模組化干燥除濕技術的研究與應用

吳峻睿，謝仲銘，謝錦偉，王立斌

（東莞信易電熱機械有限公司，廣東東莞 523792）

0 引言

注塑產(chǎn)品目前運用廣泛，市場需求不斷擴大，而市場上的一臺除濕機搭配多個干燥料桶的應用越來越廣泛，在一對多的生產(chǎn)模式中由于干燥料桶存在距離和容量差異，干燥原料不同等條件差異導致每個干燥料桶需求的干燥風量也不相同，除濕機提供的干燥風往往無法滿足每個干燥料桶的干燥風量需求，當干燥風量過大則會導致原料過度干燥影響產(chǎn)品強度，干燥風量過小時則導致干燥不完全同樣影響產(chǎn)品不良率。當注塑機需要維護或調(diào)整造成產(chǎn)線暫停生產(chǎn)時，持續(xù)干燥則會導致注塑原料過度干燥，避免注塑原料持續(xù)干燥通常采用停止干燥，由于設備維護的時間往往無法預計導致產(chǎn)線恢復時需要對注塑原料重新干燥才能使用。注塑原料重新干燥無法馬上生產(chǎn)既浪費時間也增加能耗重新升溫，造成時間和能耗的浪費。

針對上述情況，一對多的生產(chǎn)模式中要滿足各個干燥條件不同的干燥料桶需要配置不同的干燥風量，以及避免生產(chǎn)線暫停避免對原料的過度干燥或停止干燥造成的成本損失。本文的模組化除濕干燥組合通過改變干燥風量的方法進行測試是否滿足生產(chǎn)需求，驗證降低干燥風量和干燥溫度對原料過度干燥的影響；產(chǎn)線暫停時采用降溫降干燥風量的方式對注塑原料進行保溫。

1 設備工作原理

本文研究的模組化除濕干燥組合，由一臺除濕機主機搭配若干個干燥料桶，除濕主機產(chǎn)生低露點的干燥風提供給若個干燥料桶，利用風量管理系統(tǒng)根據(jù)預設的配置或干燥料桶排風溫度調(diào)整風門調(diào)節(jié)裝置，從而實現(xiàn)風量配給。

模組化除濕干燥組合原理如圖1所示。除濕主機部分，吸風經(jīng)回風過濾器1至干燥風機2產(chǎn)生高壓風量進入冷卻器3降溫后被蜂巢轉(zhuǎn)輪4進行水分吸附達到除濕效果，產(chǎn)生干燥出風。吸風經(jīng)再生過濾器5至再生風機6和再生電熱7產(chǎn)生高溫風將吸附水分飽和的蜂巢轉(zhuǎn)輪4水分脫附排出，再生完成后蜂巢轉(zhuǎn)輪4可繼續(xù)吸附水分，通過轉(zhuǎn)輪電機8帶動蜂巢轉(zhuǎn)輪4不斷循環(huán)吸附和再生。干燥料桶部分，干燥出風經(jīng)過各個干燥料桶的風門裝置9調(diào)整風量后經(jīng)干燥電熱10形成高溫干燥風進入到干燥料桶11中對原料進行干燥。干燥料桶11出風從A處排出，同時A處配有溫度檢測器用于檢測排風溫度，每個干燥料桶A處排風匯集后進入除濕主機的回風過濾器1中回收處理，形成密閉循環(huán)回路。

圖1 模組化除濕干燥組合原理

2 設備的型號搭配

模組化除濕干燥組合沒有固定配置，雖然配置了風量管理系統(tǒng)，可根據(jù)料桶容量調(diào)整干燥風量，但仍然需遵循《轉(zhuǎn)輪式塑料干燥機》JB/T 12789-2016中干燥料桶容積和干燥風機風量搭配原則。結合實際機型，具體干燥料桶容量搭配風量如表1所示，干燥料桶在滿足對應的風量以及料桶容量和兩個條件下都可以隨意搭配或擴展。

