机械消泡在糊树脂生产中的应用

刘中海，尹建平，张国玉，汪海位，吴智兵

（新疆天业（集团）天伟化工有限公司，新疆 石河子 832000）

在微悬浮法聚合生产聚氯乙烯糊树脂过程中，传统消泡工艺通常是在回收过程中加入聚醚、有机硅或二者的复合物消泡剂加以消泡，通过加入消泡剂的化学方法来消除泡沫，不但成本较高，还直接影响胶乳的稳定性和产品的性能。

1 机械消泡技术

泡沫是气体分散在液体中的热力学不稳定的分散体系。泡沫的破泡是由于从泡沫中析出液体（脱水收缩）、气泡中的气体扩散，以及由此产生的气泡膜厚度的变薄，最后直至气泡破裂。泡沫的脱水收缩是造成泡沫破泡的主要原因，在重力作用下可以促使泡沫的液膜不断变薄。泡沫是由不同尺寸的气泡组成的多相分散体系。气泡中的气体扩散是由于各气泡内的压力不同，小尺寸气泡内的压力要比大尺寸气泡内的压力大，因而发生压力高的气泡中的气体向压力低的气泡中扩散，导致大气泡体积不断扩大和小气泡体积不断缩小以至消泡。气泡破裂是脱水收缩和气体扩散的最终过程，由于脱水收缩和气体扩散，气泡间的液膜变薄至极限厚度，气泡由球形变成多角形，此时，泡沫便开始自动破灭，糊树脂回收过程产生的泡沫夹带固相，更有利于重力沉降。因此，通过机械作用力加快液体的重力沉降和气体扩散使泡沫加速破灭成为可能。

机械消泡研究主要在国外进行，国内生产企业进行了仿制，没有形成完整的理论体系。机械消泡主要包括4种形式，即离心式、喷射式、挡板式和综合式。

新疆天业（集团）有限公司下属天伟化工有限公司20万t/a特种PVC装置于2014年4月一次开车成功，其中10万t/a微悬浮法糊树脂装置在新疆是首家，填补了新疆地区糊树脂市场的空白，首次在电石法糊树脂聚合中研发机械消泡工艺，在回收系统使用消泡机、消泡塔，无需消泡剂同样可以解决回收系统中的泡沫问题。降低了运行成本，提高了产品质量，有效促进节能减排，实现清洁生产目标。

2 工艺流程简述

来自聚合工序的乳胶经聚合出料后进入卸料槽，乳胶在卸料槽内经搅拌机搅拌产生大量泡沫，泡沫上浮进入消泡机，经消泡后，VC气体夹带少量泡沫进入脱泡塔，在脱泡塔内进行再次消泡，破泡后，气相单体经真空泵回收进入气柜，乳液流入塔底，经脱泡塔出塔泵进入卸料槽，消泡完毕后，乳胶经卸料槽底部进入干燥工序。脱泡工艺流程见图1。

图1 脱泡工艺流程

聚合反应结束后，启动出料回收系统，将PVC浆料自动排入卸料槽中。卸料槽顶部安装机械消泡机，消泡机是利用高速旋转的转子产生的强大的离心力，加快液体中颗粒的沉降速度，把物料中不同沉降系数和浮力密度的物质分离开。物料在机器里面进行高速旋转时受到离心力的作用，沿矢量方向产生的比重分离运动与材料自重所产生的向上推动作用将泡分离出来。用来消除卸料槽内的泡沫，进行气液分离后，回收VC与聚合系统的回收VC一并进入消泡塔，利用消泡塔内部为刺结构塔盘，气相中的泡沫夹带物料通过塔盘时被塔盘上的刺划破，气相继续上升，固、液相依靠自身的重力下沉，达到消除回收气相中夹带物料的目的。消泡塔收集的未反应的氯乙烯，送入回收气柜。塔底收集的PVC浆料乳胶泵打回卸料槽。

3 脱泡装置的应用

脱泡工艺的主要设备包括卸料槽、搅拌装置、消泡机、脱泡塔、真空泵、脱泡塔出塔泵等，该工艺由天伟化工有限公司自主研发，脱泡塔在聚氯乙烯糊树脂生产中具有一定的使用价值。天伟化工有限公司采用的脱泡塔为一封闭的圆形塔体，塔体底部设有出料口，塔体内部设有多层塔板，最下层塔板与出料口之间设有进料口，回收的VC气体由此进料；塔体顶部设有出气口，脱除的VC气体经真空泵后去回收气柜；塔体中部与最上层塔板上部设有进水口，用于冲洗塔板。

在糊树脂生产中脱除泡沫中含有VC气体的主要构件是塔板，其脱泡塔塔板上部设有缓冲罩，缓冲罩为半球形，缓冲罩下部设有支腿，支腿下部设有铁丝网，铁丝网为向下的圆锥形，铁丝网下部设有尖刺，尖刺对泡沫造成破坏，圆锥形铁丝网增加了每层塔板的消泡面积，提升了消泡效率，缓冲罩与支腿对消泡后产生的乳液起到缓冲引流的作用，利于乳液进入塔底，这种脱泡塔结构简单实用，消泡性能好。脱泡塔结构见图2。

4 效益计算

消泡装置的应用，消除了回收气物料泡沫，降低了夹带的糊树脂物料的损失，避免了使用化学消泡剂对产品的质量产生的影响，同时减少了化学消泡剂的成本费用及运行费用，操作简单，可自动化控制，降低了劳动强度，提高了生产率。

图2 脱泡塔结构图

天伟化工有限公司糊树脂装置共有8台卸料槽、8台脱泡塔，分为4条独立的生产装置，其中2台卸料槽并联使用，2台脱泡塔串联使用，在生产过程中使用机械消泡工艺对糊树脂卸料槽内的泡沫进行消除，每吨树脂可节省消泡剂7 kg左右，每公斤消泡剂价格为20元左右，每吨糊树脂可节省140元左右。

机械消泡最大的效益主要不是在于节省消泡剂，而是在不使用消泡剂的情况下，保证了聚氯乙烯糊树脂产品的质量，该公司生产的聚氯乙烯糊树脂产品标准糊黏度低于3 000 mPa·s，每年可生产优质聚氯乙烯糊树脂100 000 t，生产的高质量糊树脂价格可比通用糊树脂高500～800元/t。通过机械消泡工艺可进一步提升聚氯乙烯糊树脂产品的质量。

［1］邴涓林，黄志明.聚氯乙烯工艺技术.北京：化学工业出版社，2008.