范志磊

（金浦投資控股集團(tuán)有限公司，江蘇 南京 210009）

1 裝置設(shè)計(jì)問題及改進(jìn)

1.1 松香熔融槽

根據(jù)原設(shè)計(jì)要求，松香的熔化和輸送流程為：桶裝原料松香經(jīng)人工破桶、破碎后，加入到V301松香熔融槽，熔融槽盤管接熱導(dǎo)熱油將松香加熱融化，經(jīng)P301松香輸送泵送到松香計(jì)量槽。

運(yùn)行一年后出現(xiàn)P301松香輸送泵打不上料的問題，經(jīng)查泵進(jìn)口管線堵。分析原因?yàn)樵上闳廴诓?，因底部裝有加熱盤管，出料口據(jù)底部約20 cm，松香反復(fù)融化沉積在盤管周圍，形成軟化點(diǎn)較高的“黑松香”，結(jié)垢逐漸增多，直至接近出料口位置，未完全融化的松香堵塞了出料口。當(dāng)即采取定期清理底部“黑松香”、提高導(dǎo)熱油溫的措施加以緩解，但因底部盤管阻礙，清理工作量大，效果不明顯，清理周期為每季度一次。

2011年，第二條線投產(chǎn)，松香需求量增加一倍，熔融槽清理周期已縮短為每月一次，且隨著導(dǎo)熱油溫的升高，松香色相也升高，直接影響了鉀皂產(chǎn)品色相指標(biāo)。

該問題主要是V301松香熔融槽設(shè)計(jì)不合理，出料口高于槽底不能打空松香，底部設(shè)置盤管不利于清理垢物。對此，將V301松香熔融槽底部盤管拆除，將出料口設(shè)置在槽底，P301松香輸送泵加裝過濾網(wǎng)定期清理，至今運(yùn)轉(zhuǎn)正常，無需清理熔融槽，且導(dǎo)熱油溫穩(wěn)定，松香色度穩(wěn)定。同時(shí)，也有企業(yè)將熔融槽設(shè)計(jì)成倒圓錐體，松香不易結(jié)垢，但因改造成本過高，沒有采納。

1.2 裝置密封性

裝置生產(chǎn)的鉀皂產(chǎn)品色相穩(wěn)定在4.5～5.5（Gardner），因下游客戶丁苯橡膠公司的技術(shù)要求為色相6以內(nèi)，所以產(chǎn)品能夠滿足客戶需求。后因丁苯橡膠板塊產(chǎn)能過剩，開工率降低，產(chǎn)品需求不振，公司開始接ABS塑料客戶的鉀皂訂單，色相指標(biāo)需調(diào)整至2～3。經(jīng)過多次試驗(yàn)，發(fā)現(xiàn)降低色相應(yīng)做好：提高裝置的密封性、控制反應(yīng)溫度、優(yōu)選原料等工作。設(shè)備密封性差，氧化明顯，主要影響產(chǎn)品色度[1]。

據(jù)周東軍對歧化松香和脫氫樅酸在高溫下的氧化特性的研究成果，從150 ℃到290 ℃，歧化松香在氧氣中色澤變化了11.5#(鐵鉆色)，在空氣中色澤變化了5.5#，在氮?dú)庵猩珴勺兓?#，歧化松香在不同氣體中升溫過程中的色澤變化大小順序?yàn)椋涸谘鯕庵校驹诳諝庵校驹诘獨(dú)庵?。在氮?dú)庀拢词辜訜岬?70 ℃，脫氫樅酸含量不同的樣品，色澤也沒有顯著變化，即沒有發(fā)生氧化反應(yīng)[2]。

據(jù)此，對裝置重點(diǎn)部位實(shí)施了氮?dú)獗Ｗo(hù)，但因設(shè)備密封性不好，氮?dú)庀牧看?，同時(shí)需配合采取控制溫度、優(yōu)選原料等措施，色相才能穩(wěn)定在3～4.5，仍然達(dá)不到3以下。最終，對全裝置進(jìn)行了氮封改造，配合熔融槽采用氮?dú)鈮毫?、歧化釜?shí)施機(jī)械密封等措施，色相穩(wěn)定在1.6～2.5，滿足了客戶需求（見表1）。

表1 不同裝置密封性下的鉀皂產(chǎn)品色相

1.3 高濃度產(chǎn)品生產(chǎn)

2012年起，國內(nèi)橡膠行業(yè)大蕭條，迫使公司考慮出口鉀皂產(chǎn)品，質(zhì)量分?jǐn)?shù)為25%，50%的產(chǎn)品因運(yùn)輸距離過長，明顯不宜出口，只有質(zhì)量分?jǐn)?shù)為80%的產(chǎn)品才有利可圖。在試制過程中，發(fā)現(xiàn)因高濃度產(chǎn)品黏度大，現(xiàn)有的皂化釜最高做到質(zhì)量分?jǐn)?shù)為65%的產(chǎn)品，否則攪拌漿易受力變形損壞。

