氣流旋風法干燥氯醋樹脂引發(fā)的問題與思考

惠正綱

(無錫洪匯新材料科技股份有限公司，江蘇 無錫 214196)

氯乙烯與醋酸乙烯酯共聚物(VC-VAC)簡稱氯醋共聚物，又名氯醋樹脂，是最主要的共聚改性PVC樹脂，廣泛用于油墨、涂料、塑料加工材料(包括色片、唱片基材等)、磁性記錄材料、黏合劑等行業(yè)，在紙張、食品包裝、藥品包裝、人造革、家具、集裝箱、汽車、船舶等終端領域應用廣泛。相比于通用型PVC樹脂，氯醋樹脂由于在共聚物長鏈中接入了醋酸乙烯酯單體，從而提高了氯乙烯聚合物的增塑性與柔韌性，使其具有較低的熔融溫度、較好的加工性能；酯基的引入也提高了樹脂對增塑劑的吸收速度和溶劑對樹脂的溶解速度，增加了樹脂與各種黏合基材的黏結(jié)力，提高了產(chǎn)品的透明性與抗沖性。引入酯基的缺點是使樹脂的軟化溫度下降，耐熱分解性能下降[1]。

筆者20多年來一直從事PVC樹脂的生產(chǎn)技術管理工作，最近幾年專門研究氯醋樹脂的生產(chǎn)工藝，略有心得體會。目前，多數(shù)生產(chǎn)企業(yè)采用懸浮聚合法生產(chǎn)氯醋樹脂，干燥過程也大多借鑒了通用型PVC樹脂廣泛采用的氣流旋風法干燥裝置。下面筆者結(jié)合自身工作經(jīng)驗，就氯醋樹脂在干燥過程中出現(xiàn)的問題談一些認識與看法。

1 氣流旋風干燥工藝簡介

氣流旋風干燥工藝現(xiàn)已十分成熟，廣泛應用于國內(nèi)PVC生產(chǎn)裝置，單套裝置的生產(chǎn)能力跨度從1萬t/a到15萬t/a。生產(chǎn)能力雖異，但干燥原理相同。

干燥過程簡述：樹脂漿料經(jīng)沉降離心機脫水后，母液去沉降池，濕樹脂經(jīng)螺旋輸送器進入一根垂直的氣流干燥管進行瞬間閃蒸。濕樹脂被熱空氣氣流分散成粉狀，在隨熱氣流并流輸送時，發(fā)生傳質(zhì)換熱，使樹脂表面水分和部分殘留單體蒸發(fā)。隨后樹脂進入有多個旋風漏斗隔成干燥小室的旋風干燥器，在較低溫度下，較長時間內(nèi)逐步脫除樹脂內(nèi)部的揮發(fā)分。在旋風干燥器內(nèi)經(jīng)自然篩選，顆粒較大或含揮發(fā)分較多的樹脂停留時間稍長，而顆粒小或含揮發(fā)分少的樹脂停留時間稍短，最終所有成品揮發(fā)分含量都可控制在質(zhì)量標準范圍內(nèi)。樹脂經(jīng)二級旋風分離器收集、振動篩過篩后，進入包裝料斗。熱空氣經(jīng)引風機引出放空[2]。

實踐證明:對于熱敏性PVC樹脂及氯醋樹脂，氣流旋風干燥不失為一種較好的干燥裝置。

2 氯醋樹脂干燥常見問題

因氯醋樹脂的熱穩(wěn)定性較通用型PVC樹脂差，在采用氣流旋風干燥裝置生產(chǎn)時，必須降低干燥溫度。一般熱風溫度在120 ℃左右，遠低于通用型PVC樹脂的150～160 ℃，干燥器進出口溫度也相應要低10～20 ℃(根據(jù)樹脂型號定)。另外，因樹脂長鏈本身含有醋酸乙烯酯，樹脂中包含有未反應完全的醋酸乙烯酯，不僅黏性大，揮發(fā)分的干燥難度也大。因此，采用通用型PVC樹脂的干燥裝置來干燥氯醋樹脂，自然要出現(xiàn)一些異常狀況。筆者總結(jié)出以下4個問題。

