干湿复合机干燥规律与进排风合理调节

干法复合机干燥规律与进排风量的合理调节

摘编自《广东包装》2012年03月第二期
作者：伍秋涛
　　干法复合机干燥装置，一般采用电加热器，经烘箱（烘道）喷嘴，将热空气通过缝状喷嘴以一定速度吹到已涂布胶黏剂的塑料薄膜上，使粘合剂中的溶剂挥发干净。如图1所示。干燥不彻底不仅会使复合材料发粘打皱、牢度不良、有气泡等故障，而且残留的溶剂会产生异味，不符合食品包装卫生标准。

　　干燥烘箱分三段工作：蒸发区、硬化区和排除异味区。现在的中高档干式复合机的烘箱干燥设计一般分为三段、四段或五段烘箱。下面以某五段烘箱的干式复合机中排风管内空气的浓度变化趋势，分析一下干式复合机的干燥过程。
　　
　　一、实际检测数据
　　1、复合机的进排风状态检测
　　该干式复合机的进排风烘箱结构如图2所示，设备的干燥风量状态见表1。

表1 干式复合机的干燥风量状态

	1区	2区	3区	4区	5区	备注
风咀风速m/s	8.5/11.4/9.8	7.8/8.4/7.4/7.4	9.0/10.3/8.8/ 8.7	6.0/10.2/8.9/ 7.0	8.1/6.3/8.0	理想风咀风速在8～15m/s
进风口风速,m/s	18.5/20.4/18.9	15.1/14.3/13.4	15.5/16.1/15.6	12.5/13.5/12.3	9.7/10.3/10	进风口面积:15.2×25mm2
风压状态	入口	+1.5/+1.1	给风机功率	3786m3/h×5	排风口面积	300×300cm2
	出口	-3.3/-3.6	排风机功率	8489m3/h	排风口风速	21m/s

注：设备一区无回风管，二区到五区均有回风管但无控制阀门。
　　2、乙酯的浓度检测
　　820mm的消光OPP印刷膜涂胶复合，抽取1ml的排风管中的气体用气相色谱仪检测其乙酯的
　　含量，各排风管中乙酯含量如表2所示。涂布工艺：某低粘度高固含量双组分酯溶性聚氨酯胶粘剂，上胶量2.3g/m2，工作浓度33%，机速110m/min，干燥温度设定（一区→五区）：50、60、65、70、75℃。

表2 排风管中乙酯浓度数据

检测部位	乙酯浓度，104×mg/ml	检测部位	乙酯浓度，104×mg/ml
胶盘上区	259.08	三区（上）	8.445
一区（上）	101.6	三区（下）	7.819
一区（下）	45.57	四区（上）	2.148
二区（上）	20.464	四区（下）	2.009
二区（下）	16.267	五区（上）	0.854
		五区（下）	1.3015

将表2中数据与图2中的在烘箱中的位置对应作图3。从图3中，可以很直观地观察到干式
复合过程时烘箱中干燥介质（空气）中乙酯含量的基本变化趋势。
　　二、干式复合干燥过程分析
　　1、干燥温度的设定规律
　　从表2中可看出，在涂胶膜进入烘箱中的第一区干燥介质的乙酯浓度（与另四区段相比）最高，这也说明复合机第一区干燥温度设定不能太高（一般不能高于65℃）。因为温度过高，胶层表面的溶剂快速挥发而结皮反而抑制了内层溶剂在后几区干燥段的逸出。而且温度应按梯度逐渐升高的规律设定，目的是加速硬化区和排除异味区胶层溶剂的扩散挥发，减少薄膜内的溶剂残留。

　　2、溶剂的燃爆浓度水平设计
　　溶剂的体积爆炸浓度分上限和下限，处于上下限之间的浓度都会引起爆炸。爆炸浓度下限是干燥器设计的重要标准，用LEL 表示时，LEL100 就是爆炸浓度下限，LEL25是复合机干燥的设计基准。表3列出了乙酸乙酯的体积爆炸浓度。
表3 乙酯的体积爆炸浓度

爆炸浓度（体积%）		LEL100		LEL50		LEL25
上限	下限	每m3气体含溶剂	溶剂蒸汽体积比例	每m3气体含溶剂	溶剂蒸汽体积比例	每m3气体含溶剂	溶剂蒸汽体积比例
9%	2.5%	153g	2.5%	76g	1.3%	38g	0.6%

