立式圓盤真空焙燒爐的結構設計

涂長志 張 巖 楊 巍 黃 帥

(1. 中國石化催化劑有限公司南京分公司；2. 天華化工機械及自動化研究設計院有限公司)

立式圓盤真空焙燒爐的結構設計

涂長志1張 巖2楊 巍2黃 帥2

(1. 中國石化催化劑有限公司南京分公司；2. 天華化工機械及自動化研究設計院有限公司)

介紹了一種新型立式圓盤真空焙燒爐在5A分子篩脫蠟吸附劑干燥過程中的應用，根據物料特性和工藝特點進行設備的結構設計，實現了真空連續操作和干燥溫度的精確控制。

焙燒爐 真空 立式圓盤 結構設計

5A分子篩脫蠟吸附劑可利用分子篩的吸附作用從石油油品中吸附、分離正構烷烴，其制備過程一般包括篩末聚晶、干燥、轉晶及離子交換等流程。但由于5A分子篩脫蠟吸附劑基質小球具有強吸水劑，水熱穩定性差，因此在干燥過程中蒸發出的水分會造成產品本身的水熱破壞，導致苯吸附量降低。目前，生產過程中的干燥設備多采用常壓焙燒爐和真空廂式干燥器處理，主要存在以下問題：常壓焙燒爐蒸發出的水分不能及時被帶走，影響產品吸附容量；真空廂式干燥器無法實現連續生產，設備間歇操作，生產能力小，成本高；真空度小，耗能大，物料容易外泄，影響環境；裝置占地面積大，建造費用高[1]。

中國石化催化劑有限公司南京分公司和天華化工機械及自動化研究設計院有限公司針對5A分子篩脫蠟吸附劑的特點和現有生產工藝的弊端，開發研制了一種用于5A分子篩脫蠟吸附劑基質小球的電熱式真空回轉干燥設備。其優點在于：采用真空強制抽吸，焙燒蒸發出來的高溫水蒸氣迅速排出，防止高溫水蒸氣對吸附劑晶體結構造成破壞，提高了吸附劑的吸附容量；采用電加熱，干燥溫度控制穩定；干燥過程中物料無泄漏，經濟環保。

1 立式圓盤旋轉真空焙燒爐的結構設計

針對5A分子篩脫蠟吸附劑生產工藝的特殊要求，開發研制的立式圓盤真空焙燒爐具有成本低、結構緊湊、處理量大、填充率高、傳熱均勻、能耗小、運行平穩、密封性能好、安裝和檢修便捷的特點。

1.1 設備構成

立式圓盤真空焙燒爐主要由進料口、傳動系統、筒體、出料口、密封冷卻系統、抽真空口、軸、刮料板及加熱圓盤等組成(圖1)。

圖1 立式圓盤真空焙燒爐結構示意圖

筒體頂部設有進料口和抽真空口，筒體、封頭內襯采用澆注料結構作為耐火和保溫層，殼體材料為碳鋼。筒體內設有間隔交替水平面布置大圓盤和小圓盤，大圓盤和小圓盤與主軸焊接為一個整體。主軸傳動為鏈傳動形式，軸密封采用無油盤根密封。在每層大圓盤上設置下料刮料板Ⅰ、每層小圓盤上設置下料刮料板Ⅱ，下料刮料板Ⅰ、Ⅱ靠自重套置在刮料桿上，且下料刮料板Ⅰ、Ⅱ布置方向相反(圖2)。大圓盤上，與下料刮料板呈135°處置有攤料刮料板，攤料刮料板與圓盤間留有間隙，在每層大圓盤和小圓盤下方沿圓周方向均勻設置3～4根熱輻射管作為熱源，熱輻射管與焊接在筒體上的套管通過法蘭固定連接，大圓盤出料口設在靠近主軸的一側，而小圓盤的集料口設在靠近筒體邊緣處。

圖2 耙料結構示意圖

1.2 密封結構

立式圓盤真空焙燒爐筒體上下端(靜止端)與傳動軸(運動端)之間密封采用“填料+密封環”的水冷卻結構。

由于5A分子篩脫蠟吸附劑真空圓盤干燥焙燒工藝技術要求真空度高達-0.09MPa，因此對設備的密封結構要求很高。一般密封結構有：迷宮密封、軸向接觸密封(端面密封)及徑向接觸密封等。迷宮密封是讓氣流流經彎曲的通道，產生流體阻力，使漏風量減少，因沒有接觸面，故不存在磨損問題，也不受筒體竄動的影響；軸向接觸密封(端面密封)是由端面在相對運動中緊密研磨嚙合而達到密封要求的，由于彈簧壓力隨圓筒的竄動而變化，因此可改善轉筒旋轉時的徑向跳動和軸向竄動性能差的問題；徑向接觸式密封是在筒體全圓周上形成接觸面，起到密封作用的[2]。

在5A分子篩脫蠟吸附劑干燥焙燒工藝技術中，立式填充床焙燒爐的爐體壁面溫度為600℃，爐體內5A分子篩脫蠟吸附劑溫度為550℃，焙燒尾氣溫度為550℃，同時5A分子篩脫蠟吸附劑高溫焙燒活化時蒸發出水蒸氣需要及時排出；為防止5A分子篩脫蠟吸附劑粉塵和焙燒尾氣泄漏，必須保證立式填充床焙燒爐的筒體上下端(靜止端)與傳動軸(運動端)之間密封性能良好，因此單純采用以上一種密封無法達到工藝要求，筆者在設計過程中對密封結構進行了革新。

