苗紀文 俞厚忠 劉靜宇

（上海化工研究院)

干燥技術(shù)

含鹵聚合物懸浮液在載體流化床中干燥研究

苗紀文*俞厚忠 劉靜宇

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對含鹵聚合物懸浮液進行了干燥試驗。借助于DPS軟件數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)，對試驗結(jié)果采用多因子及二次多項式逐步回歸分析方法得出了回歸方程。試驗數(shù)據(jù)可供工業(yè)規(guī)模設(shè)備設(shè)計之用。

含鹵聚合物 懸浮液 載體流化床 干燥 試驗

0 前言

在我國，含鹵聚合物的生產(chǎn)，由于工業(yè)化的時間不長，其生產(chǎn)方式一直沿襲傳統(tǒng)的工藝及裝備。含鹵聚合物生產(chǎn)中的干燥是針對板框壓濾機之后的濾餅來進行的。產(chǎn)品質(zhì)量與國外相比，有一定差距。為了改變含鹵聚合物生產(chǎn)設(shè)備落后、非均相分離效果差、操作繁雜、生產(chǎn)效率低、經(jīng)濟效益差、難以規(guī)模化生產(chǎn)的現(xiàn)狀，國內(nèi)最近開發(fā)出一種新的生產(chǎn)工藝。該工藝要求產(chǎn)品直接從懸浮液干燥而得，而不是通常從濾餅干燥得到。這一工藝可使產(chǎn)品質(zhì)量大幅度提高，經(jīng)濟效益明顯增加。

含鹵聚合物懸浮液，初始含水率為85%～88%，變性溫度為130℃，密度為1700 kg/m3，干燥前的狀態(tài)是白色懸浮液。這種懸浮液體系高度分散、濃度低、固相顆粒細小，攪拌后產(chǎn)生泡沫，且吸附性強。懸浮液的這種特性給含鹵聚合物生產(chǎn)的后處理帶來很大的難度。

根據(jù)含鹵聚合物生產(chǎn)要求，產(chǎn)品最終含水率≤0.1%，顆粒粒徑≤10 μm。在這種要求下，干燥后產(chǎn)品不需要進行再粉碎，生產(chǎn)過程要求在自動控制下連續(xù)進行。

1 干燥工藝的選擇

針對懸浮液的干燥，可以選擇的路線有下述三條：

路線一，噴霧干燥。即利用霧化器將料液分散成細小霧滴，并與熱介質(zhì)在干燥塔內(nèi)充分進行熱量和質(zhì)量交換，最終達到干燥產(chǎn)品的目的。其特點是：干燥速度十分迅速，料液經(jīng)噴霧后，其液滴的表面積很大，干燥過程中液滴的溫度不高，產(chǎn)品質(zhì)量較好；生產(chǎn)過程簡單，操作控制方便。缺點是：料液濃度有嚴格限制，設(shè)備龐大，霧化要求高，熱效率不高，生產(chǎn)成本高。

路線二，滾筒干燥。鋼制中空滾筒緩慢旋轉(zhuǎn)，轉(zhuǎn)速為4～10 r/min，加熱蒸汽在筒內(nèi)加熱并冷凝，冷凝液由虹吸管吸出。滾筒在懸浮液上方旋轉(zhuǎn)過程中，厚度約0.3～5 mm的料漿分布于筒上并汽化、干燥，旋轉(zhuǎn)一周后將干料刮下。這種工藝特別適合于漿糊狀物料的干燥。缺點是生產(chǎn)能力有限，設(shè)備為壓力容器，設(shè)備造價高，產(chǎn)品粒度不均勻，產(chǎn)品含水率難以達到0.1%的要求。

