Pilih teknologi pengeringan yang tepat

Pengeringan bahan tidak dapat dihindari oleh setiap pengolah plastik. Hal ini juga penting untuk menghasilkan-produk berkualitas tinggi. Memilih teknologi pengeringan yang sesuai membantu menghemat biaya dan mengurangi konsumsi energi, dan penilaian yang benar terhadap teknologi dan biaya pengeringan sangat penting untuk memilih teknologi yang tepat.

Peningkatan kadar air secara bertahap mengurangi viskositas geser material. Selama pemrosesan, perubahan sifat aliran lelehan menyebabkan perubahan terkait pada kualitas produk dan serangkaian parameter pemrosesan. Misalnya, waktu tunggu yang terlalu lama dapat mengakibatkan kadar air sisa rendah, meningkatkan viskositas, menyebabkan pengisian cetakan tidak lengkap dan bahan menguning. Selain itu, beberapa perubahan sifat tidak dapat diamati secara langsung tetapi hanya dapat dideteksi melalui pengujian material yang relevan, seperti perubahan sifat mekanik dan kekuatan dielektrik.

Saat memilih proses pengeringan, mengidentifikasi sifat pengeringan bahan adalah hal yang terpenting. Bahan dapat dikategorikan sebagai higroskopis atau non-higroskopis. Bahan higroskopis menyerap kelembapan dari lingkungan sekitar, sedangkan bahan non-higroskopis tidak. Untuk bahan non-higroskopis, kelembapan apa pun yang ada di lingkungan tetap berada di permukaan, menjadi "kelembaban permukaan", yang mudah dihilangkan. Namun, butiran yang dibuat dari bahan non-higroskopis dapat menjadi higroskopis karena bahan tambahan atau pengisi.

Selain itu, perhitungan konsumsi energi untuk suatu proses pengeringan dapat bervariasi tergantung pada kompleksitas proses dan faktor lainnya, sehingga angka yang disajikan di sini hanya sebagai referensi.

Pengeringan Konveksi

Untuk bahan non-higroskopis, pengering udara panas dapat digunakan. Kelembapan terikat secara longgar oleh tegangan antarmuka antara bahan dan air, sehingga mudah dihilangkan. Mesin ini bekerja dengan menggunakan kipas untuk menarik udara sekitar dan memanaskannya hingga suhu yang diperlukan untuk mengeringkan bahan tertentu. Udara panas melewati hopper pengering dan memanaskan material melalui konveksi untuk menghilangkan kelembapan.

Pengeringan bahan higroskopis umumnya melibatkan tiga tahap: tahap pertama menguapkan kelembapan permukaan bahan; tahap kedua memfokuskan penguapan pada bagian dalam material, dimana laju pengeringan menurun secara perlahan sementara suhu material mulai meningkat; pada tahap akhir, material mencapai kesetimbangan higroskopis dengan gas pengering. Pada tahap ini, perbedaan suhu antara interior dan eksterior dihilangkan. Pada akhir tahap ketiga, jika bahan yang dikeringkan tidak lagi melepaskan uap air, hal ini tidak berarti bahan tersebut bebas-lemak, namun hanya menunjukkan bahwa keseimbangan telah terbentuk antara partikel dan lingkungan sekitarnya.

Dalam teknologi pengeringan, suhu titik embun udara merupakan parameter yang sangat penting. Suhu titik embun adalah suhu di mana kelembaban relatif mencapai 100% dengan tetap menjaga kadar air udara lembab tetap konstan. Ini mewakili suhu di mana udara mencapai titik kondensasi. Umumnya, semakin rendah titik embun udara yang digunakan untuk pengeringan, semakin rendah kadar air sisa dan semakin lambat laju pengeringan.

Saat ini, metode yang paling umum untuk menghasilkan udara kering adalah dengan menggunakan generator gas kering. Peralatan ini berpusat pada pengering adsorpsi yang terdiri dari dua saringan molekuler, tempat kelembapan di udara diserap. Dalam keadaan pengeringan, udara mengalir melalui saringan molekuler, yang menyerap uap air dari gas, menghasilkan gas yang mengalami dehumidifikasi untuk pengeringan. Dalam keadaan regenerasi, saringan molekuler dipanaskan sampai suhu regenerasinya oleh udara panas. Gas yang mengalir melalui saringan molekuler mengumpulkan uap air yang dihilangkan dan membawanya ke lingkungan sekitar. Metode lain untuk menghasilkan gas kering adalah dengan mengurangi tekanan gas terkompresi. Keuntungan dari metode ini adalah gas terkompresi dalam jaringan suplai memiliki titik embun bertekanan rendah. Setelah tekanan berkurang, titik embunnya mencapai sekitar 0 derajat. Jika diperlukan titik embun yang lebih rendah lagi, pengering membran atau adsorpsi dapat digunakan untuk mengurangi titik embun udara lebih lanjut sebelum tekanan udara terkompresi dikurangi.

