模组化干燥除湿技术的研究与应用

吴峻睿，谢仲铭，谢锦伟，王立斌

（东莞信易电热机械有限公司，广东东莞 523792）

0 引言

注塑产品目前运用广泛，市场需求不断扩大，而市场上的一台除湿机搭配多个干燥料桶的应用越来越广泛，在一对多的生产模式中由于干燥料桶存在距离和容量差异，干燥原料不同等条件差异导致每个干燥料桶需求的干燥风量也不相同，除湿机提供的干燥风往往无法满足每个干燥料桶的干燥风量需求，当干燥风量过大则会导致原料过度干燥影响产品强度，干燥风量过小时则导致干燥不完全同样影响产品不良率。当注塑机需要维护或调整造成产线暂停生产时，持续干燥则会导致注塑原料过度干燥，避免注塑原料持续干燥通常采用停止干燥，由于设备维护的时间往往无法预计导致产线恢复时需要对注塑原料重新干燥才能使用。注塑原料重新干燥无法马上生产既浪费时间也增加能耗重新升温，造成时间和能耗的浪费。

针对上述情况，一对多的生产模式中要满足各个干燥条件不同的干燥料桶需要配置不同的干燥风量，以及避免生产线暂停避免对原料的过度干燥或停止干燥造成的成本损失。本文的模组化除湿干燥组合通过改变干燥风量的方法进行测试是否满足生产需求，验证降低干燥风量和干燥温度对原料过度干燥的影响；产线暂停时采用降温降干燥风量的方式对注塑原料进行保温。

1 设备工作原理

本文研究的模组化除湿干燥组合，由一台除湿机主机搭配若干个干燥料桶，除湿主机产生低露点的干燥风提供给若个干燥料桶，利用风量管理系统根据预设的配置或干燥料桶排风温度调整风门调节装置，从而实现风量配给。

模组化除湿干燥组合原理如图1所示。除湿主机部分，吸风经回风过滤器1至干燥风机2产生高压风量进入冷却器3降温后被蜂巢转轮4进行水分吸附达到除湿效果，产生干燥出风。吸风经再生过滤器5至再生风机6和再生电热7产生高温风将吸附水分饱和的蜂巢转轮4水分脱附排出，再生完成后蜂巢转轮4可继续吸附水分，通过转轮电机8带动蜂巢转轮4不断循环吸附和再生。干燥料桶部分，干燥出风经过各个干燥料桶的风门装置9调整风量后经干燥电热10形成高温干燥风进入到干燥料桶11中对原料进行干燥。干燥料桶11出风从A处排出，同时A处配有温度检测器用于检测排风温度，每个干燥料桶A处排风汇集后进入除湿主机的回风过滤器1中回收处理，形成密闭循环回路。

图1 模组化除湿干燥组合原理

2 设备的型号搭配

模组化除湿干燥组合没有固定配置，虽然配置了风量管理系统，可根据料桶容量调整干燥风量，但仍然需遵循《转轮式塑料干燥机》JB/T 12789-2016中干燥料桶容积和干燥风机风量搭配原则。结合实际机型，具体干燥料桶容量搭配风量如表1所示，干燥料桶在满足对应的风量以及料桶容量和两个条件下都可以随意搭配或扩展。

表1 干燥料桶与风量搭配规格

3 设备机构和性能分析

模组化除湿干燥组合整体结构和配置延用以前的除湿干燥组合，根据代咪咪等[1]提出的不同干燥剂转轮的除湿性能和方玉堂等[2]提出的转轮除湿机吸附材料的研究进展，蜂巢转轮的干燥剂材质采用全分子筛作为干燥剂，结合张学军等[3]提出的蜂窝式转轮除湿性能参数优化和沈勇等[4]提出的各种因素对转轮除湿机性能影响的分析，提高除湿主件的吸附效果以稳定机器性能[5]；每个干燥料桶都配置风门组件，风门组件由控制装置和旋转阀片组成，系统预设配方自动计算干燥料桶所需风量并通过实时检测风量对旋转阀片进行调整，保证除湿主机能够为每个干燥料桶提供最佳风量；每个干燥料桶都配有排风温度检测，当排风温度达到预设温度，系统将自行调整风门组件将风量降低40%，同时对应干燥料桶的干燥温度降低30℃进行保温状态，可避免塑胶原料干燥时间过长影响产品质量，同时具有节能效果，当排风温度低于预设温度时干燥风量和干燥温度将自动还原。模组化除湿干燥组合除湿主机结构与干燥料桶结构分别如图2～3所示。

图2 模组化除湿干燥组合除湿主机结构

图3 模组化除湿干燥组合干燥料桶结构

3.1 蜂巢除湿性能测试分析

测试方法[6]：使用SD-200H-SM4搭配MHD-80U和MHD-120U空桶测试，在相同工况下分别测试全分子筛蜂巢和半矽胶半分子筛蜂巢进行性能对比，当再生温度达到180℃[7]后30 min开始记录1 h露点值变化，每间隔5 min记录一次，以露点性能曲线作为判断依据[8]。

