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CPE干燥工藝與技術(shù)的研究
來源：
2008年09月18日 10:32
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氯化聚乙烯（CPE）是由高密度聚乙烯經(jīng)氯化制得的一種改性氯化高聚物，含氯量一般控制在30%～50%（質(zhì)量份數(shù)）。產(chǎn)品外觀為白色粉末或顆粒，170℃以上分解,類似于橡膠彈性體。2002年我國總生產(chǎn)能力達(dá)17萬噸，實際產(chǎn)量為10萬噸，已是世界上*大生產(chǎn)國。在我國主要用于硬PVC制品的抗沖擊改性。我院從上世紀(jì)70年代開始進(jìn)行水相法CPE的研制工作,目前是國內(nèi)主要CPE成套生產(chǎn)技術(shù)轉(zhuǎn)讓院所。干燥工序是CPE生產(chǎn)中主要耗能工序之一，CPE的干燥問題曾一度成為技術(shù)難題，制約生產(chǎn)的“瓶頸”，其工藝與設(shè)備的選擇是否合理，決定著一個企業(yè)的生產(chǎn)成本、生產(chǎn)能力與勞動強度。
1 、PE的干燥原理
濕分以松散的化學(xué)結(jié)合形式或以液態(tài)溶液存在于固相中，或集在固體的毛細(xì)微結(jié)構(gòu)中，這種液體的蒸汽壓低于純液體的蒸汽壓，稱之為結(jié)合水分；而游離在表面的濕分則稱為非結(jié)合水[1]。由于在CPE的大分子結(jié)構(gòu)中存在極性基因，而其粉末的結(jié)構(gòu)又十分疏松，以致其濕粉中不僅會有“非結(jié)合水”，且會有“結(jié)合水”，要將其干燥到不大于0.3%（濕基）的含水量是比較困難的（此時方視為干燥合格）。為此我們選擇熱空氣作為傳熱介質(zhì)進(jìn)行（流態(tài)化）干燥，含有水分的顆粒物料與熱氣流接觸，由于其表面的水蒸汽壓大于熱空氣中的水蒸汽分壓，水蒸汽就由物料顆粒表面向熱空氣中擴散，而被不斷流動更新的熱空氣帶走。隨著物料表面水分的不斷汽化，物料顆粒內(nèi)部的濕度又大于其表面濕度，形成了濕度梯度，則顆粒內(nèi)部的水分不斷地向表面擴散，直至達(dá)到該物料的平衡水分為止。
2 、PE的干燥特性
為了選擇合適的CPE干燥工藝和合適的干燥器，我們對CPE進(jìn)行干燥試驗，得知干燥條件為：大氣溫度21℃、大氣相對濕度90%、熱風(fēng)溫度55±1℃，CPE的平衡水分接近于0，其*臨界濕含量為12%左右（干基），其第二臨界濕含量為4%左右（干基），并且，其內(nèi)部水分的干燥是比較困難的。
3 、PE的干燥工藝
PE的生產(chǎn)過程是一個批量生產(chǎn)、間歇操作、順序控制的過程，CPE漿料經(jīng)離心機離心后，得到含水率30%～40%（濕基）、zui小顆粒150μm、zui大顆粒不超過500μm、平均顆粒220μm的濕料。此時進(jìn)入干燥工序，其工藝流程如下。濕物料由料斗加入，通過螺旋輸送器進(jìn)入氣流干燥管，同時開啟空氣加熱器和沸騰床頂部的引風(fēng)機，物料經(jīng)氣流管初步干燥后進(jìn)入沸騰床，細(xì)物料經(jīng)旋風(fēng)分離器捕集后也落入沸騰床繼續(xù)干燥；控制進(jìn)風(fēng)溫度與床層溫度，調(diào)節(jié)進(jìn)風(fēng)量與風(fēng)速，當(dāng)床層與床頂溫度得到工藝要求后，吹冷風(fēng)降溫，物料經(jīng)出料閥流入包裝袋。
4、結(jié)果和討論
（1）工藝路線的選擇
