PIA生產(chǎn)中“槳葉-蒸汽管”兩級(jí)干燥技術(shù)及其應(yīng)用

王 磊 余永增 王 瑞 張麥奎

(1.天華化工機(jī)械及自動(dòng)化研究設(shè)計(jì)院有限公司；2.中國(guó)石油蘭州石化公司設(shè)備維修公司)

PIA生產(chǎn)中“槳葉-蒸汽管”兩級(jí)干燥技術(shù)及其應(yīng)用

王 磊1余永增2王 瑞1張麥奎1

(1.天華化工機(jī)械及自動(dòng)化研究設(shè)計(jì)院有限公司；2.中國(guó)石油蘭州石化公司設(shè)備維修公司)

針對(duì)燕山石化公司原間苯二甲酸(PIA)生產(chǎn)中干燥機(jī)堵料、無(wú)法達(dá)到干燥要求的問(wèn)題，研發(fā)了“槳葉預(yù)干燥-蒸汽管回轉(zhuǎn)干燥”兩級(jí)干燥技術(shù)及其設(shè)備，介紹了核心設(shè)備雙軸槳葉預(yù)干燥機(jī)的結(jié)構(gòu)與性能。實(shí)際應(yīng)用結(jié)果表明：改造后的兩級(jí)干燥方案有效解決了生產(chǎn)過(guò)程中積料、堵料的問(wèn)題，產(chǎn)品完全達(dá)到干燥要求。

雙軸槳葉預(yù)干燥機(jī) 兩級(jí)干燥技術(shù) PIA 工業(yè)應(yīng)用 技術(shù)改進(jìn)

間苯二甲酸(Iso-phthalic Acid,PIA)是化纖工業(yè)中一種重要的添加劑，主要作為生產(chǎn)不飽和聚酯樹脂的中間體[1]。干燥是PIA生產(chǎn)過(guò)程中的最后一道關(guān)鍵工序，PIA干燥效果的好壞對(duì)產(chǎn)品質(zhì)量有著至關(guān)重要的影響。

燕山石化公司原3萬(wàn)t/a的精對(duì)苯二甲酸(Pure Terephthalic Acid,PTA)生產(chǎn)裝置，其干燥單元采用的是密閉型蒸汽管回轉(zhuǎn)干燥機(jī)，投用至今已超過(guò)20a。目前，該設(shè)備由于生產(chǎn)工藝和成本的原因轉(zhuǎn)產(chǎn)為PIA生產(chǎn)裝置，成為我國(guó)唯一的萬(wàn)噸級(jí)工業(yè)規(guī)模PIA生產(chǎn)裝置。但由于PIA原料和產(chǎn)品性質(zhì)與PTA存在差異，因此原干燥機(jī)不能滿足現(xiàn)有物料干燥的要求，且堵料嚴(yán)重。當(dāng)干燥機(jī)運(yùn)行10～15d后，濕物料無(wú)法進(jìn)入干燥機(jī)，濕分無(wú)法脫出，必須停機(jī)進(jìn)行堿洗，嚴(yán)重影響裝置的正常運(yùn)行。為此，筆者通過(guò)在天華化工機(jī)械及自動(dòng)化研究設(shè)計(jì)院有限公司的反復(fù)試驗(yàn)研究，設(shè)計(jì)開發(fā)了“槳葉預(yù)干燥-蒸汽管回轉(zhuǎn)干燥”兩級(jí)干燥技術(shù)、干燥設(shè)備，并將它們應(yīng)用在燕山石化公司PIA生產(chǎn)裝置上，解決設(shè)備積料、堵料的問(wèn)題。