测试条件：工况1，环境温度25℃，相对湿度60%，干燥温度设定120℃，再生温度设定180℃，冷却水温度27℃，压力2 kgf/cm²，流量15 L/min；工况2，环境温度30℃，相对湿度70%，干燥温度设定120℃，再生温度设定180℃，冷却水温度27℃，压力2 kgf/cm²，流量15 L/min。

测试结果如图4所示。

图4 蜂巢对比测试结果

测试结果分析：通过工况1和工况2的露点曲线对比，分子筛蜂巢除湿性能相对较差和稳定性好。而半矽胶半分子筛蜂巢除湿性能较好但稳定性差。虽然两种蜂巢在两个不同工况下测试的露点都是合格的，但考虑机器会在各种不同工况的条件下工作，在保证除湿性能满足的条件下优先选用稳定性较好的分子筛材质蜂巢。

3.2 干燥性能测试分析

根据客户提供生产信息并结合现代塑料手册[9]，对模组化除湿干燥组合的风量控制和干燥性能进行测试判定[10]。客户提供产线信息如下：PBT颗粒原料，产量为14 kg/h，干燥温度设定120℃，干燥时间为4 h；PA颗粒原料，产量为13 kg/h，干燥温度设定75℃，干燥时间为6 h；PET颗粒原料，产量为17 kg/h，干燥温度设定160℃，干燥时间为6 h。

根据计算，80 L干燥料桶可满足PBT颗粒原料，风量需求为33.6 m³/h；120 L干燥料桶可满足PA颗粒原料，风量需求为39 m³/h；120 L干燥料桶可满足PET颗粒原料，风量需求为59.5 m³/h。

测试机型SD-200H-SM4搭配一个MHD-80L和两个MHD-120 L，80 L干燥料桶装PBT原料，1号120 L干燥料桶装PA66原料，2号120 L干燥料桶装PET原料。料桶总容量和为80+120+120=320(L)，料桶总风量和为33.6+39+59.5=132.1(m³/h)，对应风量选用200 m³/h机型。

测得风量和含水率数据如表2所示。

表2 模组化除湿干燥组合干燥性能测试数据

测试结果分析：测试结果测得风量值与风量计算值接近，证明风门组件能够根据系统预设的产量自行计算所需风量值并且作出调整。含水率要求参考苏有福等[11]工程塑料颗粒的干燥，并按照测试计划严格执行。测得含水率符合含水率要求，该机器的配置能够满足对应的生产需求。

3.3 保温功能的节能测试分析

测试工况沿用上述客户提供的产线信息，模拟机器正常生产6 h后暂停生产2 h的耗电量。测试机型SD-200H-SM4搭配一个MHD-80 L和两个MHD-120 L。80 L干燥料桶装PBT原料，干燥温度设定120℃，产量14 kg/h；1号120 L干燥料桶装PA66原料，干燥温度设定75℃，产量13 kg/h；2号120 L干燥料桶装PET原料，干燥温度设定160℃，产量17 kg/h。测得机器每小时耗电量数据如表3所示（测试境温度25℃，湿度60%）。

表3 排风功能每小时能耗对比

测试结果分析：测试结果与理论计算接近，开启保温功能机器暂停生产后自动降下风量和干燥温度能有效减小耗电量，开启保温功能后产线暂停生产时机器进入保温状态节能效果可达20%～25%。

4 结束语

通过对分子筛蜂巢对比测试，确认分子筛蜂巢作为吸附剂具有更高的除湿性能稳定性，配置再生风机和再生电热通过减速电机带动分子筛蜂巢转动循环，持续提供稳定低露点的干燥风。采用固态接触器替代机械式接触器，提高接触器使用寿命同时消除接触器粘死导致持续升温引发安全隐患。高压风机提供足够的风压能够对原料干燥更加均匀，减小原料干燥不良的现象。每个干燥料桶斗配置独立的温度控制器且与除湿主机控制器连接，方便查看设定的干燥温度避免干燥温度设定错误，采用重载接头的连接方式可方便安装拆卸和检查维修。

通过在控制界面输入原料每小时的用料量，系统自动计算出干燥料桶的最佳风量并通过风门组件控制干燥料桶的干燥风量。模组化除湿干燥组合使用该项技术能够根据每个干燥料桶的不同风量需求进行配置，即使搭配多个料桶也能够保证足够的风量，避免受干燥料桶的容量和产量影响导致干燥风量不足或干燥风量过大引起的原料干燥不良。

通过检测排风温度判断干燥料桶中的原料干燥情况。当检测到排风温度达到预设温度判断原料干燥完全系统将自动降下风量和干燥温度进入保温状态，适用于产线暂停生产，有效避免原料长时间过度干燥导致注塑产品强度性能下降，进入保温状态同时能够达到节能效果。

本文研究的模组化除湿干燥组合，参考了传统的除湿机和原料干燥技术，通过测试进一步确认分子筛蜂巢和半矽胶半分子筛的特点，对传统结构和技术进行改良。使用科学的计算方式计算出干燥料桶的风量需求，使用风门组件对干燥风量进行分配，有效提高原料的干燥效率以及解决风量不均引起的干燥问题。保温功能可避免原料过度干燥且经测试验证在保温状态下的节能效果。本文验证的模组化除湿干燥组合的分子筛蜂巢的性能以及风门组件和保温功能实用性，为原料的除湿干燥提供了有效的参考数据。