PVC干燥工藝的優(yōu)化

劉小靜

(河南神馬氯堿發(fā)展有限責(zé)任公司，河南 平頂山 467001)

河南神馬氯堿發(fā)展有限責(zé)任公司(以下簡(jiǎn)稱神馬氯堿)第2期20萬(wàn)t/a PVC裝置于2009年6月投產(chǎn)，該項(xiàng)目采用日本智索公司PVC生產(chǎn)技術(shù)，干燥系統(tǒng)采用臥式沸騰干燥床。干燥系統(tǒng)自投運(yùn)以來(lái)，生產(chǎn)相對(duì)穩(wěn)定，產(chǎn)品質(zhì)量良好。但在生產(chǎn)過(guò)程中仍存在一些問(wèn)題：風(fēng)送系統(tǒng)能力不足、八級(jí)旋風(fēng)分離器帶料、樹脂水含量不易控制等。經(jīng)過(guò)技術(shù)人員不斷摸索，進(jìn)行了技術(shù)改造，取得了良好的效果。

1 干燥工藝流程

PVC漿料(含固質(zhì)量分?jǐn)?shù)30%左右)經(jīng)汽提工序脫除大部分殘留氯乙烯單體，從離心槽泵出后，一部分回流，一部分進(jìn)入離心機(jī)脫除大部分水分，形成的濾餅(含水質(zhì)量分?jǐn)?shù)20%～22%)經(jīng)破碎機(jī)破碎后進(jìn)入干燥床一床。外界空氣經(jīng)空氣吸入筒、過(guò)濾器(過(guò)濾掉空氣中的灰塵、水汽等雜質(zhì))后進(jìn)入主風(fēng)機(jī)，再經(jīng)散熱片加熱后進(jìn)入風(fēng)室。風(fēng)室上部的分布板上均勻密布有大量的風(fēng)帽，每個(gè)風(fēng)帽下部均設(shè)有進(jìn)風(fēng)孔，熱空氣從風(fēng)帽底部邊緣與分布板間隙均勻吹入干燥床，保證了床內(nèi)物料充分混合，且床內(nèi)各點(diǎn)沒(méi)有死角。干燥床A、B兩面各有8組散熱片，前4組散熱片通入低壓蒸汽(<0.1 MPa)和少量熱水，第5組散熱片既可通入低壓蒸汽(<0.1 MPa)又可通入熱水，后3組散熱片通入熱水，維持干燥床內(nèi)溫度。引風(fēng)機(jī)經(jīng)八級(jí)旋風(fēng)分離器引出干燥床內(nèi)空氣，維持床內(nèi)微負(fù)壓(-0.6～-0.4 kPa)，保證沸騰的物料與熱空氣實(shí)現(xiàn)充分的傳熱、傳質(zhì)。床內(nèi)的濕熱空氣夾帶PVC樹脂經(jīng)八級(jí)旋風(fēng)分離器分離，濕熱空氣經(jīng)尾氣洗滌塔排放，PVC樹脂則回到干燥床。干燥床二床下料口處裝有一定高度的溢流堰板，被充分干燥的PVC樹脂達(dá)到一定高度后，經(jīng)溢流堰板進(jìn)入一次輸送管線，在一次輸送風(fēng)機(jī)作用下，經(jīng)六級(jí)旋風(fēng)分離器分離，進(jìn)入成品篩，篩出少量塑化片、異物等雜質(zhì)，成品篩下料口處裝有加濕器，以消除靜電。物料經(jīng)二次輸送管線輸送至料倉(cāng)，包裝為成品入庫(kù)。整個(gè)系統(tǒng)采用微負(fù)壓操作，能耗低、產(chǎn)量高、易操作。干燥工藝流程見(jiàn)圖1。

