苗紀文 俞厚忠 劉靜宇

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干燥技術

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

（上?；ぱ芯吭?

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)模設備設計之用。

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)品質量與國外相比，有一定差距。為了改變含鹵聚合物生產(chǎn)設備落后、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)?；a(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，并與熱介質在干燥塔內(nèi)充分進行熱量和質量交換，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，轉速為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，設備為壓力容器，設備造價高，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：設備體積小，是噴霧干燥的1/20～1/10，可以大大節(jié)約設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)良的載體不僅應具有適當?shù)馁|量、硬度和良好的表面狀況，而且還應有良好的耐磨性、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；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，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 干燥試驗及結果

為了保證試驗結果的可靠性、代表性，減少試驗的次數(shù)，以均勻設計法為手段，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）均勻設計表，進行兩次均勻性試驗。兩次試驗方案和試驗結果如表1和表2所示。

表1 均勻設計法優(yōu)化含鹵聚合物干燥結果 （試驗方案一）

表2 均勻設計法優(yōu)化含鹵聚合物干燥結果 （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，相應的產(chǎn)品單耗最小，所以2號試驗對應的條件為較優(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，得出的結果如表3所示。

表3 二次多項式逐步回歸分析法處理的結果

得到的回歸方程為

相關系數(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，與方程預測值相差并不大。這說明回歸方程的預測效果較好。該回歸方程對預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 結論

（1）含鹵聚合物懸浮液的干燥試驗結果表明，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 載體流化床干燥設備體積小，是噴霧干燥的1/20～1/10，可以大大節(jié)約設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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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臺反應產(chǎn)物循環(huán)油泵一次投用成功。該循環(huán)油泵最大設計流量為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)加氫工藝中核心設備的最大區(qū)別。該泵運行狀況對生產(chǎn)工藝和產(chǎn)品質量有著重要影響。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。

在煉油三部設備組的協(xié)調指揮下，通過國外專家的指導和總部專家的把關，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。