路線三，載體流化床干燥。在流化床中填裝惰性載體。運行過程中，載體在由床層下部進入的熱風作用下處于流化狀態(tài)。懸浮液由泵通過噴管噴灑于床層，呈膜狀附著在載體表面，并與進入床層中的熱空氣充分進行熱質(zhì)交換。濕料中的水分迅速蒸發(fā)，留在載體表面的干料由于載體間的碰撞而脫落，并隨廢氣離開干燥機，由氣固分離器收集。載體流化床干燥的優(yōu)點是：設(shè)備體積小，是噴霧干燥的1/20～1/10，可以大大節(jié)約設(shè)備的制造費用和廠房建筑的成本；對加料器霧化要求低，不必使用專門的霧化器 （如噴嘴、離心轉(zhuǎn)盤等），投資和維修費用較低；操作條件范圍寬，原料濃度在10%～50%均適用；干燥產(chǎn)品形態(tài)為均質(zhì)研磨粉體，堆密度較大，溶解速度快。缺點是動力消耗比上述兩種干燥機略高。

通過以上三種干燥形式的比較，結(jié)合含鹵聚合物懸浮液干燥的工藝要求，擬選擇性價比較高的載體流化床干燥器作為研究對象。

2 干燥試驗流程

干燥試驗流程如圖1所示。

空氣經(jīng)過濾后由鼓風機吸入，再經(jīng)流量計計量和加熱器加熱后進入干燥器下部氣室，然后經(jīng)氣體分布板均勻進入干燥室，使其中載體顆粒產(chǎn)生劇烈的流態(tài)化運動。蠕動泵以試驗所需的加料轉(zhuǎn)速向流化床內(nèi)加入含鹵聚合物懸浮液，懸浮液借助于噴管被連續(xù)噴灑至載體床層，并且迅速被分散和涂覆于每個載體表面。隨著熱風不斷導入和水分的蒸發(fā)，膜層很快由彈塑性狀態(tài)轉(zhuǎn)變?yōu)閺棿嘈誀顟B(tài)，并在載體相互碰撞中以片狀形態(tài)從其表面剝離，爾后被進一步研碎成細粉。細粉隨氣流帶出設(shè)備，由系統(tǒng)中高效旋風分離器收集。

圖1 干燥試驗流程

3 載體的選擇

載體是該干燥裝置特征性內(nèi)件。它既是料液承載體，又是載熱研磨體。優(yōu)良的載體不僅應(yīng)具有適當?shù)馁|(zhì)量、硬度和良好的表面狀況，而且還應(yīng)有良好的耐磨性、耐熱性和無害等特性。一般載體材料有玻璃球、陶瓷球和氟塑料球。陶瓷球的剝離性較差，玻璃球易破碎，氟塑料球完全避免了上述弊端。氟塑料球表面光潔，摩擦系數(shù)低 （0.02～0.04），表面能小 （19×10-3N/m），具有很好的防粘附性。在化學性能方面，它不受酸堿腐蝕，耐溫250℃，對人體無害。在物理性能方面，其密度與陶瓷相當（2200 kg/m3），作為研磨體有足夠的耐沖擊能力。因此氟塑料球作為載體是一種理想的選擇。本試驗采用PTFE材料作為載體球。

從理論上講，載體尺寸對干燥特性也有影響。載體尺寸較大時，單位體積表面積減少，不利于傳熱傳質(zhì)；載體尺寸減小時，其單位體積表面積增大，在給定的氣速下，運動強度提高，有利于改善傳熱傳質(zhì)，加速干燥過程，所得產(chǎn)品粒度較細。但過小尺寸的載體相互碰撞力過小，相應(yīng)研碎功能較差。這里我們不能忽視該干燥器的操作特點，即產(chǎn)品在設(shè)備中停留時間主要是由水分蒸發(fā)速度和干產(chǎn)品研碎動力學聯(lián)合決定的。也就是說，只有水分蒸發(fā)和產(chǎn)品研碎兩者適度而協(xié)同進行時，整個干燥過程才能得以順利完成。所以我們選用 4 mm、6 mm、8 mm三種尺寸的載體進行試驗。

