Lezing op 24 september 2008 tijdens de Kunststoffenbeurs in Veldhoven
DROGEN
‘Het energiezuinig drogen van hygroscopische thermoplasten; geen gebakken lucht!’
Spreker: Jurgen Koolhaas
Waarom kunststoffen drogen? • Vrijwel alle technische kunststoffen zijn hygroscopisch en absorberen vocht uit de omgeving
DROGEN
• Het vocht wordt chemisch gebonden aan de moleculen van de polymeren tot in de kern van de korrels. • Door de sterke binding van het vocht is er veel energie nodig om deze verbinding te verbreken.
Problemen bij de verwerking van ongedroogde technische kunststoffen • Verlies van mechanische eigenschappen doordat vocht/water in het product gevangen blijft
DROGEN
• Verlies van optische kwaliteit; water veroorzaakt melkachtige strepen • Grote toleranties in de maatvoering doordat het expanderende water/stoom voor holtes zorgt.
Oplossing : het materiaal drogen/ontvochtigen voor verwerking!
Bekende droogprocessen • Vacuüm drogen, (niet te verwarren met lage druk drogen /LPD=droger) • Drogen met infraroodlampen
DROGEN
• “Drogen” met warme lucht • Drogen met verwarmde en ontvochtigde lucht = vochtabsorptiedroger
Parameters voor een goede droging • •
DROGEN
• • •
Dauwpunt van de lucht waarmee gedroogd wordt. Deze moet lager dan -30 ºC zijn. Voldoende luchtdebiet. Elk materiaal heeft een eigen specifiek benodigd luchtdebiet voor droging. Ligt doorgaans tussen 1-3 m3/kg Droogtemperatuur. De meeste kunststoffen worden gedroogd bij een temperatuur tussen 70-160 ºC. Luchtverdeling. De lucht moet zich gelijkmatig verdelen door het materiaal tijdens het droogproces. Droogtijd. Deze tijd wordt bepaald door: – Beginvochtpercentage. Ligt doorgaans tussen 1-0,1%. – Restvochtpercentage. Dit ligt doorgaans < 0,02% (200 ppm). Voor PET ligt dit percentage op 0,003-0,005% (30-50 ppm).
Vochtmeetsysteem
DROGEN
Voor het bepalen van de juiste droogtijd is het meten van het vochtpercentage essentieel:
AQUATRAC van Brabender Messtechnik
Drogelucht drogen Een drogelucht droogsysteem bestaat uit 2 hoofdcomponenten:
DROGEN
Droogtrechter
Drogelucht generator
DROGEN
Principe drogelucht droger
Dimensioneren van een droger • Bepalen van maximaal materiaalverbruik
DROGEN
• Bepalen van de te drogen materiaalsoorten • Berekenen van het ‘worst case scenario’; Het drogen van het moeilijkste materiaal bij het grootst mogelijke verbruik.
Rekenvoorbeeld
• Max. verbruik van de machine bedraagt 25 kg/h • Materiaalsoorten: bijvoorbeeld ABS, PC en PA.6
DROGEN
• Bepalen droogtijd: resp. 3, 2 en 5 uur • Bepalen specifiek luchtdebiet: resp. 1,7 - 1,3 en 2,2 m3/kg • Bepalen stortgewicht: resp. 0,6 – 0,7 en 0,6 kg/dm3
Rekenvoorbeeld
Het ‘moeilijkste’ materiaal: het drogen van 25 kg/h PA.6 • Inhoud droogtrechter: 25 kg/h x 5 h / 0,6 kg/dm3 = 250 dm3 • Debiet droger: 25 kg/h x 2,2 m3/kg = 55 m3/h
DROGEN
Het ‘makkelijkste’ materiaal: het drogen van 25 kg/h PC • Inhoud droogtrechter: 25 kg/h x 2 h / 0,7 kg/dm3 = 71 dm3 • Debiet droger: 25 kg/h x 1,3 m3/kg = 32,5 m3/h Verschillen tussen beide processen : Droger: 41% Droogtrechter: 72%
Bij een lager materiaalverbruik door de machine zijn de droger en de trechter veel te groot!