2 PVC樹脂干燥原理

PVC樹脂所含水分包括2部分：一部分存在于樹脂表面，被稱為自由水，很容易除去；另一部分存在于樹脂空隙內(nèi)部，被稱為結(jié)合水，較難除去。濕PVC樹脂干燥過(guò)程可分為2個(gè)階段：恒速干燥階段和降速干燥階段。除去表面水分時(shí)，干燥速率較快且?guī)缀跏呛闼?，這一過(guò)程稱為恒速干燥階段；而除去孔隙內(nèi)水分時(shí)，隨著粉料內(nèi)部水含量的降低，水分由物料內(nèi)部向表面擴(kuò)散的速度逐步下降，因此干燥速率也愈來(lái)愈低，這一過(guò)程稱為降速干燥階段。這2個(gè)階段是以臨界濕含量來(lái)劃分的。樹脂水含量在臨界濕含量以下為降速干燥階段，其干燥速率主要由顆粒內(nèi)部擴(kuò)散速率控制，僅取決于物料的顆粒形態(tài)(孔隙率)，而與外部干燥條件關(guān)系不大，這一過(guò)程所需時(shí)間較長(zhǎng)，一般采用沸騰干燥實(shí)現(xiàn)[1]。因此，臥式沸騰干燥床操作須遵循的原則是低風(fēng)溫、長(zhǎng)時(shí)間。

圖1 PVC干燥工藝流程圖Fig.1 Process flow diagram of PVC drying

3 干燥系統(tǒng)出現(xiàn)的問(wèn)題及改造措施

3.1 風(fēng)送系統(tǒng)能力不足

神馬氯堿20萬(wàn)t/a干燥系統(tǒng)原主風(fēng)機(jī)和引風(fēng)機(jī)電動(dòng)機(jī)功率為500 kW，在實(shí)際生產(chǎn)中發(fā)現(xiàn)風(fēng)機(jī)輸送能力不足，導(dǎo)致干燥床內(nèi)物料沸騰不好，干燥床底部長(zhǎng)期積料，產(chǎn)生大量黃點(diǎn)雜質(zhì)，影響產(chǎn)品質(zhì)量；同時(shí)，由于物料長(zhǎng)期堆積在散熱片上，導(dǎo)致散熱片局部長(zhǎng)期受熱，產(chǎn)生漏點(diǎn)，造成停車事故；另外，二次輸送管線長(zhǎng)且彎頭多，導(dǎo)致管線內(nèi)易積料，管道風(fēng)壓高，特別是在夏季，由于氣溫高，負(fù)荷大，易出現(xiàn)二次輸送風(fēng)機(jī)跳停情況，影響正常生產(chǎn)。

神馬氯堿技術(shù)人員經(jīng)過(guò)探索，將主風(fēng)機(jī)和引風(fēng)機(jī)的電動(dòng)機(jī)都升級(jí)為560 kW電動(dòng)機(jī)，改造后提高了風(fēng)機(jī)輸送能力，大大改善了干燥床內(nèi)物料沸騰情況，黃點(diǎn)明顯減少，同時(shí)延長(zhǎng)了散熱片使用壽命；另新增1臺(tái)功率較小的二次輸送風(fēng)機(jī)，提高了二次輸送能力；在夏季高溫天氣增大二次輸送冷卻器冷卻水量，降低送風(fēng)溫度，有效地解決了二次輸送風(fēng)機(jī)跳停的問(wèn)題；同時(shí)加強(qiáng)各個(gè)風(fēng)機(jī)現(xiàn)場(chǎng)管理，定期校正動(dòng)平衡，定期監(jiān)測(cè)電動(dòng)機(jī)及軸承溫度，加強(qiáng)巡檢，設(shè)備出現(xiàn)故障及時(shí)處理。以上措施的實(shí)施保證了設(shè)備的長(zhǎng)周期穩(wěn)定運(yùn)行。