經(jīng)與攪拌漿生產(chǎn)廠家溝通，嘗試將原單層攪拌器改為多層攪拌器，攪拌效果明顯提高，最高可以做到質(zhì)量分?jǐn)?shù)為75%，否則攪拌器負(fù)荷過載。

最后，考慮到攪拌槳在流場中所受力為黏性力和壓力，作用在攪拌漿上的扭矩除了剪切力矩還有壓力梯度力矩，因此又對多層攪拌器的攪拌漿進(jìn)行了改造，配合加料方式調(diào)整，成功制作出質(zhì)量分?jǐn)?shù)為80%的產(chǎn)品。

1.4 松香破碎方式

原裝置設(shè)計(jì)無松香破碎單元，一般采用人工破碎方式，即先剪開鐵皮剝離后，大錘敲碎，集中裝入編織袋待用；第二條線開車后，松香供不應(yīng)求，現(xiàn)場破碎后直接倒入熔融槽，但工作效率低、人工費(fèi)用增加。同時(shí)，破碎現(xiàn)場伴有粉塵污染且物料浪費(fèi)嚴(yán)重，熔融槽投料口持續(xù)向外散發(fā)煙氣，裝置煙霧報(bào)警器頻繁報(bào)警，氣味較重，現(xiàn)場職業(yè)衛(wèi)生檢測很難達(dá)標(biāo)。

通過向?qū)＜艺埥?，并參考松香類破碎裝置，自主制造了一套半自動化破碎裝置，通過液壓傳動在熔融槽投料口上方擠壓包裝桶，人工取出鐵皮并輔助破碎，碎松香自投料口落入熔融槽，投料口上方加裝風(fēng)機(jī)。此舉減少了松香浪費(fèi)和粉塵污染，現(xiàn)場氣味明顯減輕，職業(yè)衛(wèi)生檢測達(dá)標(biāo)，勞動生產(chǎn)率得到有效提高。

查詢專利得知，熊小強(qiáng)（專利號CN201310050896.X）發(fā)明的松香桶開桶破碎機(jī)，利用液壓傳動技術(shù)環(huán)縫開桶，雙刀進(jìn)行切割，切割效果較理想，生產(chǎn)效率高，每小時(shí)能開桶破碎35～40桶，松香破碎粒度均勻，星鐵皮可再利用，性能安全可靠，操作方便。

2 生產(chǎn)問題及改進(jìn)

2.1 主原料松香的選擇

目前，我國馬尾松、濕地松、思茅松松脂生產(chǎn)的脂松香產(chǎn)品在理化質(zhì)量指標(biāo)上都能符合國家標(biāo)準(zhǔn)GB/T8145—2003《脂松香》中制訂的產(chǎn)品等級要求。但在實(shí)際應(yīng)用中，濕地松和思茅松松香在生產(chǎn)歧化松香酸鉀皂產(chǎn)品中，使用效果不如馬尾松松香。

但松脂生產(chǎn)流通環(huán)節(jié)復(fù)雜，為了短期利益，往往會將馬尾松脂和濕地松脂

混合收購銷售，導(dǎo)致大量的“混合松香”推出市場，由于標(biāo)準(zhǔn)沒有樹酯酸含量技術(shù)要求，使用廠家很難驗(yàn)證所購馬尾松松香質(zhì)量，導(dǎo)致鉀皂產(chǎn)品質(zhì)量波動較大。試驗(yàn)表明，在馬尾松香中混雜濕地松香、南亞松香或加勒比松香，會增加歧化反應(yīng)的能源和催化劑消耗[3]。

根據(jù)蘇運(yùn)勝的研究結(jié)論，當(dāng)脂松香中異海松酸質(zhì)量分?jǐn)?shù)不超過1%，歧化反應(yīng)2 h，產(chǎn)品質(zhì)量即能達(dá)標(biāo)；若異海松酸質(zhì)量分?jǐn)?shù)不超過5%，歧化反應(yīng)3 h后，產(chǎn)品質(zhì)量可達(dá)標(biāo)，但生產(chǎn)成本會隨能耗相應(yīng)增加；若異海松酸質(zhì)量分?jǐn)?shù)超過5%，按傳統(tǒng)工藝進(jìn)行歧化反應(yīng)3 h后，產(chǎn)品質(zhì)量也無法達(dá)標(biāo)。據(jù)此對脂松香生產(chǎn)廠家進(jìn)行考核，合格后長期定點(diǎn)采購，產(chǎn)品各項(xiàng)性能指標(biāo)基本穩(wěn)定。

