ИССЛЕДОВАНИЕ ПРОЦЕССА СУШКИ ПЭТ-ГРАНУЛЯТА КАК ОПРЕДЕЛЯЮЩЕГО ДЛЯ ДАЛЬНЕЙШЕГО ТЕХНОЛОГИЧЕСКОГО ЦИКЛА ИЗГОТОВЛЕНИЯ ПЭТФ-ТАРЫ

Пристайлов С.О.¹, Власюк С.А.²

¹Доцент, кандидат технических наук, Национальный технический университет Украины «КПИ»; ²Студент, Национальный технический университет Украины «КПИ»

ИССЛЕДОВАНИЕ ПРОЦЕССА СУШКИ ПЭТ-ГРАНУЛЯТА КАК ОПРЕДЕЛЯЮЩЕГО ДЛЯ ДАЛЬНЕЙШЕГО ТЕХНОЛОГИЧЕСКОГО ЦИКЛА ИЗГОТОВЛЕНИЯ ПЭТФ-ТАРЫ

Аннотация

В статье исследовано влияние основных факторов: диаметра гранул, температуры процесса и времени сушки на динамику изменения влагосодержания высушиваемого гранулята.

Ключевые слова: полиэтилентерафталат, сушка гранулята, математическая модель, ПЭТФ-тара.

Pristaylov S.O.¹, Vlasiuk S.O.²

¹Associate Professor, Ph.D., National Technical University of Ukraine "KPI"; ²Student, National Technical University of Ukraine "KPI"

RESEARCH OF DRYING PET GRANULATE AS CENTRAL TO FURTHER TECHNOLOGICAL CYCLE OF PET CONTAINERS

Abstract

The article consideres research of the influence of pellet diameter, temperature of the drying process and time on moisture content of dried granulate.

Keywords: Polyethylene terephtalate, granules drying, mathematical model, PET packaging.

1. Введение

Полиэтилентерефталат (ПЭТФ) - один из самых массовых полимерных материалов, используемых для бытовых и технических целей. Шестидесятилетняя история развития производства полимерных материалов на основе ПЭТФ включает разработку как методов "прямой" переработки расплавов полимера непосредственно после синтеза, так и через стадию получения "гранулята" [1]. В настоящее время более 80% изделий на основе этого полимера изготавливается с использованием стадии гранулирования.

2. Постановка проблемы

Ряд проблем, определяющих выбор оптимальных условий подготовки гранулята ПЭТФ к формированию, остается недостаточно изученным [2]. Одной из них, технологически весьма существенной, является изучение влияния размеров частиц на процесс сушки гранулята ПЭТФ, а также оптимальных условий процесса.

Аппаратурное оформление сушки гранулята на предприятиях [3], производящих различные изделия на основе ПЭТФ, очень разнообразно, но в основном реализовано в аппаратах непрерывного действия. При этом происходит глубокое (до 0,005%) удаление влаги из полимера, что обеспечивает стабильность дальнейшего технологического процесса [4]. В связи с этим систематическое изучение аспектов непрерывного сушки гранулята разного размера и разработка на этой основе соответствующих рекомендаций является важной и актуальной задачей.

3. Анализ полученных данных

На экспериментальной сушильной установке типа «пьяная бочка» был проведен [5] ряд опытов (8 серий опытов с 4-кратным дублированием, следовательно всего 32 опыта) со следующими варьируемыми величинами: диаметром гранул (d), температурой сушки (T) и временем (τ), которое требуется для достижения необходимого уровня влагосодержания. Границы варьирования параметров: диаметр (d) - 2,98 ... 4,16 мм, интервал варьирования 0,59 мм, температура (T) - 140 ... 180 ° C, интервал варьирования 20 ° C; время (τ) - 175 ... 415мин, интервал варьирования 120мин.

Графически результаты изучения изотермической сушки гранул ПЭТ представлены на рис. 1, 2, 3.

Рис. 1 - Продолжительность сушки гранулята в зависимости от размера гранул при температуре T = 140°C

Рис. 2 - Продолжительность сушки гранулята в зависимости от размера гранул при температуре T = 160°C

Рис. 3 - Продолжительность сушки гранулята в зависимости от размера гранул при температуре T = 180°C

4. Анализ математической модели процесса

Характер уменьшения влагосодержания высушиваемого гранулята является нелинейным, в интервале 0,25-0,03% наблюдается резкое уменьшение уровня влагосодержания, а затем скорость сушки уменьшается, приближаясь к нулю (рис.1, 2, 3). Посему было решено строить математическую модель в виде степенной функции [6]. Было получено уравнение регрессии, влияние на него коэффициентов показан на рис.4:

 

Рис. 4 - Влияние коэффициентов математической модели на влагосодержание гранулята, W,%

Адекватность эксперимента определяется величиной дисперсии неадекватности, которая не превышает 10% (в нашем случае она составляет 0,03%). Итак, построенная математическая модель адекватно описывает эксперимент.

Было построена математическая модель, адекватная процессу сушки ПЭТФ-гранулята в зависимости от диаметра гранул, температуры и времени сушки, которая в виде степенной функции может быть представлена ​​следующим образом:

5. Выводы

Было получено уравнение отклика процесса сушки ПЭТФ-гранулята и на его основе разработана математическая модель процесса, представленная ​​в виде степенной функции. На выходе получены следующие результаты:

• Динамика сушки гранулята практически не зависит от размера высушиваемого гранул;

• Для достижения необходимого влагосодержания при сушке гранул разного диаметра достаточно 4-х часов, и с точки зрения технологического процесса для достижения 0,01% < W < 0,005%  время в 4 часа является оптимальным для сушки гранул любого размера, ведь в таком случае исчезает риск остатка недосушенного материала;

• Процесс сушки ПЭТ-гранулята имеет нелинейный характер, что может быть связано с сочетанием внешней и внутренней задачи влагопереноса.