4 干燥試驗及結(jié)果

為了保證試驗結(jié)果的可靠性、代表性，減少試驗的次數(shù)，以均勻設(shè)計法為手段，安排干燥試驗，試驗數(shù)據(jù)回歸分析采用DPS軟件進行分析。

本試驗研究中的原料懸浮液，含水率為88%。選取4個因素作為變量因子：進風溫度x1、進料溫度 x2、進料速度 x3和載體尺寸 x4。 采用 U*6（64）均勻設(shè)計表，進行兩次均勻性試驗。兩次試驗方案和試驗結(jié)果如表1和表2所示。

表1 均勻設(shè)計法優(yōu)化含鹵聚合物干燥結(jié)果 （試驗方案一）

表2 均勻設(shè)計法優(yōu)化含鹵聚合物干燥結(jié)果 （試驗方案二）

（1）直觀分析法

由表1、表2可以看出，含固率最高的是表1中的5號試驗。含水率在該試驗中達標的要求為0.1%，即含固率達到99.9%以上。綜合來看，試驗效果最好的是表1中的2號試驗，含水率達標，相應(yīng)的產(chǎn)品單耗最小，所以2號試驗對應(yīng)的條件為較優(yōu)的試驗條件：進風溫度124℃，進料溫度48℃，進料速率110 mL/min，載體尺寸4 mm，產(chǎn)品粒度為6.4 μm。

（2）回歸分析法

將兩次試驗數(shù)據(jù)一同進行回歸分析，得出的結(jié)果如表3所示。

表3 二次多項式逐步回歸分析法處理的結(jié)果

得到的回歸方程為

相關(guān)系數(shù)R=0.985 0，F(xiàn)=38.980 8，顯著水平 P= 0.000 2，剩余標準差S=0.010 2。該方程能較好地擬合含鹵聚合物的干燥過程。含固率影響因素的大小順序為 x1＞x32＞x1x4＞x2x3＞x3x4。 前已述及， 含固率達標要求為99.9%，所以合適的操作參數(shù)應(yīng)該是在一定的進風溫度下使進料速度盡可能提高，即產(chǎn)品單耗最小，且含固率達標。我們選擇的參數(shù)如下：進料溫度x2為工業(yè)實際生產(chǎn)中常用的常溫進料溫度25℃；載體尺寸x4選用4 mm，因為在此載體尺寸下，產(chǎn)品的粒度小于10 μm；進風溫度選擇125℃，若進風溫度再高，產(chǎn)品色澤會發(fā)黃；進料速率選擇 98 mL/min。將這些參數(shù)代入上述回歸方程，得到含固率Y預(yù)測值為 99.904%。然后利用上面的參數(shù)進行驗證試驗。

經(jīng)驗證試驗，得到產(chǎn)品含固率為99.921%，超過了產(chǎn)品工藝要求，與方程預(yù)測值相差并不大。這說明回歸方程的預(yù)測效果較好。該回歸方程對預(yù)測含鹵聚合物干燥優(yōu)化工藝條件有一定的指導意義。

含鹵聚合物產(chǎn)品的工藝要求，不僅是含水率小于0.1%，且產(chǎn)品的顆粒度要求小于10 μm。由表1、表2可見，選用4 mm載體的干燥試驗其產(chǎn)品粒度都在10 μm以下。由此再結(jié)合降低產(chǎn)品單耗、減少經(jīng)濟成本的考慮，我們選擇以上驗證試驗的干燥工藝參數(shù)作為含鹵聚合物懸浮液的較優(yōu)化條件。該條件可供工業(yè)放大設(shè)計之用。

