1. Objetivos y requisitos del secado de rebanadas
Objetivos principales:
Eliminar la humedad: El contenido de humedad de las rodajas sin secar es aproximadamente del 0,4%. La humedad puede provocar una intensa hidrólisis de las macromoléculas de poliéster durante el hilado a alta temperatura, lo que provoca una disminución del peso molecular (viscosidad característica), un empeoramiento de la procesabilidad e incluso imposibilita el hilado.
Evite los filamentos de burbujas: la humedad alta puede hacer que el vapor de agua quede atrapado en los filamentos, formando 'filamentos de burbujas', lo que puede provocar vellosidad y roturas (pelusas). En las películas, los puntos de burbuja provocan fácilmente roturas de la película.
Evite el teñido desigual: Las variaciones en el contenido de humedad de las rodajas pueden provocar un teñido desigual de las fibras después del hilado.
Aumente la cristalinidad y el punto de reblandecimiento: las rebanadas húmedas tienen una estructura amorfa con un punto de reblandecimiento bajo (alrededor de 70-80 °C), lo que las hace propensas a ablandarse y pegarse en la entrada de alimentación del tornillo, lo que causa 'nudos de anillo'. El secado (especialmente la precristalización) puede aumentar la cristalinidad de las rebanadas a aproximadamente 25 %-50 %, elevando el punto de reblandecimiento a más de 210 °C, endureciéndolas y previniendo bloqueos.
Requisitos básicos:
Prevenir la reabsorción: Las rodajas secas deben protegerse contra la reabsorción de humedad.
Hilatura convencional: Generalmente requiere ≤ 50 ppm (0,005%).
Hilatura de alta velocidad (POY/FDY) y filamentos de denier fino: requisitos más estrictos, normalmente ≤ 30 ppm (0,003%), con procesos de alta calidad que incluso alcanzan ≤ 20 ppm.
Filamentos de denier fino teñibles catiónicos (CDP): requieren ≤ 25 ppm.
Contenido de humedad de las rebanadas secas: el valor debe ser extremadamente bajo y varía según la velocidad de giro y las especificaciones de la fibra.
Uniformidad de la humedad: El proceso de secado de las partículas cortadas debe ser consistente, con una buena uniformidad de secado para minimizar las fluctuaciones de calidad en el hilo.
Controlar la caída de viscosidad: El cambio en la viscosidad característica del poliéster durante el secado debe ser lo más pequeño posible y generalmente requiere ≤ 0,01 dL/g para evitar una degradación excesiva.
Reducir el polvo y los grumos: el proceso de secado (especialmente durante la precristalización) debe minimizar el polvo generado por la fricción y el impacto de las rodajas, y evitar que las rodajas se aglutinen para evitar bloqueos en las tuberías y problemas de alimentación.
2. Principios y proceso de secado de rebanadas
El secado es un proceso físico de transferencia de calor y masa, generalmente dividido en dos etapas principales:
Precristalización:
Temperatura: Dependiendo del equipo, generalmente entre 120-180°C (los lechos fluidizados pueden usar temperaturas más altas, 160-180°C; los tipos de agitación o tambor son más bajos, 120-140°C).
Tiempo: varía desde unos pocos minutos hasta varias horas. Los lechos fluidizados son más rápidos, entre 8 y 20 minutos; los tipos de relleno agitado tardan entre 1 y 1,5 horas; tipos de tambor alrededor de 4-5 horas.
Punto final: la cristalinidad puede alcanzar el 35%-50% y la densidad del corte aumenta de aproximadamente 1,33 g/cm³ a aproximadamente 1,38 g/cm³.
Método: Para evitar que se peguen, las rodajas deben permanecer en movimiento, normalmente utilizando un lecho fluidizado o un precristalizador agitador. Las rodajas se agitan en aire caliente, frotándose entre sí para lograr la cristalización y al mismo tiempo eliminar algo de humedad de la superficie.
Principio: Cuando la temperatura de la rebanada excede la temperatura de transición vítrea (Tg), la región amorfa comienza a cristalizar. Cuanto mayor sea la temperatura entre Tg y el punto de fusión (Tm), más rápida será la velocidad de cristalización.
Objetivo: Cristalizar inicialmente las rodajas amorfas a temperaturas relativamente bajas, elevando su punto de reblandecimiento y evitando que se peguen durante el secado principal a alta temperatura.
Parámetros del proceso:
Secado principal:
Método: Emplea principalmente torres de secado de tipo relleno, donde las rebanadas se mueven lentamente hacia abajo por gravedad, con aire caliente seco que pasa hacia arriba a través de la capa de rebanadas para el secado a contracorriente.
