PVC汽提工藝的優化

張玉永

(新疆圣雄氯堿有限公司，新疆 吐魯番 838100)

目前,國內外PVC生產中大多數采用篩板塔作為PVC漿料汽提的主要設備，但篩板塔在使用過程中由于無溢流堰且塔孔直徑大，造成PVC樹脂VCM殘留量高、汽提工序蒸汽單耗高。

新疆圣雄氯堿有限公司(以下簡稱新疆圣雄)50萬t/a PVC裝置汽提工序采用無溢流堰篩板塔，材質為0Cr19Ni9耐熱不銹鋼，塔板厚度為4 mm，塔板孔徑為Φ12±0.1，篩孔圓心距為35 mm，塔板直徑為2 000 mm，塔板間距為200 mm，塔板安裝總高度為7 140 mm,最頂層塔板有6根筋板。自2012年開車以來，汽提塔在運行過程中蒸汽單耗約為0.43 t，消耗較高；并且在運行過程中塔盤有傾斜現象，導致汽提塔下料不均勻，塔盤積料嚴重，成品PVC樹脂中VCM殘留量不穩定，嚴重影響了裝置的正常運行。為此，新疆圣雄對汽提工藝進行了優化，降低了蒸汽單耗及成品PVC樹脂中的VCM殘留量，取得了良好的效果。

1 汽提工藝[1-3]

汽提工藝流程見圖1。

圖1 汽提工藝流程圖Fig.1 Process flow diagram of stripping

聚合釜出來的PVC漿料通過出料泵進入出料槽，經倒料泵、漿料過濾器進入汽提塔進料槽,再通過漿料泵送至螺旋板換熱器，與汽提塔出來的熱漿料進行熱交換后進入汽提塔頂部。進入汽提塔進料板上的漿料均勻、穩定地流動，與自下而上從塔板篩孔上升的蒸汽進行充分的傳質、傳熱，自漿料中提升的VCM從汽提塔頂部逸出并進入塔頂冷凝器，大部分蒸汽在此冷凝。

部分冷凝后的蒸汽與液相物料從塔頂冷凝器中流出，進入汽提塔冷凝液分離罐，在分離罐中液相與氣相物料分離，被水飽和的VCM從汽液分離罐頂部逸出，由水環壓縮機送至回收單體槽。冷凝水一部分去廢水處理工序，一部分用于汽提塔塔頂的噴淋，既可以沖洗塔頂的掛壁料又起抑泡作用，在提高汽提塔處理能力的同時保證了出塔漿料的溫度和固含量，降低了蒸汽消耗，也節約了去離子水。

隨著漿料不斷向下流動，蒸汽不斷向上流動，PVC漿料中的VCM不斷汽化，充分脫除了VCM的漿料從汽提塔塔底流出，由出塔漿料泵送至螺旋板換熱器與進塔漿料進行熱量交換，然后送至離心機進料槽，而后去離心干燥。

2 問題與討論

(1)汽提裝置自2012年開車以來，PVC成品VCM殘留量一直不穩定(4～5 μg/g)，蒸汽通量為6～8 t/h，蒸汽單耗較高(0.35～0.43 t)，嚴重影響了樹脂質量，并導致PVC生產成本居高不下。

分析原因：①汽提塔塔板間距為200 mm，共36層塔板，塔板上液層實際高度為60 mm左右，PVC漿料停留時間短(5～7 min)，與塔底部通入的蒸汽未充分接觸，對流傳質、傳熱不充分，導致PVC顆粒中的VCM脫除不徹底；②現有篩板塔筒體直徑為2 000 mm，塔盤直徑為1 986～1 988 mm，單層總環隙為12～14 mm，塔盤環隙大導致蒸汽穿塔嚴重，蒸汽在塔盤及氣、液相空間的分布不均勻，蒸汽消耗高。

改造措施：①將現有塔盤直徑改造為1 996 mm，總環隙由12～14 mm減為4 mm。②不改變塔盤孔徑及孔數，通過增加塔板數、縮小板間距來延長漿料在塔體中的停留時間，以達到使漿料與蒸汽充分傳質、傳熱的目的；但隨著塔盤數增加、板間距縮小，霧沫夾帶量會增多。綜合考慮汽提效果、漿料停留時間、塔盤總重、塔體承重等因素，將塔盤間距由200 mm縮小至150 mm，塔盤數由36塊增加至45塊。

改造后，塔板上的液層實際高度由60 mm左右提高到100 mm左右，PVC漿料的總停留時間由5～7 min延長至10～12 min，汽提塔運行良好。

改造前后蒸汽用量對比見圖2。

圖2 改造前后汽提塔蒸汽用量對比Fig.2 Comparison of steam consumption before and after improvement

