聚酯生產線真空EG噴淋冷凝器設計的改進

汪 亮，張國順，徐文奎，付純續，呂 濤，彭 偉，歐陽金亮

(杭州華達噴射真空設備有限公司，浙江杭州311113)

1 引言

目前聚酯生產的工藝路線雖各有不同，但歸根結底是由酯化和縮聚兩部分組成。聚酯真空系統的作用是將縮聚反應過程中所產生的乙二醇(EG)，少量水、醛類及其它不凝氣體抽除，提供反應所需的真空條件，確保產品質量。一般聚酯真空系統分為兩個部分，EG噴淋冷凝系統和真空泵系統。主要論述EG噴淋冷凝系統，其作用是將來自縮聚釜的EG等可凝性氣體充分冷凝，同時捕集氣升中所夾帶的低聚物，減輕真空泵系統的負荷，防止堵塞。噴淋系統冷凝捕集效果的好壞直接影響著真空泵系統設計抽氣能力的大小，噴淋系統的捕集效果好，則進入真空泵系統的被抽氣體量少，真空泵設計選型時可相應選小，真空泵小了，則與之關聯的所有設備均可相應選小，這樣不僅可以減少投資成本，同時也大大減少了運行成本。

2 EG噴淋系統

EG噴淋系統設有噴淋冷凝器、EG熱井、EG循環泵、EG過濾器、EG冷卻器等組成，其工藝流程如圖1所示。

圖1 EG噴淋循環系統工藝流程圖

3 EG噴淋冷凝器結構對比

3.1 鐘紡工藝

鐘紡工藝在EG噴淋冷凝器前加了一個低聚物捕集器，可使氣升中夾帶的低聚物得到有效的捕集并定期排出系統外，防止真空系統的堵塞。該噴淋冷凝器為立式降膜式，內部為4層塔盤結構，噴淋EG自上向下噴淋，反應釜的氣升從下部向上流動［2］，如圖2所示。這種結構氣流阻力大，抽真空時的壓力損失也大。內部塔盤結構容易結垢，經長時間運行后，造成冷凝器內的氣相和液相不能充分接觸，影響噴淋效果，結垢后氣流阻力增大，反應釜內真空度會下降。噴淋冷凝效果不好，噴淋冷凝器出口的氣流中夾帶低聚物，造成后續的抽真空設備容易堵塞，清理堵塞對生產運行影響很大［3］。噴淋冷凝器氣升入口易結垢，因此安裝有一手動通棒，通棒由人工操作，作業效果因人而異，效果不穩定。長時間運行后，積聚在斜錐體底部的低聚物結塊增多，就需拆除斜錐體底部的盲板進行清理，裝置必須停工［4］。

3.2 吉瑪工藝

吉瑪工藝采用刮板冷凝器，分為臥式刮板和立式噴淋兩個部分，如圖3所示。臥式刮板可將凝結在器壁上的低聚物連續不斷地刮下，隨著循環EG通過過濾器排出系統外;立式噴淋共有3層噴淋［5］，每一層形成一個水漣，使得EG等可凝性氣體與冷凝EG充分混合，從而使其冷凝下來。

3.3 杜邦工藝

杜邦工藝采用的是立式噴淋冷凝器，如圖4所示。頂部設有機械探頭，該探頭在向下運動的同時，伴有旋轉運動，可以有效地刮除黏附在上筒體內壁的低聚物，下筒體設有霧化噴淋，氣體經過時，可凝性氣體就被EG冷凝液冷卻。

圖3 吉瑪工藝EG噴淋冷凝器圖［5］

圖4 杜邦工藝EG噴淋冷凝器圖

圖2 鐘紡工藝EG噴淋冷凝器圖［5］

3.4 伊文達工藝

伊文達工藝采用立式噴淋冷凝器，如圖5所示。頂部升氣口設有刮刀裝置，用來刮除粘附在上筒體內壁的低聚物，下筒體分為內外兩層，內外兩層筒體分別設有一道噴淋截面，氣體流出冷凝器時要經過兩道噴淋截面，讓氣體與EG冷凝液充分混合，使得可凝性氣體冷凝下來。