1 PIA兩級(jí)干燥工藝流程與技術(shù)特點(diǎn)

1.1PIA兩級(jí)干燥工藝流程

PIA兩級(jí)干燥工藝流程如圖1所示。

從料漿離心機(jī)(HM501A/B)離心下來(lái)的PIA濕物料(濕含量為15%(wt)左右)進(jìn)入氧化一級(jí)螺旋輸送機(jī)(HP501A)，在螺旋葉片的推動(dòng)下連續(xù)、均勻地進(jìn)入雙軸間接加熱槳葉干燥機(jī)(MP501)內(nèi)。在夾套和熱軸內(nèi)蒸汽的間接加熱下，物料中的濕分迅速蒸發(fā)。干燥后產(chǎn)品的濕分控制通過(guò)調(diào)節(jié)槳葉干燥機(jī)(MP501)的轉(zhuǎn)速和溢流板高度來(lái)實(shí)現(xiàn)。

經(jīng)槳葉干燥機(jī)(MP501)干燥后的物料濕含量可降低至5.00%(wt)左右，為松散的粉狀物料，再由氧化二級(jí)螺旋輸送機(jī)(HP501B)連續(xù)、均勻地送入蒸汽管回轉(zhuǎn)干燥機(jī)(JM503)中。在蒸汽的間接加熱下，物料中的濕分迅速蒸發(fā)。干燥后的物料濕含量降至不大于0.03%(wt)，然后進(jìn)入后續(xù)的氣流輸送系統(tǒng)。

自槳葉干燥機(jī)(MP501)和蒸汽管回轉(zhuǎn)干燥機(jī)(JM503)蒸發(fā)出來(lái)的濕分匯合后，在負(fù)壓作用下進(jìn)入后續(xù)的洗滌系統(tǒng)進(jìn)行洗滌。除去內(nèi)部醋酸等有機(jī)濕分后，一部分回到槳葉干燥機(jī)(MP501)和蒸汽管回轉(zhuǎn)干燥機(jī)(JM503)內(nèi)，作為蒸發(fā)濕分的載氣；另一部分放空，當(dāng)載氣不足時(shí)可使用適量氮?dú)膺M(jìn)行補(bǔ)充。

圖1 PIA兩級(jí)干燥工藝流程

1.2PIA兩級(jí)干燥技術(shù)特點(diǎn)

PIA“槳葉預(yù)干燥-蒸汽管回轉(zhuǎn)干燥”兩級(jí)干燥技術(shù)，其核心是為解決原PIA生產(chǎn)裝置蒸汽管回轉(zhuǎn)干燥機(jī)粘壁問(wèn)題而開發(fā)的槳葉預(yù)干燥單元。預(yù)干燥單元的核心技術(shù)為雙軸槳葉干燥技術(shù)，也稱雙軸間接加熱攪拌技術(shù)。該技術(shù)是在試驗(yàn)基礎(chǔ)上開發(fā)的一種新型PIA物料干燥方法，具有流程簡(jiǎn)單、能耗低(所需能源僅為理論值的1.1倍)、污染低(干燥過(guò)程中排放廢氣少，進(jìn)行簡(jiǎn)單處理后即可達(dá)到排放要求，不污染環(huán)境)、操作方便及熱效率高(可達(dá)90%以上)等優(yōu)點(diǎn)。

2 PIA兩級(jí)干燥設(shè)備及其特點(diǎn)

PIA兩級(jí)干燥技術(shù)的核心設(shè)備為雙軸槳葉預(yù)干燥機(jī)和蒸汽管回轉(zhuǎn)干燥機(jī)。目前，蒸汽管回轉(zhuǎn)干燥機(jī)的應(yīng)用已非常普遍，其性能特點(diǎn)不再贅述，筆者僅介紹雙軸槳葉預(yù)干燥機(jī)的結(jié)構(gòu)與特點(diǎn)。

2.1雙軸槳葉預(yù)干燥機(jī)的結(jié)構(gòu)