Dalam pengeringan udara dehumidified, energi yang dibutuhkan untuk menghasilkan gas kering harus dihitung secara terpisah. Dalam pengeringan adsorpsi, saringan molekuler yang diregenerasi harus dipanaskan dari suhu keadaan keringnya (kira-kira 60 derajat ) ke suhu regenerasinya (kira-kira 200 derajat ). Hal ini biasanya dilakukan dengan terus memanaskan gas hingga suhu regenerasi melalui saringan molekuler hingga mencapai suhu tertentu setelah keluar dari saringan. Secara teoritis, energi yang diperlukan untuk regenerasi terdiri dari energi yang diperlukan untuk memanaskan saringan molekuler dan air yang teradsorpsi di dalamnya, energi yang diperlukan untuk mengatasi adhesi saringan molekuler ke air, dan energi yang diperlukan untuk menguapkan uap air dan menaikkan suhu uap air.

Secara umum, titik embun yang diperoleh dari adsorpsi berhubungan dengan suhu dan daya dukung kelembaban dari saringan molekuler. Biasanya, titik embun 30 derajat atau kurang memungkinkan saringan molekuler mencapai daya dukung kelembaban sebesar 10%. Kebutuhan energi teoritis untuk memproduksi gas kering, dihitung dari sumber energi, adalah 0,004 kWh/m³. Namun, dalam praktiknya, nilai ini harus sedikit lebih tinggi karena perhitungannya tidak memperhitungkan kehilangan kipas atau panas. Sebagai perbandingan, konsumsi energi spesifik dari berbagai jenis generator gas pengering dapat ditentukan. Secara umum, konsumsi energi untuk pengeringan gas dehumidifikasi adalah antara 0,04 kWh/kg dan 0,12 kWh/kg, tergantung pada bahan dan kadar air awal. Dalam pengoperasian sebenarnya, mungkin mencapai 0,25 kWh/kg atau lebih tinggi.

Energi yang diperlukan untuk mengeringkan butiran terdiri dari dua bagian: energi yang diperlukan untuk memanaskan bahan dari suhu kamar hingga suhu pengeringan, dan energi yang diperlukan untuk menguapkan uap air. Volume gas yang dibutuhkan biasanya ditentukan berdasarkan suhu gas pengering yang masuk atau keluar dari hopper pengering. Perpindahan panas dari udara kering pada suhu tertentu ke butiran melalui konveksi juga merupakan proses pengeringan konvektif.

Dalam produksi aktual, konsumsi energi aktual terkadang jauh lebih tinggi dibandingkan nilai teoritis. Misalnya, bahan mungkin tertinggal di dalam hopper pengeringan terlalu lama, mengakibatkan lebih banyak gas yang dikonsumsi untuk menyelesaikan proses pengeringan, atau kapasitas adsorpsi saringan molekuler mungkin tidak dimanfaatkan sepenuhnya. Metode yang layak untuk mengurangi permintaan gas pengering dan dengan demikian menurunkan biaya energi adalah dengan menggunakan hopper pengeringan dua-langkah. Pada peralatan jenis ini, bahan yang berada di bagian atas hopper pengering hanya dipanaskan tetapi tidak dikeringkan, sehingga pemanasan dapat dilakukan dengan menggunakan udara sekitar atau gas buang dari proses pengeringan. Dengan menggunakan metode ini, seringkali hanya 1/4 hingga 1/3 dari jumlah gas pengering biasa yang perlu disuplai ke hopper pengering, sehingga mengurangi biaya energi. Metode lain untuk meningkatkan efisiensi pengeringan gas penurun kelembapan adalah melalui termokopel dan regenerasi yang dikontrol titik embun, sedangkan perusahaan Jerman, Motan, menggunakan gas alam sebagai bahan bakar untuk mengurangi biaya energi.

Pengeringan Vakum

Saat ini, pengeringan vakum juga telah memasuki bidang pengolahan plastik. Misalnya, peralatan pengeringan vakum yang dikembangkan oleh perusahaan Amerika Maguire telah diterapkan pada pemrosesan plastik. Mesin yang beroperasi terus-menerus ini terdiri dari tiga ruang yang dipasang pada ban berjalan yang berputar. Di ruang pertama, setelah butiran diisi, gas yang dipanaskan sampai suhu pengeringan dimasukkan untuk memanaskan butiran. Di saluran keluar gas, ketika material mencapai suhu pengeringan, material dipindahkan ke ruang kedua, yang dievakuasi. Karena ruang hampa menurunkan titik didih air, uap air lebih mudah menguap sebagai uap air, sehingga mempercepat proses difusi uap air. Kevakuman juga menciptakan perbedaan tekanan yang lebih besar antara bagian dalam butiran dan udara di sekitarnya. Biasanya, bahan berada di ruang kedua selama 20-40 menit, tetapi untuk beberapa bahan yang sangat higroskopis, mungkin diperlukan waktu hingga 60 menit. Terakhir, bahan dipindahkan ke ruang ketiga dan dikeluarkan dari pengering.

