孟浩亮

（中國中輕國際工程有限公司，北京 100026）

多規(guī)格產(chǎn)品的PVA低堿醇解新工藝1

孟浩亮

（中國中輕國際工程有限公司，北京 100026）

對比了制備聚乙烯醇的高堿醇解法與低堿醇解法技術(shù)特點；在低堿法皮帶醇解工藝的基礎(chǔ)上，進行多項技術(shù)改進、設(shè)備改造，形成醇解新工藝；醇解新工藝可同時生產(chǎn)不同聚合度和醇解度的多規(guī)格高品質(zhì)PVA產(chǎn)品，節(jié)能效率提供好，帶來更可觀的經(jīng)濟效益。

聚乙烯醇；醇解工藝；技術(shù)改進；設(shè)備改造

聚乙烯醇（以下簡稱PVA）是一種用途相當(dāng)廣泛的水溶性高分子聚合物，簡稱PVA。其性能獨特，具有較好的粘接性、成膜性、耐油性、膠體保護性，除了作維綸原料之外，還廣泛用作紗漿料、涂料、粘合劑、乳化劑、紙加工助劑、薄膜、分散劑等，廣泛地用于汽車和建筑材料行業(yè)。其新用途和新的品種還在不斷的開發(fā)中。

目前世界聚乙烯醇產(chǎn)業(yè)的發(fā)展趨勢是向高低兩極發(fā)展，即高聚合度（高粘度）、高醇解度的高精細(xì)化產(chǎn)品與低聚合度、低醇解度的特種產(chǎn)品發(fā)展態(tài)勢突出，前者在高標(biāo)號膠粘劑、高強高膜纖維、水泥增強劑等領(lǐng)域有良好表現(xiàn)，后者則為有特別要求的水溶性膠粘劑與水溶性纖維所使用。

本文簡述了傳統(tǒng)醇解工藝中的高堿醇解法與低堿醇解法技術(shù)特點，對比醇解新工藝和傳統(tǒng)工藝的技術(shù)特點，突出醇解新工藝的優(yōu)點，以及醇解新工藝應(yīng)用后對裝置生產(chǎn)能力、產(chǎn)品品種、自動化程度、裝置能耗、裝置穩(wěn)定性的提升。

1 傳統(tǒng)醇解工藝簡述

工業(yè)上聚醋酸乙烯醇解根據(jù)催化劑堿量不同，可分高堿醇解法和低堿醇解法兩種生產(chǎn)工藝。高堿醇解法就是反應(yīng)物料中含有1%～2%的水，加入氫氧化鈉水溶液，堿對聚醋酸乙烯的摩爾比大，主要發(fā)生皂化反應(yīng)。低堿醇解法就是反應(yīng)物料中基本不含水，堿也溶于甲醇中，堿的摩爾比很低，主要發(fā)生酯交換反應(yīng)。

20世紀(jì)70年代前，國內(nèi)外都采用高堿醇解法生產(chǎn)工藝。日本電氣化學(xué)公司和可樂麗公司開發(fā)低堿法皮帶醇解工藝后，率先實現(xiàn)工業(yè)化生產(chǎn)，我國上海石化和川維引進低堿法皮帶醇解工藝。高堿醇解法和低堿醇解法技術(shù)特點比較見表1。

表1 高堿醇解法與低堿醇解法技術(shù)特點比較

續(xù)表1

通過比較可以看出，低堿法從產(chǎn)品質(zhì)量、產(chǎn)品多樣性、能耗以及后續(xù)廢液處理方面都較高堿法具有很大的優(yōu)勢。

2 醇解新工藝簡述

以寧夏大地化工有限公司年產(chǎn)100 kt多品種聚乙烯醇工程為例，在上海石化和川維的低堿法皮帶醇解工藝的基礎(chǔ)上，進行多項技術(shù)改進、設(shè)備改造，形成醇解新工藝。醇解新工藝可同時生產(chǎn)不同聚合度和醇解度的多規(guī)格高品質(zhì)PVA產(chǎn)品，節(jié)能效率提供好，帶來更可觀的經(jīng)濟效益。