表1 干燥料桶與風量搭配規(guī)格

3 設備機構和性能分析

模組化除濕干燥組合整體結構和配置延用以前的除濕干燥組合，根據(jù)代咪咪等[1]提出的不同干燥劑轉(zhuǎn)輪的除濕性能和方玉堂等[2]提出的轉(zhuǎn)輪除濕機吸附材料的研究進展，蜂巢轉(zhuǎn)輪的干燥劑材質(zhì)采用全分子篩作為干燥劑，結合張學軍等[3]提出的蜂窩式轉(zhuǎn)輪除濕性能參數(shù)優(yōu)化和沈勇等[4]提出的各種因素對轉(zhuǎn)輪除濕機性能影響的分析，提高除濕主件的吸附效果以穩(wěn)定機器性能[5]；每個干燥料桶都配置風門組件，風門組件由控制裝置和旋轉(zhuǎn)閥片組成，系統(tǒng)預設配方自動計算干燥料桶所需風量并通過實時檢測風量對旋轉(zhuǎn)閥片進行調(diào)整，保證除濕主機能夠為每個干燥料桶提供最佳風量；每個干燥料桶都配有排風溫度檢測，當排風溫度達到預設溫度，系統(tǒng)將自行調(diào)整風門組件將風量降低40%，同時對應干燥料桶的干燥溫度降低30℃進行保溫狀態(tài)，可避免塑膠原料干燥時間過長影響產(chǎn)品質(zhì)量，同時具有節(jié)能效果，當排風溫度低于預設溫度時干燥風量和干燥溫度將自動還原。模組化除濕干燥組合除濕主機結構與干燥料桶結構分別如圖2～3所示。

圖2 模組化除濕干燥組合除濕主機結構

圖3 模組化除濕干燥組合干燥料桶結構

3.1 蜂巢除濕性能測試分析

測試方法[6]：使用SD-200H-SM4搭配MHD-80U和MHD-120U空桶測試，在相同工況下分別測試全分子篩蜂巢和半矽膠半分子篩蜂巢進行性能對比，當再生溫度達到180℃[7]后30 min開始記錄1 h露點值變化，每間隔5 min記錄一次，以露點性能曲線作為判斷依據(jù)[8]。

測試條件：工況1，環(huán)境溫度25℃，相對濕度60%，干燥溫度設定120℃，再生溫度設定180℃，冷卻水溫度27℃，壓力2 kgf/cm2，流量15 L/min；工況2，環(huán)境溫度30℃，相對濕度70%，干燥溫度設定120℃，再生溫度設定180℃，冷卻水溫度27℃，壓力2 kgf/cm2，流量15 L/min。

測試結果如圖4所示。

圖4 蜂巢對比測試結果

測試結果分析：通過工況1和工況2的露點曲線對比，分子篩蜂巢除濕性能相對較差和穩(wěn)定性好。而半矽膠半分子篩蜂巢除濕性能較好但穩(wěn)定性差。雖然兩種蜂巢在兩個不同工況下測試的露點都是合格的，但考慮機器會在各種不同工況的條件下工作，在保證除濕性能滿足的條件下優(yōu)先選用穩(wěn)定性較好的分子篩材質(zhì)蜂巢。

3.2 干燥性能測試分析

根據(jù)客戶提供生產(chǎn)信息并結合現(xiàn)代塑料手冊[9]，對模組化除濕干燥組合的風量控制和干燥性能進行測試判定[10]?？蛻籼峁┊a(chǎn)線信息如下：PBT顆粒原料，產(chǎn)量為14 kg/h，干燥溫度設定120℃，干燥時間為4 h；PA顆粒原料，產(chǎn)量為13 kg/h，干燥溫度設定75℃，干燥時間為6 h；PET顆粒原料，產(chǎn)量為17 kg/h，干燥溫度設定160℃，干燥時間為6 h。

根據(jù)計算，80 L干燥料桶可滿足PBT顆粒原料，風量需求為33.6 m3/h；120 L干燥料桶可滿足PA顆粒原料，風量需求為39 m3/h；120 L干燥料桶可滿足PET顆粒原料，風量需求為59.5 m3/h。

測試機型SD-200H-SM4搭配一個MHD-80L和兩個MHD-120 L，80 L干燥料桶裝PBT原料，1號120 L干燥料桶裝PA66原料，2號120 L干燥料桶裝PET原料。料桶總?cè)萘亢蜑?0+120+120=320(L)，料桶總風量和為33.6+39+59.5=132.1(m3/h)，對應風量選用200 m3/h機型。