PIA預(yù)干燥單元的核心設(shè)備——雙軸槳葉預(yù)干燥機(jī)是一種間接加熱型干燥機(jī)，它主要由熱軸、機(jī)身、端板、上蓋及傳動(dòng)系統(tǒng)等組成(圖2)。雙軸槳葉預(yù)干燥機(jī)采用飽和蒸汽作為熱源，工作時(shí)干燥機(jī)的兩根空心熱軸和空心夾套都通入蒸汽，通過(guò)器壁對(duì)濕物料進(jìn)行加熱干燥。同時(shí)，濕物料在空心熱軸的攪拌下逐漸向出料口移動(dòng)。

圖2 雙軸槳葉預(yù)干燥機(jī)結(jié)構(gòu)示意圖

2.2雙軸槳葉預(yù)干燥機(jī)的特點(diǎn)

雙軸槳葉預(yù)干燥機(jī)的特點(diǎn)有如下幾方面：

a. 雙軸槳葉預(yù)干燥機(jī)在工作中兩根熱軸不僅是主要加熱面，而且不停地轉(zhuǎn)動(dòng)，使物料能夠得到最大限度的混合，換熱面積加大，物料的干燥效果良好。

b. 原德國(guó)產(chǎn)PTA密閉型蒸汽管回轉(zhuǎn)干燥機(jī)粘料、堵料嚴(yán)重。因此在對(duì)雙軸槳葉預(yù)干燥機(jī)進(jìn)行結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)時(shí)，以此為突破口，利用結(jié)構(gòu)優(yōu)勢(shì)解決粘料問(wèn)題。從反復(fù)的干燥試驗(yàn)研究和大量干燥機(jī)應(yīng)用實(shí)踐中發(fā)現(xiàn)，濾餅狀物料粘結(jié)性很強(qiáng)，極易粘附在傳熱面上從而影響傳熱和干燥效果。而雙軸槳葉預(yù)干燥機(jī)的兩根熱軸優(yōu)勢(shì)在于能相互嚙合，當(dāng)物料粘附到一定程度后可自動(dòng)清除，從而避免了干燥過(guò)程中傳熱與干燥的惡化。

c. 雙軸槳葉預(yù)干燥機(jī)的熱效率高達(dá)90%，而操作費(fèi)僅為氣流干燥、微粉干燥等熱風(fēng)型干燥器的30%。

d. 雙軸槳葉預(yù)干燥機(jī)的排風(fēng)主要是濕分載氣和少量載氣，其排風(fēng)量?jī)H為熱風(fēng)型干燥器的八分之一，而且排出氣體主要是濕分載氣，所夾帶的物料易回收，粉塵回收裝置小，設(shè)備簡(jiǎn)單。

e. 雖然熱風(fēng)型干燥設(shè)備的投資小，但其附屬設(shè)備較多(如空氣加熱器及袋式除塵等設(shè)備)，占地面積大，基建投資高于雙軸槳葉預(yù)干燥機(jī)[2]，因此總投資高于雙軸槳葉預(yù)干燥機(jī)。

3 PIA兩級(jí)干燥技術(shù)的應(yīng)用

3.1工業(yè)應(yīng)用

PIA兩級(jí)干燥系統(tǒng)自設(shè)計(jì)、制造、安裝、投產(chǎn)運(yùn)行以來(lái)，效果良好，各項(xiàng)性能參數(shù)(表1)完全達(dá)到工業(yè)要求。

表1 PIA兩級(jí)干燥系統(tǒng)主要運(yùn)行參數(shù)