主要技術(shù)創(chuàng)新體現(xiàn)在一下幾個方面：

2.1 技術(shù)改進

2.1.1 樹脂進料改進

傳統(tǒng)醇解工藝將聚合工段送來樹脂直接送入樹脂貯槽，再經(jīng)樹脂泵打至樹脂預(yù)熱器預(yù)熱后送入靜態(tài)混合器與堿甲醇液混合；醇解新工藝將聚合工段送來樹脂先進入醇解工段樹脂貯槽，再經(jīng)過螺桿樹脂泵打至板式換熱器進行預(yù)熱后仍回到此樹脂槽，待此樹脂溫度達到一定值后，停止循環(huán)預(yù)熱，換備用樹脂貯槽內(nèi)樹脂循環(huán)預(yù)熱，預(yù)熱好的樹脂槽改打至樹脂中間貯槽，再經(jīng)樹脂中間貯槽加料泵經(jīng)一個板式換熱器換熱后送至靜態(tài)混合器進料。新工藝相較于傳統(tǒng)工藝具有以下優(yōu)點：

1）適用于嚴(yán)寒冬季開車，備用槽內(nèi)樹脂可循環(huán)預(yù)熱，在切槽進料時，不會因為溫度低影響醇解反應(yīng)。

2）采用的是板式換熱器（傳統(tǒng)工藝是列管式換熱器），其換熱面積大，換熱效果好，易使樹脂進料溫度控制在所需值。

3）樹脂中間貯槽和樹脂加料泵都設(shè)計在車間五樓，離靜態(tài)混合器較近，樹脂加料量不會因管道長導(dǎo)致加料量波動大。

4）樹脂加料量采用的是靠樹脂泵變頻器來自動控制樹脂加料量，傳統(tǒng)工藝采用的是調(diào)節(jié)閥，變頻器比調(diào)節(jié)閥更易控制。

5）樹脂和堿加料量表采用的是質(zhì)量流量計，不受溫度、壓力、濃度等因素的影響，使測量值更加精確，工藝更易操作。

2.1.2 新催化劑加料配方與方法

傳統(tǒng)工藝加入的是堿甲醇液，由醇解工段用原料甲醇和片堿配制成濃度為80 g/h左右的堿甲醇液，放入一樓堿甲醇貯槽，再經(jīng)堿渦輪泵打至靜態(tài)混合器與樹脂混合。醇解新工藝加入的是堿甲醇水溶液，由醇解工段用原料液堿、甲醇和脫鹽水按照一定的比例配制而成的堿甲醇水溶液，經(jīng)泵打至堿甲醇水溶液中間貯槽，再經(jīng)德國進口的齒輪泵打至靜態(tài)混合器與樹脂混合。新工藝相較于傳統(tǒng)工藝具有以下優(yōu)點：

1）加入的是堿甲醇水溶液，堿液中水起到的主要作用為：可以將PVA中含的羰基化合物水解（羰基化合物為著色基團），保證系統(tǒng)中含有一定量的樹脂含水率，可確保PVA成品料的白度。

2）配制堿甲醇水溶液的配制槽夾套采用冷凍鹽水冷卻（傳統(tǒng)工藝為循環(huán)水），可以確保堿甲醇水溶液的進料溫度盡量控制較低，其主要作用是：堿進料溫度高，堿液的活度就較強，故會與樹脂混合后，在靜態(tài)混合器內(nèi)就會發(fā)生反應(yīng)，會縮短靜態(tài)混合器的使用時間；若堿進料溫度低，堿液活度相對較弱，就不易在靜態(tài)混合器內(nèi)與樹脂發(fā)生反應(yīng)，可以確保靜態(tài)混合器的使用時間。

3）堿加料泵采用的是德國進口的齒輪泵，其輸出壓力較大。而隨著反應(yīng)時間的增加，靜態(tài)混合器內(nèi)壓力會增大，樹脂泵不易被高壓壓跳，并且泵漏液現(xiàn)象極少。