測得風量和含水率數(shù)據(jù)如表2所示。

表2 模組化除濕干燥組合干燥性能測試數(shù)據(jù)

測試結果分析：測試結果測得風量值與風量計算值接近，證明風門組件能夠根據(jù)系統(tǒng)預設的產(chǎn)量自行計算所需風量值并且作出調(diào)整。含水率要求參考蘇有福等[11]工程塑料顆粒的干燥，并按照測試計劃嚴格執(zhí)行。測得含水率符合含水率要求，該機器的配置能夠滿足對應的生產(chǎn)需求。

3.3 保溫功能的節(jié)能測試分析

測試工況沿用上述客戶提供的產(chǎn)線信息，模擬機器正常生產(chǎn)6 h后暫停生產(chǎn)2 h的耗電量。測試機型SD-200H-SM4搭配一個MHD-80 L和兩個MHD-120 L。80 L干燥料桶裝PBT原料，干燥溫度設定120℃，產(chǎn)量14 kg/h；1號120 L干燥料桶裝PA66原料，干燥溫度設定75℃，產(chǎn)量13 kg/h；2號120 L干燥料桶裝PET原料，干燥溫度設定160℃，產(chǎn)量17 kg/h。測得機器每小時耗電量數(shù)據(jù)如表3所示（測試境溫度25℃，濕度60%）。

表3 排風功能每小時能耗對比

測試結果分析：測試結果與理論計算接近，開啟保溫功能機器暫停生產(chǎn)后自動降下風量和干燥溫度能有效減小耗電量，開啟保溫功能后產(chǎn)線暫停生產(chǎn)時機器進入保溫狀態(tài)節(jié)能效果可達20%～25%。

4 結束語

通過對分子篩蜂巢對比測試，確認分子篩蜂巢作為吸附劑具有更高的除濕性能穩(wěn)定性，配置再生風機和再生電熱通過減速電機帶動分子篩蜂巢轉(zhuǎn)動循環(huán)，持續(xù)提供穩(wěn)定低露點的干燥風。采用固態(tài)接觸器替代機械式接觸器，提高接觸器使用壽命同時消除接觸器粘死導致持續(xù)升溫引發(fā)安全隱患。高壓風機提供足夠的風壓能夠?qū)υ细稍锔泳鶆?，減小原料干燥不良的現(xiàn)象。每個干燥料桶斗配置獨立的溫度控制器且與除濕主機控制器連接，方便查看設定的干燥溫度避免干燥溫度設定錯誤，采用重載接頭的連接方式可方便安裝拆卸和檢查維修。

通過在控制界面輸入原料每小時的用料量，系統(tǒng)自動計算出干燥料桶的最佳風量并通過風門組件控制干燥料桶的干燥風量。模組化除濕干燥組合使用該項技術能夠根據(jù)每個干燥料桶的不同風量需求進行配置，即使搭配多個料桶也能夠保證足夠的風量，避免受干燥料桶的容量和產(chǎn)量影響導致干燥風量不足或干燥風量過大引起的原料干燥不良。

通過檢測排風溫度判斷干燥料桶中的原料干燥情況。當檢測到排風溫度達到預設溫度判斷原料干燥完全系統(tǒng)將自動降下風量和干燥溫度進入保溫狀態(tài)，適用于產(chǎn)線暫停生產(chǎn)，有效避免原料長時間過度干燥導致注塑產(chǎn)品強度性能下降，進入保溫狀態(tài)同時能夠達到節(jié)能效果。

本文研究的模組化除濕干燥組合，參考了傳統(tǒng)的除濕機和原料干燥技術，通過測試進一步確認分子篩蜂巢和半矽膠半分子篩的特點，對傳統(tǒng)結構和技術進行改良。使用科學的計算方式計算出干燥料桶的風量需求，使用風門組件對干燥風量進行分配，有效提高原料的干燥效率以及解決風量不均引起的干燥問題。保溫功能可避免原料過度干燥且經(jīng)測試驗證在保溫狀態(tài)下的節(jié)能效果。本文驗證的模組化除濕干燥組合的分子篩蜂巢的性能以及風門組件和保溫功能實用性，為原料的除濕干燥提供了有效的參考數(shù)據(jù)。