聚合物除湿干燥方式的选择

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摘要：文章介绍了国内常见的几种气流干燥方式，如冷冻除湿、转轮除湿和分子筛除湿等，提出不同要求的除湿方案设计。供大家参考。

关键词：除湿；露点；气流干燥；分子筛；蜂巢转轮

中图分类号 ： M 1.T929 文献标识码：A

1干燥机理

原料的干燥实质是用加热的方法，使原料含水率降低的过程。干燥的速率主要取决于干燥温度、干燥时间以及外界的水蒸气分压。由于聚合物在高温下会发生氧化降解，而干燥时间又不能无限延长，所以在保证适当的干燥温度和基本的干燥时间前提下，最重要的是降低干燥介质的水蒸气分压，即减小进入干燥筒空气的湿含量。

2干燥方式的对比

目前工业上普遍采用的干燥形式主要分两大类：气流干燥和真空干燥。我国近年来引进的BOPET、BOPA、BOPP等薄膜生产线和一些纺丝生产线普遍采用了气流干燥的形式。

真空冷冻干燥就是将含水物料冻结后，置于真空环境下，并供给一定的热量，使物料中的冰直接升华并排走，从而除去物料的水分，获得干制品的一种方法。真空干燥的投资较大，并且多属于间歇生产，批次之间含水量有波动，生产能力不是很高，一般用于小批量干燥。一些大型的聚合物加工企业基本上都采用了气流干燥。

2.1冷冻除湿

冷冻除湿是将空气冷却到露点温度，使空气中的水蒸气冷凝成水。冷态下饱和的空气在加热后湿含量就不再饱和，因而可以除去物料中的水分。冷却温度越低，空气露点就越低，空气湿含量就越低。但露点受冷却温度的制约，所以冷冻干燥一般用干燥要求不高的场合，也可用作空气的预干燥。

为了加强冷冻干燥的效果，有时利用压缩空气冷冻除湿。其原理是利用压缩空气提高水蒸气分压，使空气中水蒸气呈饱和状态而析出，通过冷却再降低露点。0.8MPa的压缩空气，冷却到2℃，常温下露点可达到-20℃。如果用7℃的冷却水冷却0.8MPa的压缩空气，可以冷却到10℃，常温下气体露点可到-17℃。可以看出，冷却温度从10℃降到2℃，露点温度相差并不很大。

2.2转轮除湿

转轮除湿的优点在于寿命长，一般七至八年，空气洁净度高。但由于不停的在转动中冷却再生，再生不受实际需要的控制，所以存在转动部分容易出现机械故障和能耗较大的缺点，德国摩丹公司的实验结论，固定分子筛装置比转轮方式节电38.1% 。并且密封不好时，容易出现干湿空气短路引起露点波动的问题。尽管转轮生产厂家的说明书上都写着可以把空气露点降低到-40℃，但从国内一些厂家的经验看，实际露点一般在-20℃左右，有些聚酯厂家将转轮除湿方式改造成了分子筛形式。

2.3硅胶和铝胶除湿

硅胶是一种坚硬多孔的固体颗粒，分子式SiO2·mH2O。硅胶根据其孔径的大小分为：细孔硅胶、B型硅胶等类型。由于孔隙结构不同，因此他们的吸附性能各有特点。粗孔硅胶在高相对湿度环境中有高的吸附量，而细孔硅胶在低相对湿度环境中其吸附量高于粗孔硅胶。B型硅胶由于孔隙结构介于粗细孔之间，其吸湿能力也介于粗细孔之间。硅胶干燥剂主要选用细孔和B型硅胶作为原料。作为干燥剂，它的微孔结构（平均为2A）对水分子具有良好的亲和力。硅胶最适合的吸湿环境为室温（20℃～32℃）、相对湿度（60%～90%RH），它能使环境的相对湿度降低至40%左右。铝胶分子式Al2O3， 是一种白色多孔性物质，孔分布均匀。吸附比表面大，强度高，吸水性强等。吸湿深度高于硅胶，和分子筛配合使用可以达到较好的吸湿效果，三分之一的铝胶和三分之二的分子筛配合使用，常压空气露点可以达到-40℃。

硅胶和铝胶的吸附容量都较大，当空气相对湿度较高时，先用硅胶或铝胶吸附具有很大的优越性。但当气体水分含量较低时，这两种吸附剂的吸附能力就急剧下降，对于含水量较高的气体，最好先用硅胶或铝胶进行预干燥，残余水分的去除则由分子筛来完成。

2.4分子筛除湿

分子筛的除湿深度较高，经分子筛除湿后的空气露点可达-60℃，甚至-80℃。分子筛吸附可用加热的方法再生，脱湿较为彻底，也可以用氢气或氮气等气体加热后作为再生载气，也可以采用无热再生变压吸附。

分子筛长期使用会潮解.粉化，应在粉化之前予以更换，以免粉末混入压缩空气中。另外由于分子筛长期处于压力下工作，分子筛之间会经常碰撞，磨擦，造成分子筛破碎。分子筛极易吸湿，保存时不应直接暴露在空气中，应该放置于干燥处。存放时间较长的并已经吸潮的分子筛，在使用前应进行再生。分子筛忌油及液态的水，油能堵塞分子筛的孔穴。特别是再生时，有可能使油份碳化，造成孔穴的堵塞。对含有油份的气体，应先将油-气，油-水分离后，再进入分子筛塔。由于分子筛在吸附水分时有热量放出，液态水直接与分子筛接触会有大量的热放出，可能发生危险，或破坏分子筛的性能。带压工作的分子筛塔在进行再生切换时，应缓慢地将塔的内压降下来。如降压速率太快，可能导致分子筛颗粒破碎粉化。再生温度越高，则再生越完全，但同时再生的能量消耗也越大，且分子筛子的寿命也可能因此而缩短。

2.5方案选择

由于各种聚合物对水分的要求不一样，也就有了不同的干燥方案：（1）压缩空气+无热再生分子筛除湿；（2）压缩空气冷冻除湿；（3）常压空气转轮除湿；（4）常压空气分子筛除湿；（5）常压空气预除湿+分子筛除湿。

方案（1）一般作为压缩空气除湿，其露点在-20℃以下；方案（2）露点一般在-15℃以下；方案（3）露点一般在-20℃左右；方案（4）露点一般在-40℃以下；方案（5）露点一般在-60℃以下。可以根据干燥物料的水分要求，选择适宜的干燥方案。

总之，目前国内双向拉伸尼龙膜生产线幅宽都是4.2米，速度在180-200m/min，其再生料的除湿一般选择方案（4），即常压空气分子筛除湿，露点在-40℃左右，分子筛选用4A（钠型），即可满足生产要求。

参考文献

[1]尹燕平主编. 双向拉伸塑料薄膜[M]. 北京：化学工业出版社，1999.

[2]徐心华等. 涤纶长丝生产[M]. 北京：纺织出版社，1989.