PIA生產中“槳葉-蒸汽管”兩級干燥技術及其應用

王 磊 余永增 王 瑞 張麥奎

(1.天華化工機械及自動化研究設計院有限公司；2.中國石油蘭州石化公司設備維修公司)

PIA生產中“槳葉-蒸汽管”兩級干燥技術及其應用

王 磊1余永增2王 瑞1張麥奎1

(1.天華化工機械及自動化研究設計院有限公司；2.中國石油蘭州石化公司設備維修公司)

針對燕山石化公司原間苯二甲酸(PIA)生產中干燥機堵料、無法達到干燥要求的問題，研發了“槳葉預干燥-蒸汽管回轉干燥”兩級干燥技術及其設備，介紹了核心設備雙軸槳葉預干燥機的結構與性能。實際應用結果表明：改造后的兩級干燥方案有效解決了生產過程中積料、堵料的問題，產品完全達到干燥要求。

雙軸槳葉預干燥機 兩級干燥技術 PIA 工業應用 技術改進

間苯二甲酸(Iso-phthalic Acid,PIA)是化纖工業中一種重要的添加劑，主要作為生產不飽和聚酯樹脂的中間體[1]。干燥是PIA生產過程中的最后一道關鍵工序，PIA干燥效果的好壞對產品質量有著至關重要的影響。

燕山石化公司原3萬t/a的精對苯二甲酸(Pure Terephthalic Acid,PTA)生產裝置，其干燥單元采用的是密閉型蒸汽管回轉干燥機，投用至今已超過20a。目前，該設備由于生產工藝和成本的原因轉產為PIA生產裝置，成為我國唯一的萬噸級工業規模PIA生產裝置。但由于PIA原料和產品性質與PTA存在差異，因此原干燥機不能滿足現有物料干燥的要求，且堵料嚴重。當干燥機運行10～15d后，濕物料無法進入干燥機，濕分無法脫出，必須停機進行堿洗，嚴重影響裝置的正常運行。為此，筆者通過在天華化工機械及自動化研究設計院有限公司的反復試驗研究，設計開發了“槳葉預干燥-蒸汽管回轉干燥”兩級干燥技術、干燥設備，并將它們應用在燕山石化公司PIA生產裝置上，解決設備積料、堵料的問題。

1 PIA兩級干燥工藝流程與技術特點

1.1PIA兩級干燥工藝流程

PIA兩級干燥工藝流程如圖1所示。

從料漿離心機(HM501A/B)離心下來的PIA濕物料(濕含量為15%(wt)左右)進入氧化一級螺旋輸送機(HP501A)，在螺旋葉片的推動下連續、均勻地進入雙軸間接加熱槳葉干燥機(MP501)內。在夾套和熱軸內蒸汽的間接加熱下，物料中的濕分迅速蒸發。干燥后產品的濕分控制通過調節槳葉干燥機(MP501)的轉速和溢流板高度來實現。

經槳葉干燥機(MP501)干燥后的物料濕含量可降低至5.00%(wt)左右，為松散的粉狀物料，再由氧化二級螺旋輸送機(HP501B)連續、均勻地送入蒸汽管回轉干燥機(JM503)中。在蒸汽的間接加熱下，物料中的濕分迅速蒸發。干燥后的物料濕含量降至不大于0.03%(wt)，然后進入后續的氣流輸送系統。

自槳葉干燥機(MP501)和蒸汽管回轉干燥機(JM503)蒸發出來的濕分匯合后，在負壓作用下進入后續的洗滌系統進行洗滌。除去內部醋酸等有機濕分后，一部分回到槳葉干燥機(MP501)和蒸汽管回轉干燥機(JM503)內，作為蒸發濕分的載氣；另一部分放空，當載氣不足時可使用適量氮氣進行補充。

圖1 PIA兩級干燥工藝流程

1.2PIA兩級干燥技術特點

PIA“槳葉預干燥-蒸汽管回轉干燥”兩級干燥技術，其核心是為解決原PIA生產裝置蒸汽管回轉干燥機粘壁問題而開發的槳葉預干燥單元。預干燥單元的核心技術為雙軸槳葉干燥技術，也稱雙軸間接加熱攪拌技術。該技術是在試驗基礎上開發的一種新型PIA物料干燥方法，具有流程簡單、能耗低(所需能源僅為理論值的1.1倍)、污染低(干燥過程中排放廢氣少，進行簡單處理后即可達到排放要求，不污染環境)、操作方便及熱效率高(可達90%以上)等優點。

2 PIA兩級干燥設備及其特點

PIA兩級干燥技術的核心設備為雙軸槳葉預干燥機和蒸汽管回轉干燥機。目前，蒸汽管回轉干燥機的應用已非常普遍，其性能特點不再贅述，筆者僅介紹雙軸槳葉預干燥機的結構與特點。

