費用対効果の高いエネルギーアップグレードが持続可能な製造業を促進

製造工場における押出機の絶え間ない稼働は、昼夜を問わず膨大な種類のプラスチック製品を生み出しています。しかし、この一見効率的な生産の裏には、隠された真実があります。それは、莫大なエネルギー消費です。業界が直面している重要な問題は、押出プロセスにおけるグリーン変革を達成するために、出力を維持し、品質を保ちながら、エネルギー使用量を劇的に削減するにはどうすればよいかということです。

押出および混練プロセスがエネルギー集約型の設備に依存していることは否定できません。幸いなことに、近年における技術革新により、最新の押出ラインのエネルギー効率は大幅に向上しました。古い生産ラインでさえ、エネルギーフットプリントを大幅に削減するためにアップグレードできます。

押出プロセスの徹底的な分析により、コンパウンドの品質、出力、エネルギー消費に影響を与える多くの要因が明らかになります。専門家は、各システム向けにカスタマイズされた近代化ソリューションを開発するために、すべてのパラメータを評価します。すべての製造プロセスと押出ラインは、エネルギー削減とより持続可能な運用のための大きな可能性を秘めています。近代化プロジェクトの完了後、平均的なエネルギー削減率は8％から14％の範囲です。

押出システムのエネルギーバランスを最適化するためのいくつかの方法があります。ドライブシステムの近代化だけでも、エネルギー入力の利用効率を大幅に向上させることができます。さらに、個々の生産ステップとその相互関係は、省エネルギーの機会を提供します。たとえば、ペレタイジング水からエネルギーを回収し、材料の溶融のために生産プロセスに戻すことができます。特別に設計された熱交換器がこのプロセスを促進します。押出プロセスセクションでさえ、バレル加熱方法や断熱材を変更することでエネルギー消費を最適化でき、スクリュー構成を調整することでエネルギー入力を削減できます。

エネルギーバランス改善の可能性を特定する際、専門家は押出機自体だけでなく、材料ハンドリング、供給、ペレタイジングシステムも考慮します。包括的なプロセス知識とコンポーネント間の相互作用の理解により、押出および混練システム全体で省エネルギーの機会を効果的に特定できます。

次のアプローチにより、押出ラインのエネルギー効率を大幅に向上させることができます。

• 高効率モーター：IE3以上のグレードのモーターを実装すると、モーターのエネルギー損失が削減されます。初期投資は高くなりますが、長期的な省エネルギーにより、通常数年以内にコストを回収できます。
• 周波数コンバーターの実装：実際の生産ニーズに基づいてモーター速度を調整することで、全負荷運転を防止できます。これは、負荷変動が大きい生産環境で特に有効です。
• トランスミッションシステムの最適化：摩耗または非効率なギアボックス、カップリング、およびその他のトランスミッションコンポーネントを交換すると、機械的損失が削減され、定期的なメンテナンスにより最適なパフォーマンスが保証されます。

• 高度な加熱技術：従来の抵抗加熱を電磁誘導または赤外線加熱に置き換えることで、より高速で均一な加熱が可能になり、エネルギー効率が向上します。
• 精密温度制御：PID制御アルゴリズムを実装すると、温度偏差に基づいて加熱電力が自動的に調整され、過熱または加熱不足によるエネルギーの無駄を防ぎます。
• 断熱性の向上：セラミックファイバーやエアロゲルなどの高度な断熱材をバレルやダイに適用することで、熱損失を最小限に抑えます。

• 冷却方法の選択：材料特性とプロセス要件に基づいて適切な冷却方法（空気、水、または油）を選択することで、効率が向上します。
• 水の再利用：ろ過と消毒を備えたクローズドループ冷却システムを実装すると、真水の消費量が大幅に削減されます。
• 廃熱回収：冷却水の廃熱を材料の予熱または施設の暖房に利用することで、エネルギーカスケードが可能になります。

• 最適なスクリュー構成：材料とプロセス要件に基づいて適切なスクリュー構造（シングル、ツイン、またはマルチスクリュー）を選択することで、効率が向上します。
• 幾何学的パラメータの最適化：ピッチ、チャネル深度、およびヘリックス角を調整することで、可塑化品質が向上し、溶融温度が低下します。
• 省エネルギー型スクリュー：特殊なスクリュー設計により、溶融圧力とエネルギー消費が削減されます。

• パラメータの最適化：実験計画法を通じて温度、スクリュー速度、および引き取り速度を体系的に調整することで、最適な組み合わせが特定されます。
• 起動時間の短縮：予熱システムを実装し、起動手順を最適化することで、機器の起動中のエネルギーの無駄を最小限に抑えます。
• 廃棄物の削減：品質管理とプロセス最適化を強化することで、材料の無駄が減少し、利用率が向上します。

• 精密供給システム：重量式フィーダーは、実際の消費量に基づいて材料入力を正確に制御します。
• 省エネルギー型ペレタイジング：水リングまたは空冷ペレタイジング方法を実装すると、この重要な段階でのエネルギー消費が削減されます。
• 最適化された材料ハンドリング：空気圧または真空搬送システムは、材料輸送中のエネルギー使用を最小限に抑えます。

• エネルギーモニタリング：包括的なエネルギー管理システムにより、押出ラインのエネルギー使用量をリアルタイムで監視および分析できます。
• データ駆動型の改善：分析結果は、ターゲットを絞った省エネルギー修正計画に役立ちます。
• 従業員研修：従業員のエネルギー意識とスキルを向上させることで、省エネ活動への集団参加を促進します。

ポリエチレン（PE）パイプの製造に老朽化したシングルスクリュー押出ラインを運用していたプラスチックメーカーは、収益性に影響を与える多大なエネルギーコストに直面していました。評価により、いくつかの主要な改善領域が特定されました。

1. 時代遅れのIE1グレードのドライブモーター
2. 非効率な抵抗加熱システム
3. 劣化し​​たバレル断熱材
4. 再利用されていない冷却水の排出

実装された近代化プログラムには以下が含まれていました。

1. IE3グレードの高効率モーターへの交換
2. 電磁誘導加熱への変換
3. 高度なセラミックファイバー断熱材の設置
4. 冷却塔を備えたクローズドループ冷却の実装

結果は以下を示しました。

• 12％のエネルギー削減 PEパイプ1トンあたり
• 8％の生産性向上 より速い加熱から
• 90％の削減 冷却水の消費量
• 2年間の回収期間 近代化投資について

このケースは、戦略的なエネルギー近代化が、押出プロセスにおいて運用コストを削減し、効率を向上させ、環境持続可能性を高めることができる方法の例です。