劉媛媛

康泰斯（上海）化學(xué)工程有限公司 （上海 201210）

醋酸纖維素可用于生產(chǎn)液晶顯示屏偏振膜和感光膠片，其產(chǎn)品的熱穩(wěn)定性、色度、游離酸含量等技術(shù)指標(biāo)共同決定了產(chǎn)品質(zhì)量的穩(wěn)定性。干燥工段作為醋酸纖維素生產(chǎn)的重要環(huán)節(jié)，直接影響產(chǎn)品的產(chǎn)量、質(zhì)量及能耗。

某工廠原有一條7 500 t/a醋酸纖維素生產(chǎn)線，干燥單元采用履帶式干燥機(jī)系統(tǒng)，在生產(chǎn)中暴露出很多問(wèn)題：

（1） 物料無(wú)法在鏈板干燥機(jī)內(nèi)部建立堆積層，部分濕物料直接黏堵在鏈板孔眼上，物料干燥不均勻，產(chǎn)品水分超標(biāo)，導(dǎo)致無(wú)法正常生產(chǎn)；

（2）閉式循環(huán)風(fēng)送系統(tǒng)空氣溫度過(guò)高，導(dǎo)致產(chǎn)品干燥后送入料倉(cāng)時(shí)溫度超高，引起物料游離酸超高，熱穩(wěn)定性下降；

（3）濕物料由風(fēng)機(jī)循環(huán)風(fēng)帶入轉(zhuǎn)動(dòng)中的鏈板干燥機(jī)軸承中，對(duì)設(shè)備腐蝕嚴(yán)重，同時(shí)導(dǎo)致產(chǎn)品中金屬含量超標(biāo)，影響產(chǎn)品色度。

康泰斯（上海）化學(xué)工程有限公司受托針對(duì)上述問(wèn)題對(duì)醋酸纖維素干燥工段進(jìn)行了技術(shù)改造，實(shí)際生產(chǎn)運(yùn)行表明，技術(shù)改造設(shè)計(jì)合理，生產(chǎn)穩(wěn)定，經(jīng)濟(jì)效益良好。

1 技術(shù)改造內(nèi)容

1.1 干燥機(jī)設(shè)計(jì)

改履帶式干燥機(jī)為回轉(zhuǎn)干燥機(jī)。履帶式干燥機(jī)不適用于干燥顆粒粒徑過(guò)小的粉料纖維素產(chǎn)品，回轉(zhuǎn)圓筒式干燥機(jī)是廣泛用于酒精行業(yè)酒糟干燥工段的成熟設(shè)備，在粉料產(chǎn)品干燥領(lǐng)域應(yīng)用也很普遍。由于首次將回轉(zhuǎn)圓筒式干燥機(jī)應(yīng)用于醋酸纖維素生產(chǎn)線，如何合理確定其參數(shù)是本次技術(shù)改造的關(guān)鍵。

1.1.1 干燥溫度的確定

從醋酸纖維素的性質(zhì)看，干燥溫度不宜過(guò)高，過(guò)高則產(chǎn)品易變色且熱穩(wěn)定性下降，無(wú)法保證產(chǎn)品質(zhì)量，并且使單位產(chǎn)品能耗增加。從熱效率方面考慮，逆流干燥的節(jié)能效果比順流干燥好，但會(huì)導(dǎo)致產(chǎn)品熱穩(wěn)定性下降。綜上分析，確定采用順流干燥的方式，且干燥空氣溫度可以相對(duì)提高，以擴(kuò)大產(chǎn)能。入口熱風(fēng)溫度大致處于濕球溫度，出口因熱風(fēng)溫度已下降，所以產(chǎn)品溫度不會(huì)很高。確定入口熱風(fēng)溫度為160℃±10℃，出口熱風(fēng)溫度為80℃±5℃。

1.1.2 干燥機(jī)尺寸的確定

現(xiàn)有上游生產(chǎn)線能力可達(dá)到10000 t/a，故干燥能力按配套能力設(shè)計(jì)，折算產(chǎn)量為1450 kg/h。以薄膜級(jí)醋酸纖維素產(chǎn)品為設(shè)計(jì)依據(jù)，兼顧其他品種的要求，考慮到煙氣性質(zhì)與濕空氣性質(zhì)相近，據(jù)此對(duì)干燥系統(tǒng)進(jìn)行估算。

假設(shè)：干燥機(jī)入口物料干基含水率為20%，物料溫度為20℃；干燥機(jī)出口物料干基含水率為1%，物料溫度為50℃；入口熱空氣溫度為160℃，空氣熱容為 1.069 kJ/(kg·℃)，空氣濕度為2%，所需風(fēng)量為 G（kg/h），水蒸氣熱容為 2.01 kJ/(kg·℃)；出口空氣溫度為80℃，空氣熱容為1.041 kJ/(kg·℃)，蒸汽熱容為1.884 kJ/(kg·℃)，空氣濕度為H；水蒸氣蒸發(fā)潛熱為 2 495 kJ/kg；水的熱容為 4.18 kJ/(kg·℃)；干物料熱容為 1.454 kJ/(kg·℃)。