2.1雙軸槳葉預干燥機的結構

PIA預干燥單元的核心設備——雙軸槳葉預干燥機是一種間接加熱型干燥機，它主要由熱軸、機身、端板、上蓋及傳動系統等組成(圖2)。雙軸槳葉預干燥機采用飽和蒸汽作為熱源，工作時干燥機的兩根空心熱軸和空心夾套都通入蒸汽，通過器壁對濕物料進行加熱干燥。同時，濕物料在空心熱軸的攪拌下逐漸向出料口移動。

圖2 雙軸槳葉預干燥機結構示意圖

2.2雙軸槳葉預干燥機的特點

雙軸槳葉預干燥機的特點有如下幾方面：

a. 雙軸槳葉預干燥機在工作中兩根熱軸不僅是主要加熱面，而且不停地轉動，使物料能夠得到最大限度的混合，換熱面積加大，物料的干燥效果良好。

b. 原德國產PTA密閉型蒸汽管回轉干燥機粘料、堵料嚴重。因此在對雙軸槳葉預干燥機進行結構設計時，以此為突破口，利用結構優勢解決粘料問題。從反復的干燥試驗研究和大量干燥機應用實踐中發現，濾餅狀物料粘結性很強，極易粘附在傳熱面上從而影響傳熱和干燥效果。而雙軸槳葉預干燥機的兩根熱軸優勢在于能相互嚙合，當物料粘附到一定程度后可自動清除，從而避免了干燥過程中傳熱與干燥的惡化。

c. 雙軸槳葉預干燥機的熱效率高達90%，而操作費僅為氣流干燥、微粉干燥等熱風型干燥器的30%。

d. 雙軸槳葉預干燥機的排風主要是濕分載氣和少量載氣，其排風量僅為熱風型干燥器的八分之一，而且排出氣體主要是濕分載氣，所夾帶的物料易回收，粉塵回收裝置小，設備簡單。

e. 雖然熱風型干燥設備的投資小，但其附屬設備較多(如空氣加熱器及袋式除塵等設備)，占地面積大，基建投資高于雙軸槳葉預干燥機[2]，因此總投資高于雙軸槳葉預干燥機。

3 PIA兩級干燥技術的應用

3.1工業應用

PIA兩級干燥系統自設計、制造、安裝、投產運行以來，效果良好，各項性能參數(表1)完全達到工業要求。

表1 PIA兩級干燥系統主要運行參數

從表1可以看出，實際工業生產應用中，由于在原蒸汽管回轉干燥機的基礎上增加了雙軸槳葉預干燥單元，因此在物料經過雙軸槳葉預干燥機的預干燥后進入二級蒸汽管回轉干燥機前，物料濕含量已經小于0.30%，與產品要求濕含量較接近。當經過第二級干燥后，物料干燥效果完全達到產品要求。原單級干燥工藝出現的物料粘壁、堵料和需要頻繁堿洗的問題得到了解決。同時，由于經過雙軸槳葉一級預干燥后，物料的絕大部分濕分已經除去，二級蒸汽管回轉干燥機的干燥能力沒有得到充分應用，恰好滿足用戶后續產能擴大的需求，為后續裝置的產能擴大打下了良好基礎。

3.2存在的問題與改進措施

PIA“槳葉預干燥-蒸汽管回轉干燥”兩級干燥設備投產一段時間后發現，雙軸槳葉預干燥機進料口下方設置的保護板與保護圓筒形成了部分死角，從進料口落下的一小部分物料在此架橋，形成積料。而由于PIA濕物料粘性較大，形成的積料并不會在重力和新落下物料的沖刷作用下沿傾斜的保護板自動滑下，導致積料由于夾套和熱軸內高溫蒸汽的作用而變得干燥硬化，在設備內部形成結疤現象，因此每隔一段時間就需要進行人工敲打清理，而這會影響裝置的正常生產運行。針對上述問題，筆者經仔細研究，采取了如圖3所示的改造方案。將雙軸槳葉預干燥機進料口下方投影范圍上的保護板與保護圓筒割除，使原本落在保護板與保護圓筒上的部分物料直接落到止推螺旋上，由止推螺旋將物料推入干燥機工作部位。在原熱軸進料端空白部位(靠近積料死角)增加攪拌耙，將部分未落在干燥機工作部位的物料通過攪拌作用防止它們形成積料架橋。

a. 改造前

b. 改造后

4 結束語

PIA“槳葉預干燥-蒸汽管回轉干燥”兩級干燥技術很好地解決了原蒸汽管回轉干燥機單級干燥存在的問題，各項干燥技術指標均達到工業要求，性能優于原蒸汽管回轉干燥機。生產實踐表明，“槳葉預干燥-蒸汽管回轉干燥”兩級干燥技術是一種比較成熟的PIA工業干燥技術，生產運行中發現的物料在雙軸槳葉預干燥機進料口下方保護板處存在的粘壁、積料問題得到針對性解決。

[1] 潘永康,王喜忠,劉相東.現代干燥技術[M].北京:化學工業出版社,2007.

[2] 董立文.間苯二甲酸國內生產分析[J].遼寧化工,2005,34(2):78～80.

* 王 磊，男，1981年12月生，工程師。甘肅省蘭州市，730060。

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0254-6094(2016)02-0253-04

2015-03-12)