3.2 八級(jí)旋風(fēng)分離器堵塞

物料在干燥床內(nèi)充分脫除水分后，干燥床內(nèi)的濕熱空氣夾帶PVC樹脂在引風(fēng)機(jī)作用下被輸送至八級(jí)旋風(fēng)分離器，濕熱空氣經(jīng)尾氣洗滌塔排出，PVC樹脂經(jīng)八旋下料器進(jìn)入干燥床內(nèi)。在實(shí)際生產(chǎn)過(guò)程中，經(jīng)常會(huì)出現(xiàn)八旋下料器壓力上升的現(xiàn)象，說(shuō)明八旋下料器及下料管道處下料不暢，需要現(xiàn)場(chǎng)人員敲擊旋風(fēng)分離器及下料管道外壁，或打開(kāi)人孔疏通管道。嚴(yán)重時(shí)會(huì)出現(xiàn)八旋下料器內(nèi)被物料堵滿，使八旋下料器出口處跑料，被迫停車，不僅處理難度大，而且影響生產(chǎn)系統(tǒng)穩(wěn)定運(yùn)行，同時(shí)還造成了環(huán)境污染。

PVC樹脂水含量過(guò)高，樹脂易結(jié)塊；水含量過(guò)低則易產(chǎn)生靜電，以上情況都易導(dǎo)致樹脂在旋風(fēng)分離器內(nèi)產(chǎn)生架橋現(xiàn)象，導(dǎo)致下料不暢。神馬氯堿技術(shù)人員根據(jù)生產(chǎn)經(jīng)驗(yàn)，發(fā)現(xiàn)將PVC樹脂含水質(zhì)量分?jǐn)?shù)控制在0.15%～0.35%時(shí)樹脂流動(dòng)性較好，不易堵塞管道。同時(shí)在八旋下料器上加裝氣錘，并設(shè)定程序自動(dòng)控制敲擊頻率，有效地避免了物料堵塞管道。

由于神馬氯堿地處華中地區(qū)，冬季室外溫度最低在-12 ℃左右，而系統(tǒng)內(nèi)溫度為45～55 ℃，系統(tǒng)內(nèi)外溫差大導(dǎo)致設(shè)備內(nèi)壁結(jié)露、粘料，長(zhǎng)期累積產(chǎn)生架橋現(xiàn)象。為此，神馬氯堿技術(shù)人員在旋風(fēng)分離器外壁采用冷凝水伴熱，并對(duì)八旋下料管進(jìn)行保溫，冬季關(guān)閉廠房門窗保溫。通過(guò)以上措施的實(shí)施，有效解決了尾氣洗滌塔帶料問(wèn)題，系統(tǒng)穩(wěn)定性大大提高，同時(shí)減少了對(duì)環(huán)境的污染。

3.3 PVC樹脂水含量波動(dòng)較大

日本智索公司干燥工藝中PVC樹脂水含量指標(biāo)較低，靜電大，不利于輸送[2]。另外，神馬氯堿干燥床二床熱水閥門原始設(shè)置為兩位閥，通過(guò)向干燥床二床散熱片內(nèi)通入熱水(90～95 ℃)以提高床溫，在實(shí)際生產(chǎn)中受批次間出料間隔、汽提塔運(yùn)行狀況及蒸汽壓力波動(dòng)等因素影響，導(dǎo)致干燥床二床溫度波動(dòng)較大。以上因素造成PVC樹脂水含量波動(dòng)較大。若樹脂水含量過(guò)低，會(huì)產(chǎn)生靜電，導(dǎo)致成品篩處帶料，包裝袋漫料，嚴(yán)重影響生產(chǎn)系統(tǒng)的穩(wěn)定運(yùn)行，也不利于下游客戶的加工；若樹脂水含量過(guò)高，則影響產(chǎn)品質(zhì)量。

