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品強度，干燥風量過小時則導致干燥不完全同樣影響產品不良率。當注塑機需要維護或調整造成產線暫停生產時，持續干燥則會導致注塑原料過度干燥，避免注塑原料持續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，利用風量管理系統根據預設的配置或干燥料桶排風溫度調整風門調節裝置，從而實現風量配給。

模組化除濕干燥組合原理如圖1所示。除濕主機部分，吸風經回風過濾器1至干燥風機2產生高壓風量進入冷卻器3降溫后被蜂巢轉輪4進行水分吸附達到除濕效果，產生干燥出風。吸風經再生過濾器5至再生風機6和再生電熱7產生高溫風將吸附水分飽和的蜂巢轉輪4水分脫附排出，再生完成后蜂巢轉輪4可繼續吸附水分，通過轉輪電機8帶動蜂巢轉輪4不斷循環吸附和再生。干燥料桶部分，干燥出風經過各個干燥料桶的風門裝置9調整風量后經干燥電熱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，可根據料桶容量調整干燥風量，但仍然需遵循《轉輪式塑料干燥機》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，根據代咪咪等[1]提出的不同干燥劑轉輪的除濕性能和方玉堂等[2]提出的轉輪除濕機吸附材料的研究進展，蜂巢轉輪的干燥劑材質采用全分子篩作為干燥劑，結合張學軍等[3]提出的蜂窩式轉輪除濕性能參數優化和沈勇等[4]提出的各種因素對轉輪除濕機性能影響的分析，提高除濕主件的吸附效果以穩定機器性能[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閥片組成，系統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閥片進行調整，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，系統將自行調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，可避免塑膠原料干燥時間過長影響產品質量，同時具有節能效果，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[8]。

測試條件：工況1，環境溫度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定性好。而半矽膠半分子篩蜂巢除濕性能較好但穩定性差。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先選用穩定性較好的分子篩材質蜂巢。

3.2 干燥性能測試分析

根據客戶提供生產信息并結合現代塑料手冊[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線信息如下：PBT顆粒原料，產量為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，產量為17 kg/h，干燥溫度設定160℃，干燥時間為6 h。

根據計算，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。料桶總容量和為80+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據如表2所示。

表2 模組化除濕干燥組合干燥性能測試數據

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系統預設的產量自行計算所需風量值并且作出調整。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需求。

3.3 保溫功能的節能測試分析

測試工況沿用上述客戶提供的產線信息，模擬機器正常生產6 h后暫停生產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℃，產量14 kg/h；1號120 L干燥料桶裝PA66原料，干燥溫度設定75℃，產量13 kg/h；2號120 L干燥料桶裝PET原料，干燥溫度設定160℃，產量17 kg/h。測得機器每小時耗電量數據如表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，開啟保溫功能后產線暫停生產時機器進入保溫狀態節能效果可達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動循環，持續提供穩定低露點的干燥風。采用固態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升溫引發安全隱患。高壓風機提供足夠的風壓能夠對原料干燥更加均勻，減小原料干燥不良的現象。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將自動降下風量和干燥溫度進入保溫狀態，適用于產線暫停生產，有效避免原料長時間過度干燥導致注塑產品強度性能下降，進入保溫狀態同時能夠達到節能效果。

本文研究的模組化除濕干燥組合，參考了傳統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測試驗證在保溫狀態下的節能效果。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據。