2.1.3 引入熟成機

醇解新工藝在粉碎機后新加入熟成機，其主要作用為：加入一定量的中和液，延長停留時間，使得醇解反應(yīng)在此處得到終止，從而可以比較容易的得到所需醇解度的產(chǎn)品。同時此處還設(shè)有加入甲醇與水混合液裝置，使其與物料一起泡置，可以洗去物料中大部分因副反應(yīng)產(chǎn)生的醋酸鈉，可以使成品物料醋酸鈉含量控制在1.0%（wt）以下。

由于傳統(tǒng)工藝未設(shè)有此設(shè)備，使其生產(chǎn)低醇解度產(chǎn)品難以實現(xiàn)，工藝參數(shù)不易控制，醋酸鈉含量也基本上難以控制在1.0%（wt）以下。

2.1.4 引入輸送機

醇解新工藝在物料經(jīng)離心機脫水后和振動篩處抽出部分回流干料在此輸送機處混合后送入干燥劑干燥，可以確保一段干燥機不會因料濕而粘在干燥機壁上起鍋巴，從而確保了成品料的質(zhì)量。

傳統(tǒng)工藝未設(shè)有此裝置，導(dǎo)致干燥機前段極易結(jié)粘壁鍋巴料，開停車或時間久后鍋巴會脫落，導(dǎo)致等外品料產(chǎn)生較多，影響產(chǎn)品合格率，直接影響生產(chǎn)效益。醇解新工藝新增此項設(shè)備，并合理的使用了干燥機回流料，從而不會有傳統(tǒng)工藝上述現(xiàn)象發(fā)生，確保了產(chǎn)品的質(zhì)量。

2.2 設(shè)備改造

2.2.1 靜態(tài)混合器改造

傳統(tǒng)工藝靜態(tài)混合器規(guī)格為管式-DN125x1600；醇解新工藝靜態(tài)混合器規(guī)格為管式-DN150x2315。新工藝相較于傳統(tǒng)工藝具有以下優(yōu)點：

1）其長度比傳統(tǒng)工藝長，混合效果可達上萬次，可以使樹脂、堿液充分混合均勻，有利于醇解反應(yīng)。

2）其尺寸較傳統(tǒng)工藝大，相對的樹脂投料量就大，產(chǎn)量會更高，符合設(shè)計理念。

2.2.2 皮帶醇解機改造

醇解反應(yīng)主要在醇解機皮帶床上發(fā)生：經(jīng)靜態(tài)混合器混合均勻后，在醇解機尾部反應(yīng)生成富有彈性的厚板狀物。傳統(tǒng)工藝皮帶為兩種規(guī)格：18 m和25 m。醇解新工藝皮帶長度達35 m。新工藝相較于傳統(tǒng)工藝具有以下優(yōu)點：

1）皮帶越長，表明可供醇解反應(yīng)的時間越長，對于生產(chǎn)低醇解度（例如88系列）產(chǎn)品，工藝比較容易控制。其中25 m皮帶醇解機也可以實現(xiàn)了生產(chǎn)醇解度為88%的產(chǎn)品，但生產(chǎn)操作比較復(fù)雜，工藝控制參數(shù)要求比較嚴(yán)格、化工投料量較低，生產(chǎn)成本較高。

2）由于皮帶長，醇解反應(yīng)時間就長，相同醇解度時可以使堿加料量控制盡量低，比較輕易得到醇解度為88%系列產(chǎn)品，并且可以使產(chǎn)生的醋酸鈉含量盡量少。

3）醇解機電機傳動方式改進，傳統(tǒng)工藝采用的是皮帶拉力來傳送（即電機在第一粉碎機處，靠電機拉上部承載反應(yīng)物料皮帶向第一粉碎機處輸送）此時上部皮帶既要承載物料的重力，還要承載電機的拉力；而醇解新工藝采用的是推力來傳送（即電機設(shè)在靜態(tài)混合器處，靠電機拉下部空皮帶將物料向第一粉碎機處推進），此時上部皮帶只承載物料的重力，下部皮帶承載電機拉力。從而使皮帶受力得到分工，極大減少了皮帶的受力不均勻，可以延長皮帶的使用壽命。

