CPE干燥技术与工艺的论证

2010-08-15李太祥

中国新技术新产品 2010年7期

李太祥丁玲

（1、河南永煤集团化工管理部，河南永城 4766002、中国平煤神马氯碱发展有限责任公司，河南平顶山 467000）

前言

河南永煤集团永银化工实业有限公司新建16万吨/年烧碱、20万吨/年聚氯乙烯（PVC）一期工程计划在2011年4月份建成投产。在该装置的生产系统中，必须配套液氯生产单元，但该项目的环评批复中明确规定不允许销售和贮存液氯，故必须配套建设其他耗氯装置。

通过市场调研，氯化聚乙烯(CPE)产销形势优于聚氯乙烯(PVC)。永银化工利用现有土地和公用工程设施,拟建设 2万吨/年氯化聚乙烯（CPE）项目，项目建成后可消耗液氯1.6万吨/年，有益于优化产品结构，调整氯平衡，增强抵御市场风险的能力。

氯化聚乙烯（CPE）是由高密度聚乙烯经氯化制得的一种改性氯化高聚物，含氯量一般控制在30%～50%（质量份数）。产品外观为白色粉末或颗粒，170℃以上分解,类似于橡胶弹性体。主要用途是作为PVC型材加工的辅料（添加比例为10%左右）。随着我国房地产产业的迅速发展，国内PVC产能迅猛扩张，我国总生产能力达60万吨，主要生产企业有潍坊亚星和山东、江苏、四川的民营企业，预计CPE的年需求量将达到200万吨。安徽省化工研究院从上世纪70年代开始进行水相法CPE的研制工作,目前是国内主要CPE成套生产技术转让院所。干燥工序是CPE生产中主要耗能工序之一，CPE的干燥问题曾一度成为技术难题，制约生产的“瓶颈”，其工艺与设备的选择是否合理，决定着一个企业的生产成本、生产能力与劳动强度。

1 PE的干燥原理

湿分以松散的化学结合形式或以液态溶液存在于固相中，或集在固体的毛细微结构中，这种液体的蒸汽压低于纯液体的蒸汽压，称之为结合水分；而游离在表面的湿分则称为非结合水[1]。由于在CPE的大分子结构中存在极性基因，而其粉末的结构又十分疏松，以致其湿粉中不仅会有“非结合水”，且会有“结合水”，要将其干燥到不大于0.3%（湿基）的含水量是比较困难的（此时方视为干燥合格）。为此我们选择热空气作为传热介质进行（流态化）干燥，含有水分的颗粒物料与热气流接触，由于其表面的水蒸汽压大于热空气中的水蒸汽分压，水蒸汽就由物料颗粒表面向热空气中扩散，而被不断流动更新的热空气带走。随着物料表面水分的不断汽化，物料颗粒内部的湿度又大于其表面湿度，形成了湿度梯度，则颗粒内部的水分不断地向表面扩散，直至达到该物料的平衡水分为止。

2 PE的干燥特性

为了选择合适的CPE干燥工艺和合适的干燥器，我们对CPE进行干燥试验，得知干燥条件为：大气温度21℃、大气相对湿度90%、热风温度55±1℃，CPE的平衡水分接近于0，其第一临界湿含量为12%左右（干基），其第二临界湿含量为4%左右（干基），并且，其内部水分的干燥是比较困难的。

3 PE的干燥工艺

PE的生产过程是一个批量生产、间歇操作、顺序控制的过程，CPE浆料经离心机离心后，得到含水率30%～40%（湿基）、最小颗粒150μm、最大颗粒不超过500μm、平均颗粒220μm的湿料。此时进入干燥工序，其工艺流程如下。湿物料由料斗加入，通过螺旋输送器进入气流干燥管，同时开启空气加热器和沸腾床顶部的引风机，物料经气流管初步干燥后进入沸腾床，细物料经旋风分离器捕集后也落入沸腾床继续干燥；控制进风温度与床层温度，调节进风量与风速，当床层与床顶温度得到工艺要求后，吹冷风降温，物料经出料阀流入包装袋。

4 结果和讨论

4.1 工艺路线的选择

气流干燥也称“瞬间干燥”，使加热介质与待干燥固体颗粒直接接触，因相之间的传热传质的表面积大而使体积传热系数ha也相当高，普通直管气流干燥器的ha为2300～7000w/(m3.K)。热效率高，处理量大，对CPE“非结合水”干燥效果明显。由于物料在气流管中的停留时间较短，所以对CPE中的“结合水”干燥比较困难，若单用此法干燥CPE需反复干燥5～6次方能合格，生产周期长、劳动强度大、物料损失多、能量消耗大、工作环境恶劣。

沸腾干燥由于物料在沸腾床中剧烈搅动，大大地减少了气膜阻力，因而热效率高，更重要的是物料的停留时间可以任意调节。但单用此法干燥CPE，生产中容易产生“结床”或“跑料”现象。原因是：从离心机过来的湿料，含水率较高，物料较重，进入沸腾床后，若引风机风压不够，物料在床中“沸腾”效果欠佳，则物料很容易结团，以致最终整体结于床中。为避免产生“结床”现象，需提高引风机风压；但随着干燥过程的进行、物料水分的减少、颗粒的变轻，在引风机的排风尾气中会夹带有大量物料，特别在接近干燥终点时“跑料”尤为明显。

考虑到我们的CPE批量与间歇式生产的特点，根据气流干燥与沸腾干燥的各自优点，决定选择二者串联的工艺。