PVC干燥工藝的優化

劉小靜

(河南神馬氯堿發展有限責任公司，河南 平頂山 467001)

河南神馬氯堿發展有限責任公司(以下簡稱神馬氯堿)第2期20萬t/a PVC裝置于2009年6月投產，該項目采用日本智索公司PVC生產技術，干燥系統采用臥式沸騰干燥床。干燥系統自投運以來，生產相對穩定，產品質量良好。但在生產過程中仍存在一些問題：風送系統能力不足、八級旋風分離器帶料、樹脂水含量不易控制等。經過技術人員不斷摸索，進行了技術改造，取得了良好的效果。

1 干燥工藝流程

PVC漿料(含固質量分數30%左右)經汽提工序脫除大部分殘留氯乙烯單體，從離心槽泵出后，一部分回流，一部分進入離心機脫除大部分水分，形成的濾餅(含水質量分數20%～22%)經破碎機破碎后進入干燥床一床。外界空氣經空氣吸入筒、過濾器(過濾掉空氣中的灰塵、水汽等雜質)后進入主風機，再經散熱片加熱后進入風室。風室上部的分布板上均勻密布有大量的風帽，每個風帽下部均設有進風孔，熱空氣從風帽底部邊緣與分布板間隙均勻吹入干燥床，保證了床內物料充分混合，且床內各點沒有死角。干燥床A、B兩面各有8組散熱片，前4組散熱片通入低壓蒸汽(<0.1 MPa)和少量熱水，第5組散熱片既可通入低壓蒸汽(<0.1 MPa)又可通入熱水，后3組散熱片通入熱水，維持干燥床內溫度。引風機經八級旋風分離器引出干燥床內空氣，維持床內微負壓(-0.6～-0.4 kPa)，保證沸騰的物料與熱空氣實現充分的傳熱、傳質。床內的濕熱空氣夾帶PVC樹脂經八級旋風分離器分離，濕熱空氣經尾氣洗滌塔排放，PVC樹脂則回到干燥床。干燥床二床下料口處裝有一定高度的溢流堰板，被充分干燥的PVC樹脂達到一定高度后，經溢流堰板進入一次輸送管線，在一次輸送風機作用下，經六級旋風分離器分離，進入成品篩，篩出少量塑化片、異物等雜質，成品篩下料口處裝有加濕器，以消除靜電。物料經二次輸送管線輸送至料倉，包裝為成品入庫。整個系統采用微負壓操作，能耗低、產量高、易操作。干燥工藝流程見圖1。

2 PVC樹脂干燥原理

PVC樹脂所含水分包括2部分：一部分存在于樹脂表面，被稱為自由水，很容易除去；另一部分存在于樹脂空隙內部，被稱為結合水，較難除去。濕PVC樹脂干燥過程可分為2個階段：恒速干燥階段和降速干燥階段。除去表面水分時，干燥速率較快且幾乎是恒速，這一過程稱為恒速干燥階段；而除去孔隙內水分時，隨著粉料內部水含量的降低，水分由物料內部向表面擴散的速度逐步下降，因此干燥速率也愈來愈低，這一過程稱為降速干燥階段。這2個階段是以臨界濕含量來劃分的。樹脂水含量在臨界濕含量以下為降速干燥階段，其干燥速率主要由顆粒內部擴散速率控制，僅取決于物料的顆粒形態(孔隙率)，而與外部干燥條件關系不大，這一過程所需時間較長，一般采用沸騰干燥實現[1]。因此，臥式沸騰干燥床操作須遵循的原則是低風溫、長時間。

圖1 PVC干燥工藝流程圖Fig.1 Process flow diagram of PVC drying

3 干燥系統出現的問題及改造措施

3.1 風送系統能力不足

神馬氯堿20萬t/a干燥系統原主風機和引風機電動機功率為500 kW，在實際生產中發現風機輸送能力不足，導致干燥床內物料沸騰不好，干燥床底部長期積料，產生大量黃點雜質，影響產品質量；同時，由于物料長期堆積在散熱片上，導致散熱片局部長期受熱，產生漏點，造成停車事故；另外，二次輸送管線長且彎頭多，導致管線內易積料，管道風壓高，特別是在夏季，由于氣溫高，負荷大，易出現二次輸送風機跳停情況，影響正常生產。

神馬氯堿技術人員經過探索，將主風機和引風機的電動機都升級為560 kW電動機，改造后提高了風機輸送能力，大大改善了干燥床內物料沸騰情況，黃點明顯減少，同時延長了散熱片使用壽命；另新增1臺功率較小的二次輸送風機，提高了二次輸送能力；在夏季高溫天氣增大二次輸送冷卻器冷卻水量，降低送風溫度，有效地解決了二次輸送風機跳停的問題；同時加強各個風機現場管理，定期校正動平衡，定期監測電動機及軸承溫度，加強巡檢，設備出現故障及時處理。以上措施的實施保證了設備的長周期穩定運行。

