劉思琦

(唐山三友氯堿有限責(zé)任公司,河北 唐山 063305)

隨著樹脂在工業(yè)領(lǐng)域與日常生活中的廣泛使用,越來越多的化工單位開始加大對此種材料的研發(fā)。通常情況下,樹脂可使用懸浮法、乳清制法得到。在對此材料的深入研究中發(fā)現(xiàn),其具有較細的粒度,整體質(zhì)地與滑石粉較為接近,同時,樹脂不具備流動性,在使用中,會將其與增稠類試劑進行攪拌與混合,從而形成懸浮溶液用作糊料與溶膠[1]。在制作樹脂過程中,可結(jié)合用途,添加對應(yīng)的穩(wěn)定劑、稀釋劑等輔助材料,以改善其性能。目前,樹脂已被廣泛應(yīng)用到皮革生產(chǎn)、地墊制作、塑膠玩具加工等領(lǐng)域中。為發(fā)揮聚氯乙烯(PVC)專用樹脂在工程領(lǐng)域的經(jīng)濟效益與價值,相關(guān)單位提出了多種針對專用樹脂的生產(chǎn)制造工藝。在工藝過程中,干燥處理是不可忽視的重要環(huán)節(jié),也是樹脂粒子二次形態(tài)形成的重要工序。干燥過程中,裝置進出口溫度、進料狀態(tài)等多項工序參數(shù)都會對其產(chǎn)出效果造成影響[2]。因此,專用樹脂生產(chǎn)中加工環(huán)節(jié)的干燥處理問題,是目前化工領(lǐng)域與相關(guān)企業(yè)的關(guān)注重點。為實現(xiàn)對生產(chǎn)中干燥工序的優(yōu)化,本研究以某PVC專用樹脂生產(chǎn)單位為例,對其干燥生產(chǎn)工序中的噴霧干燥技術(shù)應(yīng)用展開研究,旨在降低生產(chǎn)中原材料的損失,提升產(chǎn)品質(zhì)量。

1 噴霧干燥技術(shù)裝置選擇

為確保PVC專用樹脂的干燥處理工序達到預(yù)期效果,在開展相關(guān)研究前,應(yīng)設(shè)計噴霧干燥技術(shù)的應(yīng)用參數(shù)。噴霧干燥處理裝置大多采用負壓運行方式,干燥中需要配備一臺吸風(fēng)裝置,使噴霧干燥處理中的壓力維持在1 950～1 970 Pa范圍內(nèi)[3]。處理過程中,微粒與熱風(fēng)處于平行流動狀態(tài),因此需要根據(jù)PVC專用樹脂的干燥處理需求,主動調(diào)節(jié)處理裝置的熱風(fēng)進出口溫度、進料速度與干燥處理風(fēng)壓等。

空氣壓力是衡量阻力和空氣流量穩(wěn)定性的一個重要指標,裝置在干燥處理時要具有阻力小、風(fēng)量大、穩(wěn)定性好等特點[4]。在此基礎(chǔ)上,霧化器噴嘴直徑對微粒的分布和最終生成形態(tài)具有一定的影響,因此還需要在調(diào)節(jié)上述參數(shù)的基礎(chǔ)上,做好霧化器孔徑的調(diào)節(jié)。國內(nèi)現(xiàn)有的噴霧機主要有離心式和加壓式兩種。根據(jù)PVC專用樹脂的干燥處理需求,目前壓力噴嘴型霧化器的使用頻率越來越小。同時,離心式圓盤噴霧機在作業(yè)中的所需功率較低,對固含量和黏度的要求不高,且進給速率變化對微粒尺寸的影響較小。而離心式噴霧機的噴嘴可以將液體均勻地霧化,生成霧粒尺寸分布較為均勻,適合制備顆粒細小、大小均一的微粒[5]。其生產(chǎn)能力較高,處理液體量較大,還可以調(diào)節(jié)霧化物的顆粒大小和分布,滿足不同的應(yīng)用需求。因此選擇離心式噴霧機作為干燥處理中的主要裝置。

2 樹脂離心霧化

噴嘴的結(jié)構(gòu)設(shè)計對PVC專用樹脂干燥性能和干燥處理技術(shù)經(jīng)濟性能具有較大的影響。噴霧分散程度越高,烘干效率越高;噴霧愈均勻,則PVC專用樹脂干燥成品含水量波動越小。在生產(chǎn)過程中,經(jīng)常會出現(xiàn)大顆粒未完全干燥、小顆粒已經(jīng)干透的情況。因此,噴嘴的設(shè)計既要保證液體分散需求,又要使顆粒尺寸變化符合最小的工藝要求[6]。在對PVC專用樹脂進行離心霧化處理過程中,需要將樹脂液體注射到圓盤中,此時液體受到離心力和重力的作用,產(chǎn)生一定的加速度,從而分裂霧化。轉(zhuǎn)速越高,分離力越大,可以得到更細小的噴霧顆粒;反之,轉(zhuǎn)速越低,則所得到的小顆粒越少,粒徑會變得較大。液體通過噴嘴進入噴霧室,由于噴嘴的高速旋轉(zhuǎn),液體從噴嘴中噴出后,受到離心力作用逐漸變成小液滴,從而霧化[7]。離心霧化過程如圖1所示。