由圖2可見：改造后，在同等進料量下可節約蒸汽3.23 t/h左右，蒸汽單耗由0.43 t降低至0.24 t,有效地節約了成本。

汽提塔改造前后塔底溫度對比見圖3。

圖3 改造前后汽提塔塔底溫度對比Fig.3 Comparison of stripping tower bottom temperature before and after improvement

由圖3可見：改造后汽提塔塔底溫度上升了2～3 ℃，有效地提高了PVC顆粒中VCM的提取效果。

汽提塔改造前后PVC樹脂中VCM殘留量對比見圖4。

圖4 改造前后VCM殘留量對比Fig.4 Comparison of vinyl chloride residue in stripper before and after improvement

由圖4可見：PVC樹脂中VCM殘留量較改造前下降了2.30 μg/g，這一方面降低了樹脂使用過程中VCM對人身的傷害;另一方面也降低了生產成本,提高了產品質量。

(2)漿料偏流，造成漿料進入汽提塔后分布不均勻，樹脂在塔板上堆積，導致PVC樹脂雜質粒子數頻繁超標。

原汽提塔最底層塔盤不銹鋼板厚度為4 mm，底部塔盤與塔壁連接處未焊接加強圈，頂部塔盤采用單面6根加強筋板支撐，塔盤整體機械強度不夠。因蒸汽氣錘現象，使拉桿螺帽松動，導致塔內拉桿脫落;長時間運行后塔板擺動、傾斜、變形，導致塔盤積料，嚴重影響樹脂雜質粒子數及塔盤使用壽命。

改造措施：①將最底層塔盤不銹鋼板厚度由4 mm增加至6～8 mm，并在該塔盤底部與塔壁連接處焊接厚度為8 mm、寬度為40 mm的加強圈；②為確保頂部支撐塔盤的強度，將原來單面6根加強筋板改造成雙面加強筋板，以保證頂層塔盤強度；③為避免塔盤在塔內因蒸汽氣錘現象造成擺動而破損，在每層塔盤拉桿孔上下加裝4 mm厚不銹鋼墊片，增加拉桿孔周圍強度；④為避免拉桿在運行過程中因蒸汽氣錘現象造成的螺帽松動及塔盤傾斜、變形，采取雙螺帽緊固，有效地防止了塔板集料。

3 汽提工序的操作與維護

(1)溫度對汽提塔運行的影響。

汽提塔的工作原理就是通過PVC漿料與蒸汽的逆向接觸，使VCM從PVC顆粒中脫吸出來，從而獲得VCM殘留量較低的PVC樹脂。有關資料表明：在95 ℃時VCM的脫吸速度會發生突變，并且95 ℃以上是95 ℃以下的2倍。這是因為當汽提溫度接近水的沸點時，蒸汽對VCM的脫吸起著蒸餾作用，有利于VCM從PVC顆粒中脫吸；但溫度不能太高，當溫度達到130 ℃左右時，PVC樹脂會由于高溫分解而出現發黃現象。經過多次試驗，發現汽提塔塔頂溫度控制在95～110 ℃，塔底溫度控制在105～115 ℃為最佳。

(2)塔壓差對汽提塔運行的影響。

無溢流堰篩板塔結構簡單、利用率高，但需要較高的氣流速度才能維持塔盤上的液層高度，所以塔壓差是保證塔盤上液層高度的一個重要指標。如果塔盤上沒有液層，就會形成塔噴淋現象，樹脂在高溫下容易變紅；如果液層太高，塔壓差太大，也不利于VCM的脫吸。經過多次試驗，發現塔壓差控制在10～25 kPa為最佳，此時塔盤液層在80～100 mm，最有利于VCM的脫吸。

(3)塔頂噴淋對汽提塔運行的影響。

噴淋的主要作用是沖洗在氣流上升過程中殘留在塔壁上的PVC粉末，防止氣流將PVC粉末帶入塔頂冷凝器，影響回收系統。如果汽提塔停止噴淋，這些粘附在塔壁上的PVC粉末會在高溫下形成紅料，影響樹脂質量。噴淋水為過濾后的母液水，一方面可減少純水的用量，節約成本；另一方面可達到水循環利用的目的。噴淋量偏小，則汽提塔在運行過程中塔壁與塔盤會出現積料，長時間運行會影響樹脂質量；噴淋量偏大，則汽提塔溫度偏低，不利于VCM的脫吸。經過多次調試，發現噴淋量在2～4 m3/h時汽提塔運行效果最佳。

4 結語

在PVC生產中，絕大多數廠家都采用無溢流堰的篩板塔，有的廠家連續運行幾年產品質量都能達標，有的則幾個月就要進行維修。新疆圣雄對原有的汽提塔增加塔盤，成功地將蒸汽流量控制在3.9～4.3 t/h，PVC樹脂VCM殘留量控制在1.44～2.40 μg/g，用低投入實現了高回報，為同行企業汽提工藝改造提供了借鑒。