聚酯生产线真空EG喷淋冷凝器设计的改进

2013-12-04张国顺徐文奎付纯续欧阳金亮

真空与低温 2013年3期

汪亮，张国顺，徐文奎，付纯续，吕涛，彭伟，欧阳金亮

(杭州华达喷射真空设备有限公司，浙江杭州311113)

1 引言

目前聚酯生产的工艺路线虽各有不同，但归根结底是由酯化和缩聚两部分组成。聚酯真空系统的作用是将缩聚反应过程中所产生的乙二醇(EG)，少量水、醛类及其它不凝气体抽除，提供反应所需的真空条件，确保产品质量。一般聚酯真空系统分为两个部分，EG喷淋冷凝系统和真空泵系统。主要论述EG喷淋冷凝系统，其作用是将来自缩聚釜的EG等可凝性气体充分冷凝，同时捕集气升中所夹带的低聚物，减轻真空泵系统的负荷，防止堵塞。喷淋系统冷凝捕集效果的好坏直接影响着真空泵系统设计抽气能力的大小，喷淋系统的捕集效果好，则进入真空泵系统的被抽气体量少，真空泵设计选型时可相应选小，真空泵小了，则与之关联的所有设备均可相应选小，这样不仅可以减少投资成本，同时也大大减少了运行成本。

2 EG喷淋系统

EG喷淋系统设有喷淋冷凝器、EG热井、EG循环泵、EG过滤器、EG冷却器等组成，其工艺流程如图1所示。

图1 EG喷淋循环系统工艺流程图

3 EG喷淋冷凝器结构对比

3.1 钟纺工艺

钟纺工艺在EG喷淋冷凝器前加了一个低聚物捕集器，可使气升中夹带的低聚物得到有效的捕集并定期排出系统外，防止真空系统的堵塞。该喷淋冷凝器为立式降膜式，内部为4层塔盘结构，喷淋EG自上向下喷淋，反应釜的气升从下部向上流动［2］，如图2所示。这种结构气流阻力大，抽真空时的压力损失也大。内部塔盘结构容易结垢，经长时间运行后，造成冷凝器内的气相和液相不能充分接触，影响喷淋效果，结垢后气流阻力增大，反应釜内真空度会下降。喷淋冷凝效果不好，喷淋冷凝器出口的气流中夹带低聚物，造成后续的抽真空设备容易堵塞，清理堵塞对生产运行影响很大［3］。喷淋冷凝器气升入口易结垢，因此安装有一手动通棒，通棒由人工操作，作业效果因人而异，效果不稳定。长时间运行后，积聚在斜锥体底部的低聚物结块增多，就需拆除斜锥体底部的盲板进行清理，装置必须停工［4］。

3.2 吉玛工艺

吉玛工艺采用刮板冷凝器，分为卧式刮板和立式喷淋两个部分，如图3所示。卧式刮板可将凝结在器壁上的低聚物连续不断地刮下，随着循环EG通过过滤器排出系统外;立式喷淋共有3层喷淋［5］，每一层形成一个水涟，使得EG等可凝性气体与冷凝EG充分混合，从而使其冷凝下来。

3.3 杜邦工艺

杜邦工艺采用的是立式喷淋冷凝器，如图4所示。顶部设有机械探头，该探头在向下运动的同时，伴有旋转运动，可以有效地刮除黏附在上筒体内壁的低聚物，下筒体设有雾化喷淋，气体经过时，可凝性气体就被EG冷凝液冷却。

图3 吉玛工艺EG喷淋冷凝器图［5］

图4 杜邦工艺EG喷淋冷凝器图

图2 钟纺工艺EG喷淋冷凝器图［5］

3.4 伊文达工艺

伊文达工艺采用立式喷淋冷凝器，如图5所示。顶部升气口设有刮刀装置，用来刮除粘附在上筒体内壁的低聚物，下筒体分为内外两层，内外两层筒体分别设有一道喷淋截面，气体流出冷凝器时要经过两道喷淋截面，让气体与EG冷凝液充分混合，使得可凝性气体冷凝下来。

4 新型EG喷淋冷凝器结构优化设计

新型EG喷淋冷凝器同样以低温EG液体为工作介质，使进入冷凝器内的气体冷凝成同温液体而排出。冷凝器采用内外筒折流式结构来增加其换热面积，且上下设置两道喷淋，使进入冷凝器的气体中所夹带的积聚物得到有效的惯性分离，从而减少尾气中的积聚物含量，防止积聚物堵塞真空管道。

图5 伊文达工艺EG喷淋冷凝器图

新型EG喷淋冷凝器采用上下刮板，内外筒两道喷淋的立式结构(如图6所示)，分为刮刀机构、喷淋装置和冷凝器本体等三个部分。

图6 新型EG喷淋冷凝器结构图

刮刀机构:铲除附着在上筒体内壁的积聚物，防止因积聚物堆积在冷凝器的冷热交界面上而减少了冷凝器的流导面积。刮刀机构利用气源压力为动力驱使气缸上下运动，从而带动刮刀上下动作来铲除积聚物，气缸上下各装有一个感应的磁性开关，气缸活塞上有一个磁性环，活塞上下运动通过磁性开关进行限位，当运动到底部时，下端的磁性开关得到信号，就把信号传给控制柜，控制柜得到信号便自动回到顶部，刮刀始终在顶部停留(防止低聚物黏附在轴上，将轴卡死);刮刀机构与端盖法兰间采用填料密封，防止空气进入系统，当填料密封泄漏时可以通过压盖来压紧填料，减少泄漏量。在密封处还加有润滑油孔，使得轴在上下运动时更顺畅。该刮刀机构采用气缸带动刮刀刮料和填料密封型式，具有结构简单、工作可靠、操作方便、维护成本低等优点。缺点是刮板不能直接清除盖板上附着的低聚物，因此要在盖板上加夹套并通入热媒进行加热，防止低聚物黏附;

喷淋装置:喷淋装置上喷嘴的类型为满锥雾化喷嘴(结构见图7)，循环EG可以通过喷淋喷嘴成90°散射角进入冷凝器，这样就可以覆盖冷凝器内筒体，使冷凝效果达到最佳。该喷嘴装在喷淋球阀的球芯上，喷嘴与球阀球芯通过螺纹联接(如图8所示)，此时球阀正处于工作状态，当要对球阀上的喷嘴进行拆换清洗时，可将手柄顺时针旋转90°，即喷淋处于关阀状态，打开旁边的闷盖，用套筒扳手取出喷嘴，再将备用喷嘴装上，而后关紧闷盖，打开阀门，使喷嘴处于工作喷淋状态，即完成了一次喷淋拆换工作，整个过程只需一两分钟，操作简便、快捷。

冷凝器本体:采用内、外筒双筒体和上下两层喷淋的结构，蒸汽进入冷凝器本体后，流导面积增大，流速降低，增加了蒸汽在冷凝器内的停留时间，有利于蒸汽冷凝。