焙燒爐上端采用“填料+密封環”結構密封(圖3)，密封組件一端與殼體焊接，內部殼體與軸密封采用填料實現徑向密封；密封組件上端采用法蘭密封環實現軸向密封，法蘭盤上部固定傳動部件，并增加一組密封環，將密封組件箱體與大氣隔離。設備運行時密封組件內通入冷卻水，降低密封元件溫度的同時也起到一定的密封作用。焙燒爐下端采用靜態密封結構，用密封函將軸端完全密封起來。上端組合密封有效防止了密封接觸面聚集粉塵，提高了填料使用周期，且有效防止了爐筒體內高溫粉料和高溫氣體的外泄；同時在填料四周采用冷卻水對填料進行冷卻，避免了填料在長時間運行情況下高溫膨脹產生疲勞而引起縫隙，導致真空度降低的問題。下端采用靜態密封，密封部件不與轉動部件接觸，避免了密封元件的磨損，密封結構安全可靠。

圖3 新型密封結構

1.3 保溫材料和保溫形式

立式圓盤真空焙燒爐的爐膛采用輕質莫來石澆注料與硅酸鋁耐火纖維相結合形式，爐膛四周內襯采用輕質莫來石澆注料填充內壁爐膛，側壁采用硅酸鋁耐火纖維模塊與外界隔熱，為增加輕質莫來石澆注料和硅酸鋁耐火纖維模塊的強度并固定其結構型式，最外層用碳鋼包覆。

1.4 爐膛電加熱及其控制系統

為實現5A分子篩脫蠟吸附劑活化、干燥和焙燒的一體化功能，并保證每個階段的精確控溫，立式圓盤真空焙燒爐的爐膛加熱分為4個區，共7個加熱盤片，每個盤片采用3組電加熱絲，每組3.2kW；每個加熱區有一個溫控系統，通過溫度控制自動反饋到電氣控制柜自行運行將溫度控制在每個區所需的溫度區間。由于基本上每兩個加熱盤片組成一個加熱區，熱量分配更精細，而且整套加熱系統完全采用溫度控制的自控系統，自動化程度高，因此5A分子篩脫蠟吸附劑的活化、干燥和焙燒溫度控制更精準，對5A分子篩脫蠟吸附劑的吸附容量的提升更加有利。

2 工作原理

主軸靠傳動機構驅動旋轉，帶動筒體各層大圓盤和小圓盤旋轉，每層大圓盤和小圓盤下方沿環向均勻布置3～4根熱輻射管，每根熱輻射管的功率可以達到3.0～5.0kW，加熱溫度600～800℃，加熱方式均勻。物料經進料口后，率先導入到大圓盤上，料層厚度20～30mm。在下料刮料板Ⅰ與攤料刮料板的共同作用下，物料與大圓盤始終保持接觸，均布在大圓盤上，并不斷匯入大圓盤中心下料口處，落入下一層小圓盤中心，物料充分受熱均勻后在下料刮料板Ⅱ作用下，將物料推至圓盤邊緣集料口處經由集料口落入第3層大圓盤邊緣。大圓盤、小圓盤下料孔均交錯布置。物料在大圓盤上再次均布，物料充分受熱。并自上而下依次沿每層大圓盤和小圓盤下料孔排出，直至流至末層下料口，最后從出料口排出，完成整個焙燒過程。

立式圓盤真空焙燒爐共7個加熱盤片，每個盤片3組電加熱絲，每組電加熱絲功率為3.2kW，加熱功率共67.2kW；傳動功率為1.5kW，總功率為68.7kW。同時立式圓盤真空焙燒爐密閉效果好，保溫隔熱性能強。與中國石化催化劑南京分公司現有真空廂式爐功率(80kW)相比節能效果明顯，而且立式圓盤真空焙燒爐處理量達50kg/h，并可連續運行，遠大于真空廂式爐間歇操作的處理量。

3 立式圓盤真空焙燒爐的結構特點

立式圓盤真空焙燒爐的結構特點如下：

a. 結構緊湊、處理量大、填充率高(25%～30%)、軸體膨脹后圓盤和刮料板始終接觸且運行平穩，安裝、檢修便捷；

b. 焙燒溫度達600～800℃，均勻布置的熱輻射管和物料流動時隨圓盤的旋轉增加了物料傳熱的均勻度，且能耗小；

c. 真空環境下焙燒，催化劑活性好，焙燒效率高；

d. 由于內部采用耐高溫保溫澆注料，筒體和封頭材料為碳鋼，從而節約了制造成本。

4 結束語

針對5A分子篩脫蠟吸附劑生產工藝的特性，開發研制的立式圓盤真空焙燒爐，解決了傳統干燥設備蒸發水分不能及時排出、物料泄漏和溫度難以控制的問題。新設計的設備可連續操作、結構緊湊、占地面積小、總體投資小。

[1] 劉相東，于才淵，周德仁.常用工業干燥設備及應用[M].北京：化學工業出版社，2004.

[2] 成大先.機械設計手冊[M].北京：化學工業出版社，2008.

StructureDesignofVerticalDiskVacuumCalcinator

TU Chang-zhi1, ZHANG Yan2, YANG Wei2, HUANG Shuai2
(1.NanjingBranchCompany,SinopecCatalystCo.,Ltd.; 2.TianhuaChemicalMachineryandAutomationInstituteCo.,Ltd.)

A vertical disk vacuum calcinator’s application in the drying process of 5A molecular sieve de-waxing adsorbents was described. Through considering the material characteristic and the technological character, the calcinatory structure was designed to realize accurate control of the vacuum continuous operation and the drying temperature.

calcinatory, vacuum, vertical disc, structure design

涂長志(1966-)，高級工程師，從事化工行業催化劑相關領域的技術開發與研究。

聯系人張巖(1984-)，工程師，從事化工、煤化工及電力等行業相關干燥技術的開發研究，zhangyanth@163.com。

TQ054

A

0254-6094(2017)03-0307-03

2016-06-28，

2016-12-13)