　　表2中胶盘上方的乙酯浓度为259．08×104×mg/ml =25.9 g/m3，干燥一区（上）的乙酯浓度为101．6×104×mg/ml =10.1 g/m3，是整个干燥系统中乙酯浓度相对最高的部分。当然其乙酯浓度将随涂布宽度、上胶量的大小、环境温度、机速的增加而上升，随胶液工作浓度的减少而上升。因而计算复合机的溶剂LEL水平时不能以总的进排风量计算，而要考虑局部最高点的LEL水平。
　　3、进排风量的调节规律
　　在干燥过程的蒸发区进排风量阀门应开到最大，且关闭回风阀门。而在干燥的硬化区和排除异味区可适当增加回风量，可节省部分能耗。在图2中的一二区基本属于蒸发区、三区属于硬化区、四五区属于排除异味区，进排风的调节应遵循干式复合干燥速率变化的规律。
　　进行风量调节时，应使排风量略大于进风量，使整个复合机的烘箱应保持－0.5～2.5m/s的空气负压（每一段烘箱都应调节到保持一定的负压），烘箱中的热空气才不致于溢出到车间环境中。
　　4、干燥风量的循环利用
　　由表2计算，第五区乙酯浓度只有第二区乙酯浓度的5.8%，第四区乙酯浓度只有第一区乙酯浓度的2.8%，特别是第五区（上）的乙酯浓度已接近于环境空气中的乙酯浓度水平。如果能将干式复合机排除异味区的风量在复合机的蒸发区回收利用，将极大地减少现有干式复合机的干燥能耗（可减少30%以上）。现有的干式复合机在设计上，都是仅在单独的干燥区段利用了一部分回风，而所有排风管中的部分直接由总排风机排出，这样不仅排除异味区的风量回收利用率低，同时增加了排风机的功率消耗。实际上胶盘上区和蒸发区的挥发的溶剂含量占了整个干燥过程的95%以上，针对这段进行溶剂回收将更有效率。
　　这种设计思路，最近在一些干法复合机上得到了应用，如图4所示，该复合机将第三段的排风直接引入到第一段，作为第一段的进风来使用，这样既不影响产品质量，还起到非常好的节能设计效果。因为干法复合机第三段排风中的溶剂含量已相当低，基本接近于车间环境中的溶剂浓度水平，同时热风的温度在70～85℃之间，引入到第一段作为进风使用时，由于这部分进风的温度高于第一段的设定温度约15℃，这样第一段只需要很少的加热能耗了。如果将烘箱中末段热风直接排入大气或仅在该段部分回风利用，将是极大的能源浪费。

　　

5、复合干燥过程中蒸发区、硬化区、排除异味区划分的相对性
　　复合干燥过程中的蒸发区、硬化区、排除异味区只是对其干燥过程的理论划分，不是简单的对应于干燥烘箱的前段、中段和末段，其各区的长度根据具体的设备、生产条件而变化，理想的情况是能与干燥烘箱的前段、中段和未段相对应，再与合适的梯度干燥温度相配合，将达到良好的干燥效果。
　　有的复合机进排风量严重不足或进风口堵塞或调节不当，虽然干燥温度也是按三段的梯度温度设定的，但实际上在干燥的末段时，其干燥介质中的乙酯浓度仍较高，远不能达到排除异味的要求，或者说只经过了硬化区就进入了复合部位进行了复合，也就是说在烘干的末段还处于硬化区，但对应的是理论上的排除异味区的温度。这种情况属于实际干燥过程中蒸发区、硬化区、排除异味区不能与干燥烘箱的前段、中段、末段相对应，这样就会导致溶剂残留增加。所以说，干法复合机的干燥效果不仅与梯度温度的设定有关，更重要的还在于进排风量的优化调节。

由于国家对残溶要求越来严格，近期又有消息称检测残溶的方法要变更，从原来80℃，30分钟变更为100℃，60分钟，而且残溶总量不得高于5mg/m2，所以需要对残溶格外关注，我司针对此问题对机器做了一系列改造，增加了各区进出风量和温度的监控，增加了压力表，保证烘箱微负压。

回复 yuyu 的帖子

我觉得，国家知道必须要实现产业升级了，估计升级里面有一部分就是将标准提高，卡掉一些低层次的企业，这样将市场让给更具有实力更健康的企业。

极有营养的好贴

一直想找这种文章太及时了，非常感谢！