Baik dalam pengeringan gas penurun kelembapan maupun pengeringan vakum, energi yang dikonsumsi untuk memanaskan plastik adalah sama karena kedua metode tersebut dilakukan pada suhu yang sama. Namun pada pengeringan vakum, pengeringan gas sendiri tidak memakan energi, namun dibutuhkan energi untuk menciptakan ruang hampa. Konsumsi energi yang diperlukan untuk menciptakan ruang hampa bergantung pada jumlah bahan yang dikeringkan dan kadar airnya.

Pengeringan Inframerah

Metode lain untuk mengeringkan butiran adalah pengeringan inframerah. Dalam pemanasan konveksi, konduktivitas termal antara gas dan butiran, antara butiran itu sendiri, dan di dalam butiran sangat rendah, sehingga sangat membatasi perpindahan panas. Pengeringan infra merah, karena molekul disinari sinar infra merah, energi yang diserap langsung diubah menjadi getaran termal, artinya bahan lebih cepat panas dibandingkan dengan pengeringan konveksi. Dibandingkan dengan pemanasan konveksi, pengeringan inframerah juga melibatkan gradien suhu terbalik, selain perbedaan tekanan lokal antara udara sekitar dan kelembapan dalam partikel. Secara umum, semakin besar perbedaan suhu antara gas pengering dan partikel yang dipanaskan, semakin cepat proses pengeringannya. Waktu pengeringan inframerah biasanya 5 hingga 15 menit. Saat ini, proses pengeringan inframerah dirancang sebagai sistem tabung putar, dimana partikel diangkut dan diedarkan sepanjang tabung spiral dengan beberapa pemanas inframerah di bagian tengahnya. Pada pengeringan inframerah, daya peralatan dapat dipilih berdasarkan standar 0,035 kWh/kg hingga 0,105 kWh/kg.

Seperti disebutkan sebelumnya, perbedaan kadar air pada material akan menyebabkan perbedaan parameter proses. Umumnya, perbedaan kadar air sisa mungkin disebabkan oleh perbedaan laju aliran bahan yang berbeda; oleh karena itu, gangguan pada proses pengeringan atau penyalaan dan penghentian mesin akan menyebabkan perbedaan waktu tinggal. Dengan laju aliran gas yang tetap, variasi laju aliran material umumnya bermanifestasi sebagai perubahan profil suhu dan suhu gas buang. Pabrikan pengering mengukur variasi ini menggunakan metode berbeda dan mencocokkan laju aliran gas pengering dengan jumlah bahan yang dikeringkan, sehingga menyesuaikan profil suhu hopper pengering untuk memastikan butiran mengalami waktu tinggal yang stabil pada suhu pengeringan.

Selain itu, variasi kadar air awal dalam bahan dapat menyebabkan ketidakstabilan kadar air sisa. Karena waktu tinggalnya tetap, perubahan signifikan pada kadar air awal pasti akan mengakibatkan perubahan signifikan pula pada kadar air sisa. Untuk mencapai kadar air sisa yang stabil, perlu dilakukan pengukuran kadar air awal dan sisa. Namun, karena kadar air sisa yang rendah, pengukuran online menjadi sulit, dan waktu tinggal bahan yang lama dalam sistem pengeringan dapat menyebabkan masalah kontrol jika kadar air sisa digunakan sebagai sinyal keluaran. Oleh karena itu, produsen pengering telah mengembangkan konsep kontrol baru untuk mencapai kadar air sisa yang stabil. Konsep pengendalian ini bertujuan untuk menjaga kestabilan kadar air sisa dengan menggunakan parameter proses seperti kadar air awal plastik, titik embun gas yang masuk dan keluar, laju aliran gas, dan laju aliran granul sebagai variabel masukan. Hal ini memungkinkan sistem pengeringan untuk segera menyesuaikan berdasarkan variabel-variabel ini untuk mempertahankan kadar air sisa yang stabil.

Pengeringan inframerah dan pengeringan vakum merupakan teknologi baru dalam pengolahan plastik. Penerapannya secara signifikan mempersingkat waktu tinggal material dan mengurangi konsumsi energi. Namun, proses pengeringan inovatif ini juga relatif mahal. Oleh karena itu, dalam beberapa tahun terakhir, upaya telah dilakukan untuk meningkatkan efisiensi pengeringan gas penurun kelembapan tradisional. Oleh karena itu, ketika mengambil keputusan investasi, penilaian biaya secara menyeluruh harus dilakukan, dengan mempertimbangkan tidak hanya biaya pengadaan tetapi juga perpipaan, energi, ruang, dan pemeliharaan, untuk memaksimalkan laba atas investasi.