Probleemstelling • Bij materialen met een kortere droogtijd ontstaat thermische beschadiging (vergelen) van het materiaal
DROGEN
• Droger levert voor diverse droogprocessen meer lucht dan noodzakelijk • Bij machinestilstand wordt het materiaal ook veel te lang gedroogd, doordat de droger niet reageert • Niet opgenomen warmte uit de trechter wordt in de droger teruggekoeld en belast dus het koelsysteem Kwaliteitsverlies door degeneratie en energieverspilling
Oplossing
DROGEN
• Droger met een variabel luchtdebiet, afhankelijk van de te drogen materiaalsoort en het werkelijke materiaalverbruik door de machine • Meting van de opgenomen warmte in de droogtrechter en het regelen van het luchtdebiet hierop.
Dit is de X-droger van Moretto!
Werking X-droger
DROGEN
• Regeling van het luchtdebiet door een toerentalgeregelde blower, waardoor het debiet instelbaar is en afgestemd kan worden op de werkelijke benodigde hoeveelheid • Anti-stress regeling voor de verminderen van de thermische belasting van het materiaal door het automatisch verlagen van het debiet en temperatuur bij lagere materiaalafname dan ingesteld
DROGEN
Bediening
Via een touch scherm keuze van de materiaalsoort uit de bestaande materialenlijst
DROGEN
Bediening
• Bestaande materialenlijst bevat 32 veel voorkomende materiaalsoorten met bijbehorende droogparameters • Parameters kunnen worden aangepast • Nieuwe / eigen materialen kunnen worden toegevoegd met eigen procesparameters
DROGEN
Bediening
Via een touch scherm invoer van het werkelijke materiaalverbruik van de machine. Alle overige parameters van het droogproces worden automatisch ingesteld. Ook de resterende droogtijd tot start productie is zichtbaar!
Anti-stress regeling • Door meting van het verschil tussen de proces– en de retourluchttemperatuur wordt de hoeveelheid opgenomen warmte bepaald
DROGEN
• Een daling van het verschil betekent dat er minder warmte wordt opgenomen, dus is er minder materiaalafname • Instelbaar verschiltemperatuur ∆T voor de anti-stress regeling per materiaalsoort • Automatische verlaging van het luchtdebiet bij afname van het temperatuurverschil en dus materiaalverbruik
Resultaat : energiebesparing en bescherming tegen degeneratie!
DROGEN
Kosten drogen van 15 kg/h PEEK 50 m3/h - 150°C – 4 uur
DROGEN
Multi-trechter systeem
Problemen multi-trechtersysteem Problemen bij drooginstallatie met een centrale droger met meerdere droogtrechters ¾
DROGEN
¾ ¾
¾ ¾
Dimensioneren van de juiste trechtergrootte per materiaalsoort Dimensioneren van de juiste droger voor het genereren van de gedroogde proceslucht Verdeling van de beschikbare luchthoeveelheid over de verschillende droogtrechters; teveel of te weinig lucht per droogtrechter Het compenseren van de variaties in het werkelijke materiaalverbruik uit de droogtrechters Het beschermen van het materiaal tegen te lang drogen / thermostress bij geringe materiaalafname
DROGEN
Voorbeeld
Voorbeeld Spuitgietafdeling met daarin 9 machines:
DROGEN
• Machine 1-3 : 50 tonners, verbruik 5 kg/h • Machine 4-9 : 100 tonners, verbruik 10 kg/h • Te drogen materialen: ABS, PC, PA.6 • Max. 3 machines gelijktijdig op 1 materiaalsoort, dus max. 30 kg/h per materiaalsoort
Berekening • Droogtrechter 1 voor 3 machines op ABS: 100 dm3 (liter) 30 kg/h * 2 h / 0,6 kg/dm3 = = 51 m3/h 30 kg/h * 1,7 m3/kg
DROGEN
• Droogtrechter 2 voor 3 machines op PC: 86 dm3 (liter) 30 kg/h * 2 h / 0,7 kg/dm3 = = 39 m3/h 30 kg/h * 1,3 m3/kg • Droogtrechter 3 voor 3 machines op PA.6: 200 dm3 (liter) 30 kg/h * 4 h / 0,6 kg/dm3 = 30 kg/h * 2,2 m3/kg = 66 m3/h Maximaal benodigde luchtdebiet : 51 + 66 + (0,5*39) = 136,5 m3/h
Resultaat
DROGEN
Voor deze spuitgietafdeling is dus een drooginstallatie nodig met 3 droogtrechters van resp. 100 / 100 / 200 liter, gecombineerd met een centrale droger met een luchtdebiet van 140 m3/h.