（1）物料衡算絕干物料量：

水分蒸發(fā)量：

1435.5×（20%-1%）=272.75 kg/h

風(fēng)量：

（2）能量衡算

入口空氣（干氣）熱焓：

I1=1.069×160+（2495+2.01×160）×0.020

=227.38 kJ/kg

出口空氣（干氣）熱焓：

I2=1.041×80+（2 495+1.884×80）×H

=83.28+2655.14H kJ/kg

物料帶入熱量：

Q1=1435.5×（1.454+20%×4.18）×20

=65745.90 kJ/h

物料帶走熱量：

Q2=1435.5×（1.454+1%×4.18）×50

=107361.05 kJ/h

熱平衡方程（暫時(shí)忽略熱損失）：

帶入得：

G=7371.62 kg/h

H=5.7%

實(shí)際風(fēng)量應(yīng)考慮熱損失和泄漏等。因此，工程放大后取干燥機(jī)風(fēng)量G=7500 kg/h。

（3）干燥機(jī)圓筒直徑的確定

因物料多為4～6 mm的顆粒，還有部分細(xì)粉，故干燥機(jī)內(nèi)氣流速率不宜過(guò)大，應(yīng)選擇較小氣體流速，按照工程經(jīng)驗(yàn)取氣體流速為1.5 m/s。在設(shè)計(jì)溫度下，煙氣的密度為0.856 3 kg/m3，則氣體的質(zhì)量流量為4 624.02 kg（/m2·h），適當(dāng)放大，取氣體的質(zhì)量流量qm=4850 kg（/m·2h）。

故干燥機(jī)圓筒直徑為：

（4）干燥機(jī)圓筒長(zhǎng)度的確定

考慮到醋酸纖維素難干燥，取較小容積傳熱系數(shù)Ka為400 kJ（/m·3h·℃）。

圓筒內(nèi)熱風(fēng)和物料的平均溫差△T為：

此外，為求干燥所需熱量q，假定物料中水分全部在濕球溫度（Tw=45℃）下蒸發(fā)。

45℃時(shí)水的汽化潛熱為2365 kJ/kg。

q=1 435.5[(1.454+1%×4.18)(50-20)+2 365×(20%-1%)]=709458.55 kJ/h

則圓筒體積：

1.1.3 確保物料在干燥機(jī)內(nèi)有足夠的停留時(shí)間

干燥機(jī)回轉(zhuǎn)速率為4 r/min，圓筒干燥機(jī)安裝斜度為2.7°。經(jīng)核算，物料在干燥機(jī)內(nèi)的停留時(shí)間為：

式中：L為干燥機(jī)筒體長(zhǎng)度，14 m；ρ為物料堆積密度，350 kg/m3；x為筒體存料率，8%；F為干燥機(jī)能力，1450 kg/h。

由于干燥溫度低，為確保干燥效果，必須保證物料有足夠的干燥時(shí)間，為此采取2項(xiàng)措施：（1）將抄板向物料走勢(shì)方向反方向安裝成10°；（2）采用弧形抄板。由于抄板反方向安裝有延長(zhǎng)物料停留時(shí)間的作用，采用弧形抄板可使物料散落較均勻，增大物料與熱風(fēng)的接觸面積，并能有效緩解結(jié)塊的問(wèn)題，有利于物料的干燥。實(shí)際運(yùn)行表明，物料干燥效果較好。

1.2 風(fēng)機(jī)風(fēng)量、風(fēng)壓的確定

當(dāng)排氣溫度為80℃，干氣濕度為5.3%時(shí)，濕空氣比容VH=1.084 m3/kg，則風(fēng)機(jī)風(fēng)量為：

G×VH=7500×1.084≈8130 m3/h

將風(fēng)機(jī)風(fēng)量適當(dāng)放大，取8150 m3/h。

取蒸汽加熱盤管阻力為200 Pa，干燥機(jī)阻力為100 Pa，管道阻力為500 Pa，旋風(fēng)除塵阻力為1 200 Pa，總計(jì)2000 Pa。根據(jù)風(fēng)量和風(fēng)壓選擇風(fēng)機(jī)。

在干燥機(jī)、除塵器后，燃燒爐前各配一臺(tái)鼓風(fēng)機(jī)，有效地解決了風(fēng)機(jī)變形和磨損問(wèn)題。

1.3 出干燥機(jī)物料的冷卻

物料冷卻操作仍利用原有稀相風(fēng)送系統(tǒng)，產(chǎn)品在送至料倉(cāng)過(guò)程中冷卻，以節(jié)約投資。

1.4 工藝流程圖

本項(xiàng)目為技術(shù)改造類項(xiàng)目，為節(jié)約投資，減少現(xiàn)場(chǎng)變更，在工藝流程設(shè)計(jì)上盡量利用原有設(shè)備及管道，改造后的干燥工段流程如圖1所示。

圖1 技術(shù)改造后干燥工段工藝流程

2 技術(shù)改造效果

改造后：干燥工段處理的產(chǎn)品量由原來(lái)的7 500 t/a提高至10000 t/a，可以消化吸收前續(xù)生產(chǎn)線的產(chǎn)能；設(shè)備維護(hù)方便，維修費(fèi)用減少。

技改運(yùn)行一年后，該醋酸纖維素生產(chǎn)線運(yùn)行平穩(wěn)，經(jīng)考核可以達(dá)到10 000 a/t的設(shè)計(jì)產(chǎn)能，產(chǎn)品成本按22500元/t計(jì)，售價(jià)按34500元/t計(jì)，年增加利稅670.3萬(wàn)元，而本次技改投資額僅為350萬(wàn)元，約半年時(shí)間即可收回投資成本。