圖1 PVC專用樹脂離心霧化處理Fig. 1 Centrifugal atomization treatment of PVC special resin

霧化輪的轉(zhuǎn)速和輪徑對于液滴形狀具有較大的影響,為了提高液滴霧化效果,可以通過增加輪徑的方法來促進轉(zhuǎn)速的提升。液滴霧化效果可通過液滴平均粒徑來衡量,液滴平均粒徑越小,證明霧化效果越好。

按照上述方式,完成PVC專用樹脂離心霧化處理。

3 基于變頻控制的黑色塑化塊處理

在上述內(nèi)容的基礎(chǔ)上,使用儀器裝置對PVC專用樹脂進行干燥處理,處理過程中,發(fā)現(xiàn)噴嘴上有黑色的塑化塊,工廠里有燒焦的氣味,隨后的巡視又發(fā)現(xiàn)了深棕色的塑化塊[8]。此種現(xiàn)象是PVC專用樹脂干燥處理中較為常見的現(xiàn)象,可以采用變頻控制干燥裝置的方式,進行黑色塑化塊的處理。處理過程中,可通過噴嘴進料泵變頻調(diào)節(jié)噴嘴電流;調(diào)節(jié)蒸汽調(diào)節(jié)閥的開度,以控制換熱器的溫度;調(diào)節(jié)變頻器進料泵的頻率,以控制裝置的進氣量[9]。除上述操作外,還可以通過調(diào)節(jié)噴嘴進口溫度、停留時間(噴霧干燥室的壓力),控制出口溫度;通過調(diào)節(jié)風(fēng)機頻率、霧化干煤室內(nèi)的氣壓,調(diào)節(jié)空氣的流量等。

通過對熱風(fēng)分配裝置的下部圓錐風(fēng)葉角度的調(diào)整,逐漸減小噴嘴下出現(xiàn)錐形料的狀況,解決氣流分布不均勻的問題,避免造成噴嘴下部錐形燒焦黏合[10]。按照上述方式,實現(xiàn)基于變頻控制的黑色塑化塊處理,完成PVC專用樹脂干燥工序中噴霧干燥技術(shù)的應(yīng)用研究。

4 實例應(yīng)用分析

以某地區(qū)PVC專用樹脂生產(chǎn)單位為試點,展開如下實例應(yīng)用實驗。

實驗前,對試點PVC專用樹脂生產(chǎn)單位進行調(diào)研,發(fā)現(xiàn)此單位在2018年正式將購進的PVC專用樹脂生產(chǎn)儀器投入使用,并在當(dāng)年12月實現(xiàn)了一次性開車。但根據(jù)生產(chǎn)單位的反饋,裝置開車使用后面臨冬季低溫作業(yè),并且受到生產(chǎn)環(huán)境的限制,導(dǎo)致在PVC專用樹脂生產(chǎn)過程中,干燥裝置因多種因素的影響,容易發(fā)生波動,從而在干燥處理過程中引起大量成品物質(zhì)揮發(fā)。根據(jù)該企業(yè)生產(chǎn)過程中的不完全統(tǒng)計,去年P(guān)VC專用樹脂生產(chǎn)中,由于干燥處理中成品揮發(fā)導(dǎo)致的PVC專用樹脂材料損失已經(jīng)嚴重影響了企業(yè)的正常生產(chǎn)與運營。部分已經(jīng)產(chǎn)出并投入市場使用的PVC專用樹脂由于揮發(fā)后存在雜質(zhì),導(dǎo)致部分批次的產(chǎn)品在質(zhì)量驗收中出現(xiàn)了不合格現(xiàn)象。為提高企業(yè)PVC專用樹脂生產(chǎn)質(zhì)量,優(yōu)化PVC專用樹脂在加工處理中的干燥工序,在與負責(zé)人進行綜合交涉后,決定嘗試之前設(shè)計的方法,進行PVC專用樹脂的干燥處理。

為確保相關(guān)工作達到預(yù)期效果,干燥處理前,確定PVC專用樹脂干燥處理裝置的技術(shù)參數(shù),相關(guān)內(nèi)容如表1所示。

表1 PVC專用樹脂干燥處理裝置技術(shù)參數(shù)Tab. 1 Technical parameters of PVC specialized resin drying treatment device