從表1可以看出，實(shí)際工業(yè)生產(chǎn)應(yīng)用中，由于在原蒸汽管回轉(zhuǎn)干燥機(jī)的基礎(chǔ)上增加了雙軸槳葉預(yù)干燥單元，因此在物料經(jīng)過(guò)雙軸槳葉預(yù)干燥機(jī)的預(yù)干燥后進(jìn)入二級(jí)蒸汽管回轉(zhuǎn)干燥機(jī)前，物料濕含量已經(jīng)小于0.30%，與產(chǎn)品要求濕含量較接近。當(dāng)經(jīng)過(guò)第二級(jí)干燥后，物料干燥效果完全達(dá)到產(chǎn)品要求。原單級(jí)干燥工藝出現(xiàn)的物料粘壁、堵料和需要頻繁堿洗的問(wèn)題得到了解決。同時(shí)，由于經(jīng)過(guò)雙軸槳葉一級(jí)預(yù)干燥后，物料的絕大部分濕分已經(jīng)除去，二級(jí)蒸汽管回轉(zhuǎn)干燥機(jī)的干燥能力沒有得到充分應(yīng)用，恰好滿足用戶后續(xù)產(chǎn)能擴(kuò)大的需求，為后續(xù)裝置的產(chǎn)能擴(kuò)大打下了良好基礎(chǔ)。

3.2存在的問(wèn)題與改進(jìn)措施

PIA“槳葉預(yù)干燥-蒸汽管回轉(zhuǎn)干燥”兩級(jí)干燥設(shè)備投產(chǎn)一段時(shí)間后發(fā)現(xiàn)，雙軸槳葉預(yù)干燥機(jī)進(jìn)料口下方設(shè)置的保護(hù)板與保護(hù)圓筒形成了部分死角，從進(jìn)料口落下的一小部分物料在此架橋，形成積料。而由于PIA濕物料粘性較大，形成的積料并不會(huì)在重力和新落下物料的沖刷作用下沿傾斜的保護(hù)板自動(dòng)滑下，導(dǎo)致積料由于夾套和熱軸內(nèi)高溫蒸汽的作用而變得干燥硬化，在設(shè)備內(nèi)部形成結(jié)疤現(xiàn)象，因此每隔一段時(shí)間就需要進(jìn)行人工敲打清理，而這會(huì)影響裝置的正常生產(chǎn)運(yùn)行。針對(duì)上述問(wèn)題，筆者經(jīng)仔細(xì)研究，采取了如圖3所示的改造方案。將雙軸槳葉預(yù)干燥機(jī)進(jìn)料口下方投影范圍上的保護(hù)板與保護(hù)圓筒割除，使原本落在保護(hù)板與保護(hù)圓筒上的部分物料直接落到止推螺旋上，由止推螺旋將物料推入干燥機(jī)工作部位。在原熱軸進(jìn)料端空白部位(靠近積料死角)增加攪拌耙，將部分未落在干燥機(jī)工作部位的物料通過(guò)攪拌作用防止它們形成積料架橋。

a. 改造前

b. 改造后

4 結(jié)束語(yǔ)

PIA“槳葉預(yù)干燥-蒸汽管回轉(zhuǎn)干燥”兩級(jí)干燥技術(shù)很好地解決了原蒸汽管回轉(zhuǎn)干燥機(jī)單級(jí)干燥存在的問(wèn)題，各項(xiàng)干燥技術(shù)指標(biāo)均達(dá)到工業(yè)要求，性能優(yōu)于原蒸汽管回轉(zhuǎn)干燥機(jī)。生產(chǎn)實(shí)踐表明，“槳葉預(yù)干燥-蒸汽管回轉(zhuǎn)干燥”兩級(jí)干燥技術(shù)是一種比較成熟的PIA工業(yè)干燥技術(shù)，生產(chǎn)運(yùn)行中發(fā)現(xiàn)的物料在雙軸槳葉預(yù)干燥機(jī)進(jìn)料口下方保護(hù)板處存在的粘壁、積料問(wèn)題得到針對(duì)性解決。

[1] 潘永康,王喜忠,劉相東.現(xiàn)代干燥技術(shù)[M].北京:化學(xué)工業(yè)出版社,2007.

[2] 董立文.間苯二甲酸國(guó)內(nèi)生產(chǎn)分析[J].遼寧化工,2005,34(2):78～80.

* 王 磊，男，1981年12月生，工程師。甘肅省蘭州市，730060。

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