Variabelen • In de praktijk zal deze totale droogcapaciteit (vrijwel) nooit worden gehaald
DROGEN
• De kans dat alle 9 machines gedroogd materiaal verwerken en ook nog eens op met de maximale capaciteit is in de praktijk nihil ! • De droger verbruikt vrijwel het hele jaar door teveel lucht, en dus teveel energie aangezien alle lucht die door de droogtrechters stroomt wordt opgewarmd tot de gewenste droogtemperatuur van resp. 80 / 120 / 80 °C.
Variabelen
DROGEN
• De circulerende lucht zal in de drooginstallatie altijd de weg van de minste weerstand zoeken. • Er zal dus altijd meer lucht door een kleine droogtrechter willen stromen, omdat daar de weerstand kleiner is; laat staan een lege droogtrechter die niet is afgesloten! • De retourlucht uit de droogtrechters zal snel in temperatuur stijgen bij een gering materiaalverbruik / warmteopname.
Variabelen
DROGEN
• De warmt retourlucht (die dus blijkbaar niet wordt opgenomen) wordt in de droger afgekoeld naar ca. 60 °C om goed gedroogd te kunnen worden. • Dit is energievernietiging, en belast ook nog eens onnodig het koelsysteem waarop de droger is aangesloten! (watergekoelde retourluchtkoeler) • Bij de droogtrechter wordt de proceslucht weer opgewarmd naar de ingestelde temperatuur.
Problemen
DROGEN
• Als het materiaalverbruik lager is dan het maximale verbruik waarop de droogtrechter is gedimensioneerd, dan wordt het materiaal te lang gedroogd. • Dit leidt tot thermostress (thermische degeneratie van het materiaal) en een onnodig hoog energieverbruik.
Oplossing
DROGEN
• Droger met een regelbaar luchtdebiet = X-droger • Debietregeling per droogtrechter, afhankelijk van het werkelijke materiaalverbruik = Flowmatik-regeling • Automatische luchtdebietverlaging bij geringe materiaalafname uit een droogtrechter = anti-stress regeling
FLOWMATIK systeem Flowmatik server
DROGEN
droger
droogtrechters
DROGEN
FLOWMATIK luchtregeling
Max. 15 droogtrechters op een centrale droger individueel instelbaar. Stuurt zowel de droger, de droogtrechterverwarmingen als de luchtverdeelkleppen aan.
DROGEN
FLOWMATIK bedieningsveld
Keuze van de gewenste materiaalsoort uit een database
DROGEN
FLOWMATIK bedieningsveld
Keuze van het maximale materiaalverbruik per droogtrechter
DROGEN
FLOWMATIK bewaking
Bij invoer van een te hoog materiaalverbruik uit een droogtrechter volgt een alarmmelding. FLOWMATIK rekent per materiaal de max. droogcapaciteit uit voor de betreffende droogtrechter. De minimale droogtijd wordt hierdoor bewaakt
DROGEN
FLOWMATIK - debietregeling
DROGEN
FLOWMATIK - debietmeting
Venturi debietmeetsysteem per droogtrechter
DROGEN
FLOWMATIK luchtregelkleppen
Luchtregelkleppen voor in- en uitgaande lucht voor elke individuele droogtrechter
DROGEN
FLOWMATIK regeling
Historie van de afgelopen 8 uur van de droogtemperatuur per trechter
Voorbeeld van de mogelijke energiebesparing
DROGEN
Conventioneel droogsysteem met 3 trechters van elk 100 liter
Een conventionele droger met een luchdebiet van 130 m3/h, drie trechterverwarmingen en een retourluchtkoeler hebben een totaal energieverbruik van ca. 6,6 kW bij een gemiddelde droogtemperatuur van 120 °C.
Voorbeeld van de mogelijke energiebesparing
DROGEN
Een Flowmatik regeling zorgt samen met een X-droger voor een grote energie-besparing dank zij een exact luchtdebiet van 110 m3/h. Grafiek voor bij 4 uur drogen op een gemiddelde droogtemperatuur van 120 °C en een stroomprijs van € 0,15 / kWh.
DROGEN
Energiebesparing
Vragen?
DROGEN
• U kunt een Moretto X-droger met FLOWMATIK regeling aan het werk zien op de stand 117 van Kotraco Plastic Machinery in de Genderhal!
Einde presentatie
DROGEN
HARTELIJK DANK VOOR UW AANDACHT!
DROGEN
FLOWMATIK animatie