3.2 八級旋風分離器堵塞

物料在干燥床內充分脫除水分后，干燥床內的濕熱空氣夾帶PVC樹脂在引風機作用下被輸送至八級旋風分離器，濕熱空氣經尾氣洗滌塔排出，PVC樹脂經八旋下料器進入干燥床內。在實際生產過程中，經常會出現八旋下料器壓力上升的現象，說明八旋下料器及下料管道處下料不暢，需要現場人員敲擊旋風分離器及下料管道外壁，或打開人孔疏通管道。嚴重時會出現八旋下料器內被物料堵滿，使八旋下料器出口處跑料，被迫停車，不僅處理難度大，而且影響生產系統穩定運行，同時還造成了環境污染。

PVC樹脂水含量過高，樹脂易結塊；水含量過低則易產生靜電，以上情況都易導致樹脂在旋風分離器內產生架橋現象，導致下料不暢。神馬氯堿技術人員根據生產經驗，發現將PVC樹脂含水質量分數控制在0.15%～0.35%時樹脂流動性較好，不易堵塞管道。同時在八旋下料器上加裝氣錘，并設定程序自動控制敲擊頻率，有效地避免了物料堵塞管道。

由于神馬氯堿地處華中地區，冬季室外溫度最低在-12 ℃左右，而系統內溫度為45～55 ℃，系統內外溫差大導致設備內壁結露、粘料，長期累積產生架橋現象。為此，神馬氯堿技術人員在旋風分離器外壁采用冷凝水伴熱，并對八旋下料管進行保溫，冬季關閉廠房門窗保溫。通過以上措施的實施，有效解決了尾氣洗滌塔帶料問題，系統穩定性大大提高，同時減少了對環境的污染。

3.3 PVC樹脂水含量波動較大

日本智索公司干燥工藝中PVC樹脂水含量指標較低，靜電大，不利于輸送[2]。另外，神馬氯堿干燥床二床熱水閥門原始設置為兩位閥，通過向干燥床二床散熱片內通入熱水(90～95 ℃)以提高床溫，在實際生產中受批次間出料間隔、汽提塔運行狀況及蒸汽壓力波動等因素影響，導致干燥床二床溫度波動較大。以上因素造成PVC樹脂水含量波動較大。若樹脂水含量過低，會產生靜電，導致成品篩處帶料，包裝袋漫料，嚴重影響生產系統的穩定運行，也不利于下游客戶的加工；若樹脂水含量過高，則影響產品質量。

神馬氯堿技術人員綜合考慮各種因素，采取以下解決措施：①對水油比及復合分散劑的配比進行了調整，使PVC樹脂顆粒形態更加規整，粒度分布更加集中。②將干燥床二床熱水兩位閥改為調節閥，并將該調節閥與干燥床二床溫度聯鎖控制，穩定了干燥床二床溫度，優化了產品質量，更減輕了操作人員的勞動強度，提高了勞動效率。③在成品篩下料管上部安裝了PVC水分在線監測儀，并將數據上傳至DCS，實現了PVC樹脂水含量的在線實時監控，主控人員根據PVC樹脂水含量及時調整干燥床溫度，將樹脂水含量控制在最佳范圍。同時，在允許范圍內適當提高PVC樹脂水含量，間接提高了PVC產量，增加了效益。改造前后PVC樹脂質量見表1。

表1 改造前后PVC樹脂質量

3.4 金屬雜質多

神馬氯堿108 m3聚合釜入料熱純水大部分來自干燥系統散熱片出口冷凝水，其中含有極少量金屬雜質，這類雜質進入樹脂成品后，在加工過程中無法塑化，嚴重影響了成品質量。

經過技術專家指導，神馬氯堿在干燥系統沖板流量計下部取樣孔處加裝磁石，并安排專人每周清理1次，有效地避免了金屬雜質進入成品。清理前后的磁石見圖2。

清理前清理后圖2 清理前后的磁石Fig.2 Magnet before and after cleaning

3.5 引風機控制方式的問題

風機屬于大功率、高耗電設備，神馬氯堿干燥系統主風機和引風機的電動機均采用工頻控制，主風機風門由操作人員根據系統負荷手動調節，引風機風門根據干燥床壓力設定值自動調節。引風機輸出功率隨著生產負荷的變化而變化，當干燥系統負荷達到80%時，引風機風門開度為55%～60%，造成很大一部分能量消耗在節流損失中。同時，由于引風機的運行，使得入口風門處震動較大，生產過程中根據負荷大小須經常調節風門，容易導致風門拉桿斷裂或風門定位器損壞，迫使裝置停車。

為此，在引風機控制器上加裝1臺變頻控制器，將引風機由工頻控制改為變頻控制，通過控制變頻器轉速調節床壓，既滿足了生產需求，又降低了能耗。

表2為不同負荷下引風機分別使用工頻控制和變頻控制時的電流及節電率。由表2可知：經過此次改造，引風機節電率平均達到11.3%。

表2使用工頻控制及變頻控制時引風機的電流及節電率

Fig.2Currentofindustrialfrequencycontrolleddraughtfanandthatofvariablefrequency

controlled one, and power saving rate

4 結語

經過以上改造，有效解決了PVC干燥生產中遇到的問題，干燥系統運行更加穩定，提高了產品質量，改善了環境，也有效提高了經濟效益。