4）醇解新工藝皮帶將采購的是德國進口皮帶，傳統(tǒng)工藝皮帶正常生產(chǎn)4～6個月就需更換一次皮帶，而醇解新工藝則可長達3年更換一次。

2.2.3 粉碎機改造

粉碎機分為第一粉碎機和第二粉碎機，為高速運轉(zhuǎn)設(shè)備，其主要作用就是將醇解機反應(yīng)產(chǎn)生的厚板狀物進行兩次粉碎成粒徑為 5～6 mm的小固體顆粒。傳統(tǒng)工藝粉碎采用國產(chǎn)粉碎機，機功率較小，電機為75 KW。醇解新工藝粉碎機采用德國進口粉碎機，刀片都采用的是耐磨烏鋼材質(zhì)。電機為220 KW大功率電機，采用10 000 V電壓。同時第一粉碎機設(shè)有加料口。新工藝相較于傳統(tǒng)工藝具有以下優(yōu)點：

1）第一粉碎機可以在第一粉碎機處加入原料甲醇、二循環(huán)液、尾氣吸收液等三種液體，主要用于沖洗第一粉碎機濾網(wǎng)，帶有潤滑作用，可以減少或避免第二粉碎機架橋事故。此處加原料甲醇可以降低PVA成品物料的灰分。

2）當(dāng)遇到停電等事故時，由于第二粉碎機功率大，很少會遇到第二粉碎機起不動現(xiàn)象，大大減少的操作處理事故難度。而傳統(tǒng)工藝設(shè)備功率較小，遇到上述事故時，第二粉碎機起不動，增加事故處理難度和停車處理時間，影響生產(chǎn)效益。

3、第一粉碎機至第二粉碎機處通道上設(shè)有尾氣管，并設(shè)有專門的尾氣冷凝器，可以使第二粉碎機處產(chǎn)生的氣體得到冷卻。而傳統(tǒng)工藝氣相則直接往第一粉碎機處頂，靠醇解機尾氣真空泵抽出，但第一粉碎機通道處氣相會較大，蓋板蓋不嚴(yán)實就會跑出，對人體造成傷害。

2.2.4 脫水機

脫水機的作用是物料夾帶的液體，減輕兩段干燥機負(fù)荷。傳統(tǒng)工藝采用圓盤式螺桿擠壓機，醇解新工藝采用離心式脫水機，新工藝相較于傳統(tǒng)工藝具有以下優(yōu)點：

1）靠電機帶動脫水桶高速旋轉(zhuǎn)，使物料通過離心力將物料夾帶的液體脫去大部分，脫水效果好。

2）其采用的過濾篩網(wǎng)間隙為0.2 mm，從而確保了脫去的液體中含的粉末量相當(dāng)少，大部分粉末可隨物料進入干燥機進行回收，增加產(chǎn)品效率。

3）為回收工段處理醇解工段廢液帶來了有利條件。

2.2.5 干燥機改造

傳統(tǒng)工藝干燥機一臺，采用單軸承干燥劑，利用干燥機夾套通入蒸汽換熱來干燥PVA物料。醇解新工藝干燥機兩臺，分層反向布置，采用雙螺旋軸承干燥機，尾部設(shè)有擋板，保證干燥機內(nèi)有一定量的料位，主要靠軸承通入蒸汽進行換熱。新工藝相較于傳統(tǒng)工藝具有以下優(yōu)點：

1）軸承干燥換熱面積大，物料干燥充分。

2）由于干、濕料混合干燥，易于干燥，且不易出現(xiàn)黃點料。

3）干燥劑內(nèi)部沒有軸承，沒有死角，不會有長期殘留物。

4）采用兩段干燥，處理量大。

5）干燥機主要靠軸承換熱，內(nèi)壁不易起鍋巴料。

3 醇解新工藝效果

3.1 裝置生產(chǎn)能力提升

傳統(tǒng)工藝工程設(shè)計單列醇解生產(chǎn)線生產(chǎn)負(fù)荷10 Kt/年，醇解新工藝工程設(shè)計單列生產(chǎn)負(fù)荷20 Kt/年，裝置能力提升100%。