噴霧干燥和載體流化床干燥產(chǎn)品粒度的電鏡照片如圖2所示。

圖2 載體流化床干燥與噴霧干燥產(chǎn)品粒度形態(tài)電鏡照

5 結(jié)論

（1）含鹵聚合物懸浮液的干燥試驗結(jié)果表明，載體流化床用于含鹵聚合物懸浮液的干燥是可行的，是一種實用、合適的選擇。

（2）含鹵聚合物懸浮液的載體流化床干燥與噴霧干燥相比較，具有如下特點：

① 載體流化床干燥設(shè)備體積小，是噴霧干燥的1/20～1/10，可以大大節(jié)約設(shè)備制造費用和廠房建筑成本。

② 對加料器霧化要求低，不必使用專門霧化器 （如噴嘴、離心轉(zhuǎn)盤等），投資和維修費用較低。

③ 操作條件的范圍寬，物料停留時間長，原料濃度在10%～50%之間均適用。

④ 載體流化床干燥溫度不大于130℃，因此熱源選用方便，采用一般廠里都有的蒸汽加熱即可。而噴霧干燥由于干燥溫度要170℃，需要使用熱風爐或電加熱作為熱源，投資要大很多。

⑤載體流化床干燥熱效率比噴霧干燥高。

⑥載體流化床干燥產(chǎn)品形態(tài)為均質(zhì)研磨粉體，噴霧干燥產(chǎn)品形態(tài)多為含固液滴干燥粉體，兩者形態(tài)相似，且都能達到產(chǎn)品粒度小于10 μm的工藝要求。

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[4]潘永康，王喜忠，劉相東.現(xiàn)代干燥技術(shù) [M].北京：化學工業(yè)出版社，1998.

[5]俞厚忠，苗紀文.多糖膠在載體流化床中干燥研究[J].化工裝備技術(shù)，2003，24（4）：1-4.

亞洲最大高溫高壓屏蔽泵投用

2013年 9月 11日，安慶石化新建柴油加氫裝置2臺反應(yīng)產(chǎn)物循環(huán)油泵一次投用成功。該循環(huán)油泵最大設(shè)計流量為1400 Nm3/h，電機功率445 kW，是目前亞洲流量最大的高溫高壓屏蔽泵。

安慶石化新建的柴油加氫裝置采用連續(xù)液相加氫工藝，用循環(huán)油泵取代了循環(huán)氫壓縮機的核心作用，其輸送介質(zhì)為高溫高壓柴油且富含有氫氣和硫化氫，采用進口屏蔽泵是為了保證安全和防止泄漏，也是液相柴油加氫工藝與傳統(tǒng)加氫工藝中核心設(shè)備的最大區(qū)別。該泵運行狀況對生產(chǎn)工藝和產(chǎn)品質(zhì)量有著重要影響。因此，循環(huán)油泵能否正常開車直接影響著柴油加氫裝置的開工節(jié)點。

為了保證循環(huán)油泵能正常開車，煉油三部設(shè)備組與泵制造廠家——海密梯克公司的專家積極溝通，并聯(lián)系相關(guān)專業(yè)對電氣、儀表聯(lián)鎖、DCS、SIS等問題進行逐一確認，確保無隱患投用。

在煉油三部設(shè)備組的協(xié)調(diào)指揮下，通過國外專家的指導和總部專家的把關(guān)，班組人員按照操作規(guī)程上的步驟精心操作，經(jīng)過灌泵、排氣、預(yù)熱、啟泵等系列工序后，實現(xiàn)了一次開泵成功。

（錢伯章)

Study on Drying of Halogen-containing Polymer Suspensions in Carrier Fluidized Bed

Miao Jiwen Yu Houzhong Liu Jingyu

Introduced the drying experiment of halogen-containing polymer suspension.With DPS software data processing system and adopting multi-factor and quadratic polynomial stepwise regression analysis method, obtained the regression equation.The experiment data could provide reference for industrial scale equipment design.

Halogen-containing polymer;Suspension;Carrier fluidized bed;Drying;Experiment

TQ 051.8+92

2013-09-05）

*苗紀文，女，1967年生，高級工程師。上海市，200062。