CPE干燥工艺与技术的研究

神州飞鸿

CPE干燥工艺与技术的研究
- a3 Z$ R# S$ P3 Z3 Q/ A% o  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。
: b" }, p7 T  X$ z$ C; ^    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
& b8 K' K% R8 i% n* t5 }. J2 e    （1）工艺路线的选择
- l, }5 o* ~0 W    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。
  H. v  s% p6 A# v) E8 H- t# x    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。
  {. V  S/ ^. s3 ?' i) k    （2）干燥器型式的选择
* b9 ?0 P/ l  z9 O" q    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
8 e' d9 E! i1 ]* e: [            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
' j0 y8 n' N) ^; y9 z% _7 g; Y6 R; h            含水量/%(wb) 湿粉 40 36 35
% D7 m# y/ j! O: w- j            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
) F- A$ `2 o( V5 b8 r            劳动强度 大 一般 小
! t  b% r( Z8 r+ t# t    5、结束语
, z4 l2 ]+ Y% J    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