氣流干燥也稱“瞬間干燥”，使加熱介質(zhì)與待干燥固體顆粒直接接觸，因相之間的傳熱傳質(zhì)的表面積大而使體積傳熱系數(shù)ha也相當(dāng)高，普通直管氣流干燥器的ha為2300～7000w/(m3．K)。熱效率高，處理量大，對CPE“非結(jié)合水”干燥效果明顯。由于物料在氣流管中的停留時間較短，所以對CPE中的“結(jié)合水”干燥比較困難，若單用此法干燥CPE需反復(fù)干燥5～6次方能合格，生產(chǎn)周期長、勞動強度大、物料損失多、能量消耗大、工作環(huán)境惡劣。
沸騰干燥由于物料在沸騰床中劇烈攪動，大大地減少了氣膜阻力，因而熱效率高，更重要的是物料的停留時間可以任意調(diào)節(jié)。但單用此法干燥CPE，生產(chǎn)中容易產(chǎn)生“結(jié)床”或“跑料”現(xiàn)象。原因是：從離心機過來的濕料，含水率較高，物料較重，進(jìn)入沸騰床后，若引風(fēng)機風(fēng)壓不夠，物料在床中“沸騰”效果欠佳，則物料很容易結(jié)團(tuán)，以致zui終整體結(jié)于床中。為避免產(chǎn)生“結(jié)床”現(xiàn)象，需提高引風(fēng)機風(fēng)壓；但隨著干燥過程的進(jìn)行、物料水分的減少、顆粒的變輕，在引風(fēng)機的排風(fēng)尾氣中會夾帶有大量物料，特別在接近干燥終點時“跑料”尤為明顯。
考慮到我們的CPE批量與間歇式生產(chǎn)的特點，根據(jù)氣流干燥與沸騰干燥的各自優(yōu)點，決定選擇二者串聯(lián)的工藝。
（2）干燥器型式的選擇
氣流管我們選用的是管徑交替縮小和擴大的脈沖式干燥管，加入的物料在管徑小的干燥管內(nèi)得到加速,在管徑大的管內(nèi)突然擴散減速，如此交替進(jìn)行，熱空氣和顆粒之間的相對運動速度較大，從而強化了傳熱傳質(zhì)的效果。根據(jù)CPE的干燥特點，沸騰干燥器選用的是單層臥式沸騰床，此床結(jié)構(gòu)簡單，容易操作，干燥速度快，處理量大。
（3）CPE干燥的工程數(shù)據(jù)
安徽省化工研究院自上世紀(jì)80年代用水相法生產(chǎn)CPE（千噸級）以來，到目前為止，在國內(nèi)技術(shù)轉(zhuǎn)讓已達(dá)成十幾家，在干燥工序上，經(jīng)歷了氣流干燥、沸騰干燥、氣流—沸騰干燥的不同階段，下表列出了不同干燥工藝的對照工程數(shù)據(jù)。
表1 不同干燥工藝的對照工程數(shù)據(jù)
生產(chǎn)單位 原蕪湖化工廠 本院試驗廠淮北恒欣
生產(chǎn)規(guī)模/t•a-1 800 500 3000
干燥形式 φ150雙級氣流 沸騰干燥 氣流--沸騰
物料批號 80-6-13 02-06
含水量/%(wb) 濕粉 40 36 35
干粉 0.3 0.3 0.3
生產(chǎn)周期/h(批) 6.5 4.0 2.5
耗蒸汽量/t•t-1(CPE) 4.0 2.2 1.9
耗電量/kWh•t-1(CPE) 400 220 60
勞動強度 大 一般 小
5、結(jié)束語
干燥工序是CPE生產(chǎn)中一個重要環(huán)節(jié)，采用氣流—沸騰干燥工藝符合CPE干燥特性。干燥設(shè)備結(jié)構(gòu)的設(shè)計(如氣流分布板開孔率[3])、附件（如風(fēng)機與旋風(fēng)分離器等）的選型，是影響干燥的重要因素，我們目前已研制出不同生產(chǎn)能力的系列氯化聚乙烯干燥裝置，并在實際生產(chǎn)中取得了顯著的經(jīng)濟(jì)效益和社會效益。
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