神馬氯堿技術(shù)人員綜合考慮各種因素，采取以下解決措施：①對(duì)水油比及復(fù)合分散劑的配比進(jìn)行了調(diào)整，使PVC樹脂顆粒形態(tài)更加規(guī)整，粒度分布更加集中。②將干燥床二床熱水兩位閥改為調(diào)節(jié)閥，并將該調(diào)節(jié)閥與干燥床二床溫度聯(lián)鎖控制，穩(wěn)定了干燥床二床溫度，優(yōu)化了產(chǎn)品質(zhì)量，更減輕了操作人員的勞動(dòng)強(qiáng)度，提高了勞動(dòng)效率。③在成品篩下料管上部安裝了PVC水分在線監(jiān)測(cè)儀，并將數(shù)據(jù)上傳至DCS，實(shí)現(xiàn)了PVC樹脂水含量的在線實(shí)時(shí)監(jiān)控，主控人員根據(jù)PVC樹脂水含量及時(shí)調(diào)整干燥床溫度，將樹脂水含量控制在最佳范圍。同時(shí)，在允許范圍內(nèi)適當(dāng)提高PVC樹脂水含量，間接提高了PVC產(chǎn)量，增加了效益。改造前后PVC樹脂質(zhì)量見(jiàn)表1。

表1 改造前后PVC樹脂質(zhì)量

3.4 金屬雜質(zhì)多

神馬氯堿108 m3聚合釜入料熱純水大部分來(lái)自干燥系統(tǒng)散熱片出口冷凝水，其中含有極少量金屬雜質(zhì)，這類雜質(zhì)進(jìn)入樹脂成品后，在加工過(guò)程中無(wú)法塑化，嚴(yán)重影響了成品質(zhì)量。

經(jīng)過(guò)技術(shù)專家指導(dǎo)，神馬氯堿在干燥系統(tǒng)沖板流量計(jì)下部取樣孔處加裝磁石，并安排專人每周清理1次，有效地避免了金屬雜質(zhì)進(jìn)入成品。清理前后的磁石見(jiàn)圖2。

清理前清理后圖2 清理前后的磁石Fig.2 Magnet before and after cleaning

3.5 引風(fēng)機(jī)控制方式的問(wèn)題

風(fēng)機(jī)屬于大功率、高耗電設(shè)備，神馬氯堿干燥系統(tǒng)主風(fēng)機(jī)和引風(fēng)機(jī)的電動(dòng)機(jī)均采用工頻控制，主風(fēng)機(jī)風(fēng)門由操作人員根據(jù)系統(tǒng)負(fù)荷手動(dòng)調(diào)節(jié)，引風(fēng)機(jī)風(fēng)門根據(jù)干燥床壓力設(shè)定值自動(dòng)調(diào)節(jié)。引風(fēng)機(jī)輸出功率隨著生產(chǎn)負(fù)荷的變化而變化，當(dāng)干燥系統(tǒng)負(fù)荷達(dá)到80%時(shí)，引風(fēng)機(jī)風(fēng)門開(kāi)度為55%～60%，造成很大一部分能量消耗在節(jié)流損失中。同時(shí)，由于引風(fēng)機(jī)的運(yùn)行，使得入口風(fēng)門處震動(dòng)較大，生產(chǎn)過(guò)程中根據(jù)負(fù)荷大小須經(jīng)常調(diào)節(jié)風(fēng)門，容易導(dǎo)致風(fēng)門拉桿斷裂或風(fēng)門定位器損壞，迫使裝置停車。

為此，在引風(fēng)機(jī)控制器上加裝1臺(tái)變頻控制器，將引風(fēng)機(jī)由工頻控制改為變頻控制，通過(guò)控制變頻器轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)床壓，既滿足了生產(chǎn)需求，又降低了能耗。

表2為不同負(fù)荷下引風(fēng)機(jī)分別使用工頻控制和變頻控制時(shí)的電流及節(jié)電率。由表2可知：經(jīng)過(guò)此次改造，引風(fēng)機(jī)節(jié)電率平均達(dá)到11.3%。

表2使用工頻控制及變頻控制時(shí)引風(fēng)機(jī)的電流及節(jié)電率

Fig.2Currentofindustrialfrequencycontrolleddraughtfanandthatofvariablefrequency

controlled one, and power saving rate

4 結(jié)語(yǔ)

經(jīng)過(guò)以上改造，有效解決了PVC干燥生產(chǎn)中遇到的問(wèn)題，干燥系統(tǒng)運(yùn)行更加穩(wěn)定，提高了產(chǎn)品質(zhì)量，改善了環(huán)境，也有效提高了經(jīng)濟(jì)效益。