Principio: Utiliza aire seco calentado (aire seco) en una disposición de contraflujo o flujo cruzado con cortes. La diferencia de presión del vapor de agua entre el interior y la superficie de las rodajas hace que la humedad se difunda y se evapore hacia la superficie, arrastrada por el aire seco. Un factor clave es reducir la presión del vapor de agua en equilibrio con las rodajas, lo que se logra mediante el uso de aire seco con un punto de rocío bajo.
Objetivo: eliminar profundamente el agua adherida al interior de las rebanadas, asegurando que el contenido de humedad cumpla con los requisitos del proceso.
3. Parámetros clave de control de procesos
Temperatura de secado:
Temperatura de secado principal: normalmente 160-180 °C. Las temperaturas más altas conducen a velocidades de secado más rápidas y a un menor contenido de humedad de equilibrio, pero las temperaturas excesivas pueden hacer que las rodajas se pongan amarillas y aumenten la caída de la viscosidad. Generalmente, no superando los 180°C.
Temperatura de precristalización: como se mencionó, elija dentro del rango de 120-180 °C según el tipo de equipo
Tiempo de secado: El tiempo total de secado (incluida la precristalización) debe garantizar que el contenido de humedad de las rebanadas se acerque o alcance el contenido de humedad de equilibrio. Generalmente requiere entre 4 y 6 horas, dependiendo de la temperatura, el flujo de aire y la cantidad de rebanadas.
Calidad del aire seco:
Flujo de aire y velocidad: se debe garantizar una eficiencia suficiente en el intercambio de calor y la transferencia de masa. La velocidad del flujo de aire al llenar las torres de secado es generalmente de alrededor de 8 a 10 m/s; Los precristalizadores de lecho fluidizado tienen velocidades de flujo de aire más altas, hasta más de 20 m/s. La relación entre el flujo de aire y el peso de la rebanada debe determinarse según el diseño del equipo.
Punto de rocío: este es el parámetro principal que controla la efectividad del secado. Cuanto menor sea el punto de rocío, más seco estará el aire y mayor será su capacidad de absorción de humedad.
① Punto de rocío requerido convencional ≤ -10°C.
② El hilado de alta velocidad y denier fino requiere estándares más estrictos, típicamente ≤ -20°C a -30°C, o incluso menores (por ejemplo, -40°C a -60°C para requisitos de humedad ultrabaja).
Características de la rebanada:
Evite la contaminación: el embalaje debe estar limpio durante la alimentación y el aire entrante debe filtrarse limpiamente.
No se deben mezclar diferentes lotes de rodajas para garantizar la uniformidad de las propiedades físicas y el teñido de la fibra.
4. Principales tipos de equipos de secado
Los equipos modernos de secado continuo suelen consistir en una combinación de precristalizadores y torres de secado de relleno, equipadas con complejos sistemas de circulación de aire caliente, deshumidificación y recuperación de calor residual. El equipo típico mencionado en el libro 'Producción de filamentos de poliéster' incluye:
Tipo KF (Karl Fischer): Precristalizador integrado (con agitador) y torre de secado, diseño compacto.
Tipo BM/Bühler: precristalizador de lecho fluidizado separado y torre de secado con junta de aire 'tipo cresta', buena uniformidad de secado.
Tipo Jima: Combinación de precristalizador de lecho fluidizado vibratorio y torre de secado de relleno.
Tipo Kawata: precristalización y secado de tipo relleno, circulación completa de aire caliente, uso de tamices moleculares para una deshumidificación profunda, el punto de rocío puede alcanzar menos de -30 °C.
Tipo Duolon, Tipo Laxin, etc.: Cada uno con características únicas; por ejemplo, el tipo Laxin puede utilizar aire comprimido como medio de secado.
Los sistemas de aire caliente de estos dispositivos suelen incluir: filtro de aire → deshumidificador por congelación → deshumidificador por adsorción (cloruro de litio o tamiz molecular) → calentador → torre de secado → intercambiador de calor (recuperación de calor residual) → separador ciclónico (para eliminación de polvo).
5. Resumen
En la producción de hilado en rodajas, el secado de rodajas es un proceso refinado en el que el objetivo principal es preparar rodajas con humedad ultrabaja, alta cristalinidad y secado uniforme para cumplir con los requisitos de un posterior hilado de alta velocidad y alta calidad. La esencia del control del proceso radica en eliminar eficientemente la humedad utilizando la temperatura y el tiempo adecuados y, especialmente, aire seco con un punto de rocío extremadamente bajo, evitando al mismo tiempo la degradación y el pegado de las lonchas. La elección del equipo de secado y la optimización de los parámetros del proceso afectan directamente la estabilidad del hilado, las tasas de rotura y la calidad de las fibras finales.