2.1 離心機磨出塑化硬塊

生產(chǎn)中曾出現(xiàn)離心機的螺旋輸送葉片與轉(zhuǎn)鼓之間磨出硬質(zhì)塑化樹脂塊，顏色白中帶點綠，好似玉佩。經(jīng)拆檢離心機發(fā)現(xiàn)在轉(zhuǎn)鼓錐形區(qū)域已磨出一圈塑化塊，長度約230 mm，厚度約5 mm，已局部破損并有小塊脫落。仔細查看，發(fā)現(xiàn)螺旋輸送器葉片頂端已經(jīng)磨損，葉片在磨損和腐蝕后，與轉(zhuǎn)鼓的間隙變大，由于氯醋樹脂分子質(zhì)量較低、軟化溫度低、樹脂黏性更大，因此樹脂堆積不動并不斷研磨而形成了塑化塊。生產(chǎn)中經(jīng)常更換樹脂型號、離心機開停車操作不規(guī)范，也可能是成因之一。

2.2 風管內(nèi)壁結(jié)垢問題

干燥氯醋樹脂時，氣流干燥管的管壁上有時會結(jié)成厚厚的樹脂垢，特別是在螺旋輸送器上方的風管和垂直風管頂部彎頭處，時間一長，樹脂還會變硬和變色。嚴重時，不僅垂直的風管管徑會逐步變小，有時連干燥斜管也要慢慢堵塞。出現(xiàn)這種情況十分有害：①使系統(tǒng)的風壓、風量逐步發(fā)生變化，影響干燥過程的工藝控制，破壞穩(wěn)定生產(chǎn)工況；②變色樹脂受震動可能部分脫落，混入樹脂中，影響產(chǎn)品質(zhì)量；③管壁上的樹脂越積越多，不合格產(chǎn)品增加，影響樹脂收率；④需要停車處理這些廢料，耗費人工、降低生產(chǎn)效率。

2.3 旋風干燥器局部堵塞

旋風干燥器局部堵塞主要表現(xiàn)在旋風干燥器進口的水平直管積料，以及在干燥器的第1層旋風板上發(fā)生的局部堵料，兩者均是由于樹脂過于潮濕造成的。前者是濕樹脂在風管轉(zhuǎn)彎時受慣性逐步“糊”在底板上的。隨著通氣管口變小，影響了系統(tǒng)風量，使樹脂干燥更困難，形成惡性循環(huán)。后者是有黏稠濕樹脂在通道偏大、風速偏低的地點滯留下來，結(jié)果堆堵在旋風板上，這種情況一般僅發(fā)生在干燥器的第1層旋風板。

2.4 樹脂存放問題

與通用型PVC樹脂相比，氯醋樹脂的熱穩(wěn)定性較差，二元氯醋樹脂還好些，三元氯醋樹脂對溫度比較敏感。一般國外氯醋樹脂經(jīng)銷商都明確指出其儲存溫度為25 ℃，并且要求避光通風，則保質(zhì)期可達1年。如存放溫度超過30 ℃，則保質(zhì)期會明顯縮短。用氣流旋風法干燥氯醋樹脂時，根據(jù)產(chǎn)品型號不同，干燥器出口溫度一般在40～50 ℃。因此樹脂在進入包裝料斗時總是有一定的熱度。對于通用型PVC樹脂而言，這個溫度對產(chǎn)品質(zhì)量幾乎沒有影響，但是對于三元氯醋樹脂而言，由于其耐熱性較差，這個溫度的影響不容忽視。如果直接對熱樹脂進行包裝，熱量捂在袋中不易散失，長期存放對樹脂質(zhì)量十分不利。工作中筆者的體會是：寧可包裝時樹脂溫度30 ℃，然后放在35 ℃?zhèn)}庫中，也不要在35 ℃時包裝樹脂，然后放在30 ℃的倉庫里。

3 解決方法

以上這些問題都是生產(chǎn)中曾經(jīng)發(fā)生的。通過研究和分析，筆者采取了針對性的措施，較好地解決了這些問題。有些問題的出現(xiàn)地點與癥狀雖然不同，但原因和解決方法卻是一致的。