根據(jù)PVC專用樹脂干燥處理需要,設(shè)計噴霧干燥技術(shù)參數(shù)。在此基礎(chǔ)上,使用三菱化PVC專用樹脂干燥處理裝置,進行樹脂的離心霧化。最后,通過對裝置的變頻控制,解決干燥處理過程中材料出現(xiàn)的黑色塑化塊問題。實驗過程中,以作者提出的干燥處理步驟作為參照,設(shè)計進口溫度為實驗過程中的變量。通常情況下,生產(chǎn)單位為滿足PVC專用樹脂的干燥處理需求,將裝置的進口溫度設(shè)置為175～180 ℃,本次實驗設(shè)定裝置的進口溫度為160～170 ℃,分析在不同條件下,PVC專用樹脂干燥處理后產(chǎn)品揮發(fā)的質(zhì)量分數(shù)。在此過程中應(yīng)注意,PVC專用樹脂的B式黏糊度須保持4.0～5.0 mPa·s,以符合標準。

按照上述方式,隨機選擇某一批次中5個PVC專用樹脂產(chǎn)品為測試對象,標記編號為a、b、c、d、e,對比5個PVC專用樹脂產(chǎn)品在應(yīng)用本研究所述方法進行干燥處理過程后揮發(fā)物質(zhì)量分數(shù)的變化。其結(jié)果如表2所示。

表2 PVC專用樹脂干燥處理過程中揮發(fā)物質(zhì)量分數(shù)統(tǒng)計Tab. 2 Statistics of volatile matter mass fraction during the drying process of PVC special resin

從表2所示的實驗結(jié)果中可以看出,本研究方法應(yīng)用前,裝置進口溫度為175～179 ℃,PVC專用樹脂干燥處理過程中揮發(fā)物質(zhì)量分數(shù)在0.56%～0.95%之間;應(yīng)用本研究方法后,裝置進口溫度調(diào)整為162 ℃～170 ℃,PVC專用樹脂干燥處理過程中揮發(fā)物質(zhì)量分數(shù)在0.10%～0.20%之間。

綜合上述結(jié)果與實驗過程中的條件與變量可知,在排除外界因素影響與干擾的條件下,作者設(shè)計的PVC專用樹脂噴霧干燥技術(shù)在實際應(yīng)用中具有可行性,即PVC專用樹脂的B式黏糊度滿足4.0～5.0 mPa·s需求,此項技術(shù)可以實現(xiàn)對PVC專用樹脂的干燥處理。與此同時,由于本研究方法將裝置進口溫度從175～179 ℃下調(diào)到162～170 ℃,在溫度下調(diào)后,PVC專用樹脂干燥處理過程中揮發(fā)物質(zhì)量分數(shù)顯示出明顯的下降趨勢,下降最高的是產(chǎn)品d,揮發(fā)物質(zhì)量分數(shù)下降了0.75%,說明PVC專用樹脂干燥處理過程中揮發(fā)物質(zhì)量分數(shù)與裝置進口溫度呈正相關(guān)關(guān)系,裝置進口溫度越低,PVC專用樹脂干燥處理過程中揮發(fā)物質(zhì)量分數(shù)越低。因此,在完成上述實驗后,得到如下結(jié)論:此次設(shè)計的噴霧干燥技術(shù)應(yīng)用效果良好,此項技術(shù)可以實現(xiàn)對PVC專用樹脂的干燥處理,同時,當(dāng)干燥處理裝置進口溫度在160～170 ℃時,揮發(fā)物質(zhì)量分數(shù)可以達到一個相對較低的水平。此種方式可以降低干燥處理中成品的揮發(fā),提高處理后成品的質(zhì)量,為PVC專用樹脂的生產(chǎn)提供全面的技術(shù)支撐。

5 結(jié)語

PVC專用樹脂在常態(tài)下呈糊狀,在日常生活中,人們常使用此種材料作為增稠試劑,故可以將其作為PVC塑料加工生產(chǎn)過程中末加工工序產(chǎn)出的一種特殊材料。為提高PVC專用樹脂的成品質(zhì)量,可從生產(chǎn)中的干燥工序入手,對其加工、制造過程加以控制。本研究以某PVC專用樹脂生產(chǎn)單位為例,通過噴霧干燥技術(shù)參數(shù)設(shè)計、樹脂離心霧化、基于變頻控制的黑色塑化塊處理,對其干燥生產(chǎn)工序中的噴霧干燥技術(shù)應(yīng)用展開設(shè)計。設(shè)計成果經(jīng)過實例檢驗證明,可實現(xiàn)對PVC專用樹脂的干燥處理。當(dāng)干燥處理裝置進口溫度在160～170 ℃時,揮發(fā)物質(zhì)量分數(shù)可以達到一個相對較低的水平。在后續(xù)工作中,可以根據(jù)生產(chǎn)單位的實際需求與作業(yè)條件,嘗試將本研究設(shè)計的成果投入生產(chǎn),為產(chǎn)出高品質(zhì)PVC專用樹脂成品材料提供幫助。