3.2 產(chǎn)品品種更加多樣

傳統(tǒng)工藝主要生產(chǎn)產(chǎn)品以 17-99（L）、18-99（L）、20-99（L）、22-99（L）、24-99（L）、26-99（L）為主。經(jīng)過技術(shù)改造后醇解新工藝工程除可以生產(chǎn)傳統(tǒng)工藝所有產(chǎn)品外，還可以生產(chǎn)17-88（L）、18-88（L）、20-88（L）、22-88（L）、24-88（L）、26-88（L）、28-99（L）和28-88（L）等低醇解度產(chǎn)品，其優(yōu)勢主要體現(xiàn)在產(chǎn)品醇解度控制在88%比較容易，粘度比現(xiàn)有裝置更高。

3.3 自動化程度較大提高

傳統(tǒng)工藝工程配制堿甲醇液采用的是原料甲醇和片堿配制，需設(shè)立專門配制堿的專業(yè)人員，并且長期與有毒有害（片堿、甲醇、甲醇?xì)獾龋┙佑|，對人體有害。

醇解新工藝工程采用的是液堿、甲醇、脫鹽水，并且都是靠電磁閥來控制其加入量，不需要人體接觸，也不需專門人員來配制，直接工段操作工按照步驟設(shè)定數(shù)據(jù)即可實現(xiàn)。切換時，不需要人工配合切換，只要現(xiàn)場人員開好相關(guān)閥門后即可實現(xiàn)電腦操作切換。

3.4 裝置能耗降低

醇解新工藝工程通過選用節(jié)能效果明顯的醇解新工藝；醇解廢液每噸產(chǎn)品8.3噸減少到6.3噸，醇解廢液減少量達30%以上。同時醇解新工藝可以使后續(xù)處理工序工藝流程優(yōu)化，整合后續(xù)設(shè)備，取消部分設(shè)備，節(jié)能效果達30%以上。

3.5 裝置穩(wěn)定性提高

醇解新工藝工程通過以上多項改造，傳統(tǒng)工藝中裝置結(jié)垢、易堵、壽命短等情況得到改善，使裝置穩(wěn)定性提高，停車次數(shù)減少，次品率降低，產(chǎn)品質(zhì)量和產(chǎn)量均得到提升。

4 結(jié)論

醇解工段作為PVA生產(chǎn)工藝中的重要組成部分，對PVA的產(chǎn)品品質(zhì)具有重要影響。聚乙烯醇性質(zhì)主要是由醇解度和聚合度決定的。我院在寧夏大地醇解工段應(yīng)用的多規(guī)格產(chǎn)品低堿醇解新工藝可以較好的控制醇解度，同時生產(chǎn)高醇解度和低醇解度的多規(guī)格PVA產(chǎn)品。同時其優(yōu)勢體現(xiàn)在裝置生產(chǎn)能力大，產(chǎn)品品種更加多樣，自動化程度較大提高，裝置能耗降低，裝置穩(wěn)定性提高，使得產(chǎn)品純度更高、質(zhì)量更好、成本更低，從而更具市場競爭力。

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MENG Hao-liang
（China Light Industry International Engineering CO., LTD, Beijing 100026, China）

Compared the high alkali alcohol solution preparation of polyvinyl alcohol with low alkali diol technical characteristics. In low alkaline belt alcoholysis process, on the basis of a number of technology improvement, equipment modification, form a new technology of alcoholysis. Alcoholysis process can be produced at the same time several specifications of different polymerization degree and alcoholysis degree high quality PVA products, provide good energy-saving efficiency, bring a considerable economic benefits.

PVA; alcoholysis process; technical improvement; equipment upgrading

TQ

A

1009-220X(2016)05-0013-06

10.16560/j.cnki.gzhx.20160506

2016-05-12

孟浩亮（1983~），男，本科，工程師；主要從事化工工藝咨詢及設(shè)計。23394299@qq.com