首先，從源頭抓起，從原輔材料質(zhì)量、聚合配方、工藝控制、中控參數(shù)、生產(chǎn)運行管理等方面入手，要點在于必須生產(chǎn)出組成盡可能均勻的氯醋樹脂，即分子質(zhì)量分布更集中、化學組成更均勻、酯基或其他官能團分布更合理、顆粒形態(tài)更規(guī)整的氯醋樹脂。每個企業(yè)都有自己的獨特配方和控制工藝，盡管工藝技巧有較大區(qū)別，但殊途同歸，只有組成均勻的樹脂，才能在應用方面表現(xiàn)出良好的性能。

其次，必須具體問題具體分析，在聚合后的汽提、干燥等工序采取有效對策和彌補措施，來化解或緩解問題。

筆者僅針對氯醋樹脂干燥方面的問題進行探討，對前面提及的問題進行了以下分析，并提出了解決措施。

3.1 離心機塑化硬塊問題

原因分析：離心機中形成樹脂硬塊，主要原因就是螺旋葉片與轉(zhuǎn)鼓之間的間隙增加。這與沉降離心機長時間使用、葉片磨損有關，特別是三元氯醋樹脂帶有酸性，腐蝕磨損更嚴重。此外，與離心機檢修后裝配不當、個別型號樹脂黏性大、生產(chǎn)操作不當?shù)纫灿嘘P系。

解決方法：①嚴格規(guī)范離心機操作，特別是對開停機時的沖水操作要嚴格要求；②定期拆檢離心機，裝配工作由有資質(zhì)的人員負責；③對螺旋葉片頂端進行硬化和防腐處理，提高其使用壽命。

3.2 干燥風管和干燥器堵塞問題

原因分析：堵塞現(xiàn)象的發(fā)生主要與樹脂中醋酸乙烯酯含量高或樹脂中殘留揮發(fā)分較多有關。前者是由樹脂型號決定的，沒有辦法；后者多數(shù)與聚合控制及汽提操作質(zhì)量有關。在氣流閃蒸干燥階段，在熱空氣作用下，大部分殘留的醋酸乙烯酯、氯乙烯和水揮發(fā)出來，使空氣的濕度、空氣中醋酸乙烯酯和氯乙烯含量大增，而此時仍有相當部分的醋酸乙烯酯和水分沒有被有效脫除，甚至樹脂表面仍很潮濕，于是在干燥風管中的局部位置發(fā)生黏結(jié)堵塞。

解決方法：當生產(chǎn)中遇到這種情況時，只能調(diào)整干燥負荷，慢慢處理，然后查找前道生產(chǎn)工序的原因，比如在原料質(zhì)量、配方、反應中控、汽提操作等方面是否存在問題，再加以整改。

3.3 包裝料溫偏高影響樹脂長期存放

原因分析：因為酯基的引入，氯醋樹脂耐熱性下降；如果是三元氯醋樹脂，還有羥基或羧基的存在，熱穩(wěn)定性就更差。即使是在30～40 ℃存放，三元氯醋樹脂還是會慢慢分解變質(zhì)，溫度越低，分解越慢。這也是國外樹脂銷售商都要求氯醋樹脂在25 ℃儲存的原因。

解決方法：除了在聚合配方上盡可能生產(chǎn)含量和組成均勻的樹脂外，重點就是確保汽提與干燥操作到位，并嚴格控制樹脂包裝和存放溫度。有些廠家采取再增設一套冷風干燥的方法來降低樹脂溫度，即用常溫空氣再吹一遍樹脂，然后捕集、過篩、包裝。這不僅占用空間，而且能耗也比較高，還可能會帶進新的雜質(zhì)粒子。

筆者曾嘗試采用1臺冷空調(diào)，從頂部向振動篩中吹冷風，對篩網(wǎng)上的樹脂進行降溫，冷風吸收熱量后逆流向上至旋風分離器，最后與系統(tǒng)熱空氣一起排向引風機。筆者實測空調(diào)出口風溫約16 ℃，樹脂溫度可降低8～12 ℃，最后包裝溫度降至30 ℃以下(冬季會更低)，基本達到預期要求。該法投資最省，運行成本最低。

4 引申思考

在分析和解決上述異常情況時，種種現(xiàn)象引發(fā)筆者對干燥生產(chǎn)裝置進行了重新審視和思考。如果針對氯醋樹脂的特殊情況，在設計時就對干燥裝置進行必要的改進，可以避免不利情況的發(fā)生，更好地發(fā)揮出氣流旋風干燥裝置的優(yōu)點。筆者認為有以下4個方面值得考慮。

