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CPE干燥工艺与技术的研究

供稿:工控网 2006/9/20 10:57:00

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前言 氯化聚乙烯(CPE)是由高密度聚乙烯经氯化制得的一种改性氯化高聚物,含氯量一般控制在30%~50%(质量份数)。产品外观为白色粉末或颗粒,170℃以上分解,类似于橡胶弹性体。2002年我国总生产能力达17万吨,实际产量为10万吨,已是世界上第一大生产国。在我国主要用于硬PVC制品的抗冲击改性。我院从上世纪70年代开始进行水相法CPE的研制工作,目前是国内主要CPE成套生产技术转让院所。干燥工序是CPE生产中主要耗能工序之一,CPE的干燥问题曾一度成为技术难题,制约生产的“瓶颈”,其工艺与设备的选择是否合理,决定着一个企业的生产成本、生产能力与劳动强度。 1 、PE的干燥原理 湿分以松散的化学结合形式或以液态溶液存在于固相中,或集在固体的毛细微结构中,这种液体的蒸汽压低于纯液体的蒸汽压,称之为结合水分;而游离在表面的湿分则称为非结合水[1]。由于在CPE的大分子结构中存在极性基因,而其粉末的结构又十分疏松,以致其湿粉中不仅会有“非结合水”,且会有“结合水”,要将其干燥到不大于0.3%(湿基)的含水量是比较困难的(此时方视为干燥合格)。为此我们选择热空气作为传热介质进行(流态化)干燥,含有水分的颗粒物料与热气流接触,由于其表面的水蒸汽压大于热空气中的水蒸汽分压,水蒸汽就由物料颗粒表面向热空气中扩散,而被不断流动更新的热空气带走。随着物料表面水分的不断汽化,物料颗粒内部的湿度又大于其表面湿度,形成了湿度梯度,则颗粒内部的水分不断地向表面扩散,直至达到该物料的平衡水分为止。 2 、PE的干燥特性 为了选择合适的CPE干燥工艺和合适的干燥器,我们对CPE进行干燥试验,得知干燥条件为:大气温度21℃、大气相对湿度90%、热风温度55±1℃,CPE的平衡水分接近于0,其第一临界湿含量为12%左右(干基),其第二临界湿含量为4%左右(干基),并且,其内部水分的干燥是比较困难的。 3 、PE的干燥工艺 PE的生产过程是一个批量生产、间歇操作、顺序控制的过程,CPE浆料经离心机离心后,得到含水率30%~40%(湿基)、最小颗粒150μm、最大颗粒不超过500μm、平均颗粒220μm的湿料。此时进入干燥工序,其工艺流程如下。湿物料由料斗加入,通过螺旋输送器进入气流干燥管,同时开启空气加热器和沸腾床顶部的引风机,物料经气流管初步干燥后进入沸腾床,细物料经旋风分离器捕集后也落入沸腾床继续干燥;控制进风温度与床层温度,调节进风量与风速,当床层与床顶温度得到工艺要求后,吹冷风降温,物料经出料阀流入包装袋。 4、结果和讨论 (1)工艺路线的选择 气流干燥也称“瞬间干燥”,使加热介质与待干燥固体颗粒直接接触,因相之间的传热传质的表面积大而使体积传热系数ha也相当高,普通直管气流干燥器的ha为2300~7000w/(m3.K)。热效率高,处理量大,对CPE“非结合水”干燥效果明显。由于物料在气流管中的停留时间较短,所以对CPE中的“结合水”干燥比较困难,若单用此法干燥CPE需反复干燥5~6次方能合格,生产周期长、劳动强度大、物料损失多、能量消耗大、工作环境恶劣。 沸腾干燥由于物料在沸腾床中剧烈搅动,大大地减少了气膜阻力,因而热效率高,更重要的是物料的停留时间可以任意调节。但单用此法干燥CPE,生产中容易产生“结床”或“跑料”现象。原因是:从离心机过来的湿料,含水率较高,物料较重,进入沸腾床后,若引风机风压不够,物料在床中“沸腾”效果欠佳,则物料很容易结团,以致最终整体结于床中。为避免产生“结床”现象,需提高引风机风压;但随着干燥过程的进行、物料水分的减少、颗粒的变轻,在引风机的排风尾气中会夹带有大量物料,特别在接近干燥终点时“跑料”尤为明显。 考虑到我们的CPE批量与间歇式生产的特点,根据气流干燥与沸腾干燥的各自优点,决定选择二者串联的工艺。 (2)干燥器型式的选择
气流管我们选用的是管径交替缩小和扩大的脉冲式干燥管,加入的物料在管径小的干燥管内得到加速,在管径大的管内突然扩散减速,如此交替进行,热空气和颗粒之间的相对运动速度较大,从而强化了传热传质的效果。根据CPE的干燥特点,沸腾干燥器选用的是单层卧式沸腾床,此床结构简单,容易操作,干燥速度快,处理量大。
(3)CPE干燥的工程数据 安徽省化工研究院自上世纪80年代首次用水相法生产CPE(千吨级)以来,到目前为止,在国内技术转让已达成十几家,在干燥工序上,经历了气流干燥、沸腾干燥、气流—沸腾干燥的不同阶段,下表列出了不同干燥工艺的对照工程数据。 表1 不同干燥工艺的对照工程数据 生产单位 原芜湖化工厂 本院试验厂淮北恒欣 生产规模/t•a-1 800 500 3000 干燥形式 φ150双级气流 沸腾干燥 气流--沸腾 物料批号 80-6-13 02-06 含水量/%(wb) 湿粉 40 36 35 干粉 0.3 0.3 0.3 生产周期/h(批) 6.5 4.0 2.5 耗蒸汽量/t•t-1(CPE) 4.0 2.2 1.9 耗电量/kWh•t-1(CPE) 400 220 60 劳动强度 大 一般 小
5、结束语
干燥工序是CPE生产中一个重要环节,采用气流—沸腾干燥工艺符合CPE干燥特性。干燥设备结构的设计(如气流分布板开孔率[3])、附件(如风机与旋风分离器等)的选型,是影响干燥的重要因素,我们目前已研制出不同生产能力的系列专用氯化聚乙烯干燥装置,并在实际生产中取得了显著的经济效益和社会效益。 参考文献: [1] 潘永康,王喜忠.现代干燥技术[M].北京:化学化工出版社,1998,12-13. [2] 杨云.CPE沸腾干燥试验[J].安徽化工,1991(CPE专辑):34-36. [3] 何勇,宋秋生等.CPE干燥用沸腾床气流分布板开孔率的计算方法初探[J].安徽化工,2000,26(6):43-45.
信息来源于:中国工业设备网

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