2.2 歧化、皂化工藝問題

裝置歧化單元采用間歇法生產(chǎn)歧化松香，和熔融法配合，歧化反應(yīng)溫度280 ℃，歧化反應(yīng)時(shí)間4～8 h，以中控分析脫氫樅酸達(dá)標(biāo)為準(zhǔn)，一般在4 h左右脫氫樅酸即能達(dá)到45以上。2012年，接到某丁腈橡膠公司訂單，要求提供脫氫樅酸60以上的歧化松香產(chǎn)品，當(dāng)時(shí)有以下幾種方式可以改進(jìn)，延長歧化時(shí)間、增加催化劑添加量、提高反應(yīng)溫度、提高攪拌速率、選擇優(yōu)質(zhì)原料等。經(jīng)過多輪試驗(yàn)，發(fā)現(xiàn)影響脫氫樅酸指標(biāo)的主次順序?yàn)椋哼x擇優(yōu)質(zhì)原料、增加催化劑添加量、提高反應(yīng)溫度、提高攪拌速率和延長歧化時(shí)間。實(shí)際上因優(yōu)質(zhì)原料選取困難且并無大量需求，故實(shí)際運(yùn)行過程中并不采納。

裝置皂化單元工藝簡單，歧化段指標(biāo)合格，皂化不會有太大的問題。問題出現(xiàn)在某客戶對鉀皂產(chǎn)品pH指標(biāo)的要求，相對于普通產(chǎn)品（9.5～10.2，合格區(qū)域0.8）pH范圍較窄，pH為10.0～10.2。經(jīng)分析并向同行業(yè)學(xué)習(xí)，首先從加料方式進(jìn)行改進(jìn)，由原先的先加氫氧化鉀溶液和軟化水，再在1.5 h內(nèi)投入歧化松香，改為按工藝比例同時(shí)加注，避免皂化反應(yīng)始終處于堿過量的狀態(tài)，且確保皂化完全；其次將原固體堿改為液體堿，提高了堿液的穩(wěn)定性，經(jīng)過多次嘗試，成功將pH穩(wěn)定控制在10.0～10.2。

2.3 催化劑問題

裝置采用直接加催化劑與熱松香混合進(jìn)行歧化反應(yīng)，反應(yīng)溫度在270～290℃，反應(yīng)時(shí)間4 h左右。由于歧化松香黏度較大，使得回收催化劑難度增大，歧化過濾器頻繁堵塞，且難以清理，形成了生產(chǎn)瓶頸，后改用反沖式過濾器加以解決。對于催化劑比表面積，大則分散性好，但制作成本高，同時(shí)顆粒太細(xì)，歧化過濾器和皂化過濾器無法全部攔截，易污染鉀皂產(chǎn)品，并加深產(chǎn)品色相，降低催化劑回收率；比表面積小則催化效率低，催化劑消耗升高。經(jīng)過分析，目前采用優(yōu)先調(diào)整過濾網(wǎng)規(guī)格和增加過濾器數(shù)量，確保攔截效果，但需平衡好過濾網(wǎng)目數(shù)和產(chǎn)品通過速度。

對于自制催化劑的裝置，一條線運(yùn)行時(shí)，一個(gè)催化劑班組完全可以勝任催化劑再生工作；第二條線開車后，催化劑班組明顯壓力過大，每天均要進(jìn)行再生工作，一旦過程中出現(xiàn)問題，就無法及時(shí)提供催化，這又形成了一道生產(chǎn)瓶頸。目前裝置已將工作重點(diǎn)放在催化劑單元瓶頸消缺，同時(shí)固定催化劑班組人員，盡量保持操作穩(wěn)定。行業(yè)內(nèi)也有將催化劑單元委外，從制備、過濾、回收、再生，均有標(biāo)準(zhǔn)工作流程，催化劑回收率高達(dá)95%，需支付一定的服務(wù)費(fèi)用。

Pd/C催化劑是一種性能良好的松香歧化反應(yīng)催化劑，Pd/BC較Pd/C環(huán)保，但價(jià)格昂貴，生產(chǎn)成本高，使用非貴金屬催化劑成為研究新趨勢。國內(nèi)已研究出新型的價(jià)格低、可再生的催化劑，但大都在試驗(yàn)階段，需要在生產(chǎn)中進(jìn)一步驗(yàn)證。

3 結(jié)語

經(jīng)過多年過的摸索和改造，24 000 t/a歧化松香酸鉀皂裝置實(shí)現(xiàn)了穩(wěn)定生產(chǎn)，產(chǎn)品質(zhì)量和各項(xiàng)消耗指標(biāo)超過了同行業(yè)平均水平。

熔融法溫度高，過程控制要求嚴(yán)格氮封，穩(wěn)定操作、減小波動是保證產(chǎn)品質(zhì)量的前提。主原料松香最好選用馬尾松且保持供應(yīng)商的穩(wěn)定，堿液最好用液堿方便控制。

Pd/C催化劑是影響品質(zhì)的主要因素，如自制必須保證質(zhì)量，盡量避免頻繁更換操作人員。催化劑回收是裝置連續(xù)穩(wěn)定運(yùn)行的關(guān)鍵，經(jīng)驗(yàn)因素影響較大，但在生產(chǎn)過程中時(shí)往往不受重視，較多關(guān)注反應(yīng)過程和催化劑制備而忽視過濾系統(tǒng)，則會在生產(chǎn)過程中出現(xiàn)較多問題。