4.1 干燥設計能力的調(diào)整

對于通用型PVC樹脂，實際生產(chǎn)得到的經(jīng)驗數(shù)據(jù)是：若氣流旋風干燥裝置的設計風量是x萬m3/h，則其干燥樹脂能力就是x萬t/a。比如風量是4萬m3/h，則其干燥樹脂能力就是4萬t/a。

對于氯醋樹脂而言，因為醋酸乙烯酯的存在，干燥難度加大，生產(chǎn)能力一般打八折到八五折。比如風量是2萬m3/h，則其干燥氯醋樹脂能力只能達到1.6萬～1.7萬t/a。如果想達到2萬t/a的生產(chǎn)能力，干燥風量應取2.5萬m3/h?？傊?，適當放大干燥裝置的設計能力，干燥氯醋樹脂時才能得心應手。

4.2 氣流干燥管長度的要求

用于氯醋樹脂干燥的氣流干燥管長度(含直管與斜管)最好比干燥通用PVC樹脂風管的長度再增加5～6 m。由于熱風與樹脂存在速度差，此舉可相對提高混料溫度，相對降低熱空氣中揮發(fā)分的濃度，延長濕氯醋樹脂傳質(zhì)、傳熱的時間。最終的目的就是在進旋風干燥器前除去氯醋樹脂表面的水分與醋酸乙烯酯，使其不黏濕。

4.3 風管中喉管的設計

考慮到離心機出來的氯醋樹脂濕含量變化較大，螺旋輸送器處和其下部風管必須縮頸，以提高風速，減少落料及產(chǎn)生黃黑點。通用型PVC樹脂在設計干燥喉管時，風速一般取35～38 m/s。干燥氯醋樹脂時，該風速也滿足要求，不過喉管的長度要適當加長。否則一些濕度大、黏性高的樹脂會成團，并在喉管里上下跳躍，當風壓、風量波動時，就會落到喉管下面。另外，某些牌號的氯醋樹脂中醋酸乙烯酯含量高、黏性大，在進行干燥時，風管多多少少是要逐步、局部堵塞的，風量、風壓隨之逐步發(fā)生變化，所以要預留風量變化的彈性空間，有條件時盡可能將喉管加長至1.5 m以上。

4.4 旋風干燥器的設計

(1)進口風管由水平直管改為漸低蝸旋管，有一定的緩轉(zhuǎn)角度，避免風向在此發(fā)生急轉(zhuǎn)，使?jié)駱渲趹T性作用下，“糊”在風管底板上。

(2)在設計旋風干燥器各漏斗上的旋風板時，建議采用結(jié)構簡潔的設計原則，特別是最下面一層旋風板的設計。結(jié)構過于復雜的多層漏斗及旋風板很容易造成風量不均、存在死角等問題，導致濕樹脂堆積，時間長了即會產(chǎn)生黃黑點。

(3)氯醋樹脂干燥器的層數(shù)應適度增加。例如，2萬t/a通用型PVC樹脂的干燥器只需要4層旋風干燥室，而干燥氯醋樹脂時應至少考慮5層。這樣有利于降低干燥器進出口溫度，同時不至于降低氣流閃蒸段的熱風溫度，使大部分醋酸乙烯酯和水分盡可能在氣流干燥管中揮發(fā)，確保整個干燥系統(tǒng)運行正常。

5 結(jié)語

氯醋樹脂是最常見的特種PVC樹脂之一，采用通用型PVC樹脂常用的氣流旋風干燥裝置可以較好地完成干燥生產(chǎn)任務。但因為氯醋樹脂含有醋酸乙烯酯，樹脂更黏、濕度更大、顆粒更細、耐熱性更差，所以出現(xiàn)了一些干燥通用型PVC樹脂時不會發(fā)生的異常狀況。

筆者根據(jù)多年的生產(chǎn)經(jīng)驗，對這些問題進行了思考、探索和解決，特別是由此引發(fā)了對干燥裝置的再思考與新認識。對用于氯醋樹脂干燥的氣流旋風干燥裝置，提出了在設計時需要注意的問題。通過完善這些措施，可以較好地發(fā)揮出其優(yōu)勢。