干燥的原理

干燥的原理

BM切片干燥设备的特点

▲ PET切片的特性

我们都知道，PET聚合物是由EG （乙二醇）和PTA （对苯二甲酸）作用形成的酯，学名为聚对苯二甲酸乙二醇酯。聚酯合成过程，实际上即二元酸和二元醇脱水缩聚的过程，其主要特征就是聚合物分子链逐步增长，形成分子量高于3000以上的大分子链。下面简单描

述一下聚酯合成的过程：

1、对苯二甲酸（HOCO-A-OCOH ）中有二个羧基（H），其中A 为对苯二甲酸分子式中的苯环不参与反应。

2、乙二醇（HO-B-OH ）中有二个羟基（OH ），其中B为乙二醇分子式中的（CH2CH2）不参与反应。

3、聚合过程中，对苯二甲酸中的羧基（H）与乙二醇中的羟基（OH ）

反应，脱水后成为对苯二甲酸乙二醇酯（HOCO-A-OCO-B-OH ）。

4、对苯二甲酸乙二醇酯中还有一个羧基（H）和一个羟基（OH ），N个对苯二甲酸乙二醇酯相互间的羧基（H）和羟基（OH ）反应脱水，成为聚对苯二甲酸乙二醇酯（H- { OCO-A-OCO-B } n-OH ）。

上述反应过程，可理解为二元酸中的羧基和二元醇中的羟基发生反应脱水后，两分子连接成链，生成了酯。当分子相互间的羧基和羟基不断反应脱水，分子链也就越来越长，从而完成了PET的聚合。

需要特别强调指出的是，聚对苯二甲酸乙二醇酯聚合的过程，也是一个可逆平衡反应的过程。聚合过程中，正反应（聚合）和逆反应

（降解一一分子链断裂）是同时存在的，只不过是由于聚合条件的存在（催化剂、温度等等），正反应远远大于逆反应而已。在聚合完毕，

生产出聚酯切片后，正反应则逐渐减弱，而逆反应（降解）却会在一定条件下逐渐大起来，如在一定温度下（温度越高），特别是在熔融状态下，聚对苯二甲酸乙二醇酯与水会发生剧烈的逆反应（水降解）。因此，在聚酯加工时，严格控制其中的水分，减少切片降解的发生，以提高产品的品质就显得尤为重要。

▲ PET切片干燥的特点

一、切片干燥的作用

如前所述，由于PET分子结构中存在着亲水基因酯基，熔融状态下极易与水发生逆反应（热水解），使分子链断裂，分子量下降，影响拉膜质量，造成破膜等。因此生产BOPET双向拉伸膜时，就必须

严格控制PET切片中的含水率，对于拉膜行业，应保证切片含水在30ppm以内。

此外，对于PET切片这样的结晶聚合物来说，未干燥（结晶）时

其内部结构是无定形的，分子排列为无序的排列方式，其表现为软化点较低，70〜80 C就变软发粘。这样切片熔程变长，由此造成熔体质量不均匀，可塑性差等，影响拉膜质量。

二、切片中的含水

切片中的含水主要包括下面两部分：

1、表面吸附水分一一切片中90%以上都是这些水分，它存在于

切片表面及细孔中。该部分水分在恒速干燥阶段（予结晶阶段），就能很容易地去除。

减少空气中水气的浓度，适当提高干燥温度，采用对流传导及不断更新切片干燥表面等措施提高对流传导系数，是恒速干燥阶段除去大量表面水分的关键因素。

2、切片内部分子间的结合水分当切片中大量的表面水分除

掉后，切片中剩余含水大概有80〜100ppm的微量水分，是以化学键的形式存在

的，是比较难于除掉的，我们称这个阶段的干燥为降速干燥阶段（平衡渗透阶段）。

这个阶段需要在不断建立切片表面和内部水分之间的微压力差的条件下，使水分从内部扩散到表面，进而蒸发，被干燥介质带走。因此切片的脱水需要完成两个平衡，切片内部与表面的平衡，以及切片表面与干燥介质的平衡。后一种平衡是必须有充分的时间做保证的。所以切片的含水指标与干燥空气的平衡环境以及平衡时间有关（平衡环境包括风量、风温及空气露点等三个要素）。

三、切片干燥的品质

切片干燥品质优劣由三个重要的指标一一含水率、降解率、粉尘率来衡量。

切片的含水，通常干燥处理的过程实质上就是用加热的方法，使原料中含水率降低的过程，对于PET切片这样的结晶聚合物来说，干燥过程除了降低含水率外，也是充分结晶的过程。

我们知道，切片在受热结晶的过程中，是在玻璃化温度（T g ）以上进行的，在此温度下（170 C左右）切片结晶速率最快。

关于切片的含水率、降解率对拉膜过程的危害，前面已经说过，而切片中粉尘的多少，对拉膜质量的影响也很大，如这些粉尘在受热干燥中会发生增粘，衍化成高聚物，致使熔点提高，熔体中出现细微的凝结颗粒，这样拉膜时会出现疵点，造成破膜等等。

切片中的粉尘，一般可分成三部分，切片铸带造粒过程产生的，切片输送过程产生的，切片干燥过程产生的。

一般来说，前二种情况产生的粉尘是可以通过后道工序的处理得到有效控制的，如切片筛选分离、除尘器分离等等。而去除切片干燥过程产生的粉尘则要困难的多，因为切片在予结晶的后阶段，由于流化沸腾的作用容易产生粉

尘，且切片沸腾的越剧烈产生的粉尘就越多，而切片沸腾时相互摩擦、撞击又会产生一定的静电，靠静电的作用，粉尘很容易附着在切片表面，并随着切片溢流到主干燥器中。

因此切片在予结晶后期阶段，减小沸腾、减少切片相互摩擦、撞击（但不能没有沸腾，否则会影响切片的热量对流、交换），可以最大限度地减少切片粉尘。

▲关于切片干燥设备几个问题

一、能耗问题

由前所述，根据切片自身的特性，切片干燥过程分成了两个步骤，即恒速干燥阶段（予结晶阶段）和降速干燥阶段（平衡渗透阶段）。

从理论上来说，切片干燥需要的能量（Q）包括：

Q = Q PET + Q H2O + Qd —Qc

式中，Q PET为切片由常温升至干燥温度所需要的热量，它的大小与切片本身的比热特性有关，如果切片温度及质量一定，其吸收热量也一定；Q H20为水由常温升至干燥温度并蒸发带走的热量，它的大小与切片中初始含水多少有关，即切片初始含水越大所需能耗越大；Qd 为散热损失，系统温度越高，其向外散失热量越大。一般来说系统保温层隔热效果好，Qd可以略去不计；Qc为结晶热能，它的大小与切片本身的特性有关。

此外，切片的加热方式和热交换效率也与总能耗有一定关系。但在恒速干燥阶段（予结晶阶段），BM设备系统RS设备系统一样都

是循环系统，并且都作了保温层隔热。无论在加热方式上（均为热空气加热），还是热交换效率上（均为通过热空气流体使切片流态化）都相同。

因此物料的加热升温，从低温升到高温，需要的热量是一定的，也即所需能耗是一定的。BM设备予结晶系统加热器功率较大，是从