температуры высушиваемого полимерного материала. В предложенном способе нагрев и сушка гранулированных полимеров осуществляются:
1) нагрев гранулированного материала производится отработанным теплоносителем в зоне нагрева в режиме противотока со скоростью 2…4 м/с;
2) сушка в режиме поперечного движения теплоносителя со скоростью 0,05…0,1 м/с, что оптимально для процесса сушки.
Скорость в зоне сушки и в зоне нагрева при одном и том же расходе теплоносителя определяются площадью поперечного сечения аппарата в указанных зонах. Это обстоятельство позволяет оптимально проводить как процесс нагрева, так и процесс сушки. При этом температура теплоносителя на входе в зону сушки аппарата составляет 120…160°С, на выходе из зоны сушки - на 3…5°С меньше, на выходе из зоны нагрева - на 3…5°С выше начальной температуры материала. При такой организации подачи теплоносителя создаются условия для полной отработки потенциала теплоносителя (осуществляется эффективная функция энергосбережения).
В реальных промышленных сушилках для полимерных гранулированных материалов отработка теплоносителя по температуре составляет 10…15%. Это связано с тем, что реализуется процесс изотермической сушки, при котором температура отработанного теплоносителя на 3…5°С выше температуры высушенного материала (Кавецкий Г.Д. Оборудование для производства пластмасс. М.: Химия, 1986. - 224 с.). При реализации предлагаемого способа добавляется стадия предварительного нагрева материала отработанным теплоносителем, что существенно повышает степень отработки (до 95…97%).
Сущность изобретения поясняется чертежами. На фиг.1 схематически изображена схема реализации способа сушки гранулированных полимерных материалов в шахтной сушилке; на фиг.2 - схема движения теплоносителя и высушиваемого материала в зонах предварительного нагрева и изотермической сушки.
Предлагаемый способ реализуется использованием устройства для сушки, которое содержит: корпус 3, патрубок подачи теплоносителя 1, узел подачи влажного полимера (циклон пневмотранспорта) 2, раздающие и сборные коаксиальные диффузоры 4 и 6, сушильную камеру с сетчатыми стенками 5, секторный питатель 7.
Высушиваемый материал подается сверху вниз при помощи пневмотранспорта, далее поступает в зону формирования слоя, движется по раздающим коаксиальным диффузорам 4 и поступает в сушильную камеру с сетчатыми стенками 5. Скорость движения материала задается секторным питателем 7. На практике скорость движения составляет 1…2 м/ч. Время сушки основных полимерных материалов (полиамида, полиолефины, поликарбонаты и т.д.) с размерами гранул 3…5 мм составляет при температуре 130…150°С 3…5 ч. В зоне сушки теплоноситель подается в радиальном направлении для обеспечения равномерного высушивания материала по всей толщине. Материал в зону сушки для ускорения удаления влаги подается предварительно подогретым. Предварительный нагрев гранулята осуществляется теплоносителем, отработанным в зоне сушки, но еще имеющим высокий температурный потенциал (изменение температуры теплоносителя в зоне сушки составляет 2…3°С). В зоне нагрева движение материала и теплоносителя осуществляется в режиме противотока, что позволяет наиболее полно использовать температурный потенциал теплоносителя. На выходе из зоны нагрева теплоноситель дополнительно пронизывает слой материала, находящегося в зоне загрузки. В итоге температура теплоносителя на выходе превышает температуру материала на 3…5°С. Таким образом, удается полностью использовать температурный потенциал теплоносителя.
На выходе из зоны сушки высушенный материал имеет некоторое распределение влагосодержания по телу гранулы. Для выравнивания влагосодержания в отдельных гранулах с целью обеспечения условий переработки волокнообразующих полимерных материалов предназначена зона термостатирования. Как известно, волокнообразующие полимерные материалы (капрон, лавсан и т.д.) требуют определенной величины влагосодержания, выше которой в волокнах образуются пузырьки водяного пара, создающие дефекты волокон. При более низком влагосодержании ухудшаются условия процесса литья через фильеры. Таким образом, наличие зоны термостатирования приводит к выравниванию влагосодержания внутри гранул, что создает оптимальные условия для процесса волокнообразования.
Использование предлагаемого способа обеспечивает по сравнению с существующими следующие преимущества:
1. Подача гранулированного полимерного материала в зону сушки уже прогретым до температуры, близкой к температуре теплоносителя;
2. Отработанный теплоноситель не удаляется из сушилки, а используется для нагрева поступающего влажного гранулированного полимерного материала;
3. 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;
4. В зоне нагрева реализуется наиболее оптимальный с точки зрения теплообмена режим противотока, при котором на выходе из зоны температура отработанного теплоносителя близка к начальной температуре материала;
5. Указанная организация движения теплоносителя позволяет повысить отработку теплоносителя по температуре до 95…97%.