4 新型EG噴淋冷凝器結構優化設計

新型EG噴淋冷凝器同樣以低溫EG液體為工作介質，使進入冷凝器內的氣體冷凝成同溫液體而排出。冷凝器采用內外筒折流式結構來增加其換熱面積，且上下設置兩道噴淋，使進入冷凝器的氣體中所夾帶的積聚物得到有效的慣性分離，從而減少尾氣中的積聚物含量，防止積聚物堵塞真空管道。

圖5 伊文達工藝EG噴淋冷凝器圖

新型EG噴淋冷凝器采用上下刮板，內外筒兩道噴淋的立式結構(如圖6所示)，分為刮刀機構、噴淋裝置和冷凝器本體等三個部分。

圖6 新型EG噴淋冷凝器結構圖

刮刀機構:鏟除附著在上筒體內壁的積聚物，防止因積聚物堆積在冷凝器的冷熱交界面上而減少了冷凝器的流導面積。刮刀機構利用氣源壓力為動力驅使氣缸上下運動，從而帶動刮刀上下動作來鏟除積聚物，氣缸上下各裝有一個感應的磁性開關，氣缸活塞上有一個磁性環，活塞上下運動通過磁性開關進行限位，當運動到底部時，下端的磁性開關得到信號，就把信號傳給控制柜，控制柜得到信號便自動回到頂部，刮刀始終在頂部停留(防止低聚物黏附在軸上，將軸卡死);刮刀機構與端蓋法蘭間采用填料密封，防止空氣進入系統，當填料密封泄漏時可以通過壓蓋來壓緊填料，減少泄漏量。在密封處還加有潤滑油孔，使得軸在上下運動時更順暢。該刮刀機構采用氣缸帶動刮刀刮料和填料密封型式，具有結構簡單、工作可靠、操作方便、維護成本低等優點。缺點是刮板不能直接清除蓋板上附著的低聚物，因此要在蓋板上加夾套并通入熱媒進行加熱，防止低聚物黏附;

噴淋裝置:噴淋裝置上噴嘴的類型為滿錐霧化噴嘴(結構見圖7)，循環EG可以通過噴淋噴嘴成90°散射角進入冷凝器，這樣就可以覆蓋冷凝器內筒體，使冷凝效果達到最佳。該噴嘴裝在噴淋球閥的球芯上，噴嘴與球閥球芯通過螺紋聯接(如圖8所示)，此時球閥正處于工作狀態，當要對球閥上的噴嘴進行拆換清洗時，可將手柄順時針旋轉90°，即噴淋處于關閥狀態，打開旁邊的悶蓋，用套筒扳手取出噴嘴，再將備用噴嘴裝上，而后關緊悶蓋，打開閥門，使噴嘴處于工作噴淋狀態，即完成了一次噴淋拆換工作，整個過程只需一兩分鐘，操作簡便、快捷。

冷凝器本體:采用內、外筒雙筒體和上下兩層噴淋的結構，蒸汽進入冷凝器本體后，流導面積增大，流速降低，增加了蒸汽在冷凝器內的停留時間，有利于蒸汽冷凝。

圖7 噴嘴

圖8 噴淋球閥三維模型

5 結論

新型EG噴淋冷凝器具有結構簡單、操作方便、維護成本低、冷凝捕集效果好等優點，有效地解決了聚酯噴淋系統中普遍存在的兩大問題，氣體和低聚物的冷凝捕集問題、噴嘴的堵塞問題。噴淋系統的優化減少了設備成本的投入和能源損耗，大大降低系統運行成本，實現了利潤最大化，已在國內外各聚酯生產線得到了廣泛運用。

［1］余建林，陳金義，劉洪星.聚酯裝置真空噴淋循環系統的優化改造［J］.聚酯工業，2007，20(6):34－38.

［2］朱國強.聚酯裝置噴淋冷凝器的改造［J］.GM 通用機械，2008，(10):78－79.

［3］賈聲霖，王文山，虞勝福.聚酯裝置真空系統運行穩定性探討［J］.聚酯工業，1998，11(3):45－49.

［4］李富山.聚酯裝置的真空系統［J］.聚酯工業，2007，20(4):34－36.

［5］楊立先，李國豪.聚酯裝置真空系統的設計探討［J］.聚酯工業，2001，14(6):50－52.