多规格产品的PVA低碱醇解新工艺1

孟浩亮

（中国中轻国际工程有限公司，北京 100026）

多规格产品的PVA低碱醇解新工艺1

孟浩亮

（中国中轻国际工程有限公司，北京 100026）

对比了制备聚乙烯醇的高碱醇解法与低碱醇解法技术特点；在低碱法皮带醇解工艺的基础上，进行多项技术改进、设备改造，形成醇解新工艺；醇解新工艺可同时生产不同聚合度和醇解度的多规格高品质PVA产品，节能效率提供好，带来更可观的经济效益。

聚乙烯醇；醇解工艺；技术改进；设备改造

聚乙烯醇（以下简称PVA）是一种用途相当广泛的水溶性高分子聚合物，简称PVA。其性能独特，具有较好的粘接性、成膜性、耐油性、胶体保护性，除了作维纶原料之外，还广泛用作纱浆料、涂料、粘合剂、乳化剂、纸加工助剂、薄膜、分散剂等，广泛地用于汽车和建筑材料行业。其新用途和新的品种还在不断的开发中。

目前世界聚乙烯醇产业的发展趋势是向高低两极发展，即高聚合度（高粘度）、高醇解度的高精细化产品与低聚合度、低醇解度的特种产品发展态势突出，前者在高标号胶粘剂、高强高膜纤维、水泥增强剂等领域有良好表现，后者则为有特别要求的水溶性胶粘剂与水溶性纤维所使用。

本文简述了传统醇解工艺中的高碱醇解法与低碱醇解法技术特点，对比醇解新工艺和传统工艺的技术特点，突出醇解新工艺的优点，以及醇解新工艺应用后对装置生产能力、产品品种、自动化程度、装置能耗、装置稳定性的提升。

1 传统醇解工艺简述

工业上聚醋酸乙烯醇解根据催化剂碱量不同，可分高碱醇解法和低碱醇解法两种生产工艺。高碱醇解法就是反应物料中含有1%～2%的水，加入氢氧化钠水溶液，碱对聚醋酸乙烯的摩尔比大，主要发生皂化反应。低碱醇解法就是反应物料中基本不含水，碱也溶于甲醇中，碱的摩尔比很低，主要发生酯交换反应。

20世纪70年代前，国内外都采用高碱醇解法生产工艺。日本电气化学公司和可乐丽公司开发低碱法皮带醇解工艺后，率先实现工业化生产，我国上海石化和川维引进低碱法皮带醇解工艺。高碱醇解法和低碱醇解法技术特点比较见表1。

表1 高碱醇解法与低碱醇解法技术特点比较

续表1

通过比较可以看出，低碱法从产品质量、产品多样性、能耗以及后续废液处理方面都较高碱法具有很大的优势。

2 醇解新工艺简述

以宁夏大地化工有限公司年产100 kt多品种聚乙烯醇工程为例，在上海石化和川维的低碱法皮带醇解工艺的基础上，进行多项技术改进、设备改造，形成醇解新工艺。醇解新工艺可同时生产不同聚合度和醇解度的多规格高品质PVA产品，节能效率提供好，带来更可观的经济效益。

主要技术创新体现在一下几个方面：

2.1 技术改进

2.1.1 树脂进料改进

传统醇解工艺将聚合工段送来树脂直接送入树脂贮槽，再经树脂泵打至树脂预热器预热后送入静态混合器与碱甲醇液混合；醇解新工艺将聚合工段送来树脂先进入醇解工段树脂贮槽，再经过螺杆树脂泵打至板式换热器进行预热后仍回到此树脂槽，待此树脂温度达到一定值后，停止循环预热，换备用树脂贮槽内树脂循环预热，预热好的树脂槽改打至树脂中间贮槽，再经树脂中间贮槽加料泵经一个板式换热器换热后送至静态混合器进料。新工艺相较于传统工艺具有以下优点：

1）适用于严寒冬季开车，备用槽内树脂可循环预热，在切槽进料时，不会因为温度低影响醇解反应。

2）采用的是板式换热器（传统工艺是列管式换热器），其换热面积大，换热效果好，易使树脂进料温度控制在所需值。

3）树脂中间贮槽和树脂加料泵都设计在车间五楼，离静态混合器较近，树脂加料量不会因管道长导致加料量波动大。

4）树脂加料量采用的是靠树脂泵变频器来自动控制树脂加料量，传统工艺采用的是调节阀，变频器比调节阀更易控制。

5）树脂和碱加料量表采用的是质量流量计，不受温度、压力、浓度等因素的影响，使测量值更加精确，工艺更易操作。

2.1.2 新催化剂加料配方与方法

传统工艺加入的是碱甲醇液，由醇解工段用原料甲醇和片碱配制成浓度为80 g/h左右的碱甲醇液，放入一楼碱甲醇贮槽，再经碱涡轮泵打至静态混合器与树脂混合。醇解新工艺加入的是碱甲醇水溶液，由醇解工段用原料液碱、甲醇和脱盐水按照一定的比例配制而成的碱甲醇水溶液，经泵打至碱甲醇水溶液中间贮槽，再经德国进口的齿轮泵打至静态混合器与树脂混合。新工艺相较于传统工艺具有以下优点：

1）加入的是碱甲醇水溶液，碱液中水起到的主要作用为：可以将PVA中含的羰基化合物水解（羰基化合物为着色基团），保证系统中含有一定量的树脂含水率，可确保PVA成品料的白度。

2）配制碱甲醇水溶液的配制槽夹套采用冷冻盐水冷却（传统工艺为循环水），可以确保碱甲醇水溶液的进料温度尽量控制较低，其主要作用是：碱进料温度高，碱液的活度就较强，故会与树脂混合后，在静态混合器内就会发生反应，会缩短静态混合器的使用时间；若碱进料温度低，碱液活度相对较弱，就不易在静态混合器内与树脂发生反应，可以确保静态混合器的使用时间。

3）碱加料泵采用的是德国进口的齿轮泵，其输出压力较大。而随着反应时间的增加，静态混合器内压力会增大，树脂泵不易被高压压跳，并且泵漏液现象极少。

2.1.3 引入熟成机

醇解新工艺在粉碎机后新加入熟成机，其主要作用为：加入一定量的中和液，延长停留时间，使得醇解反应在此处得到终止，从而可以比较容易的得到所需醇解度的产品。同时此处还设有加入甲醇与水混合液装置，使其与物料一起泡置，可以洗去物料中大部分因副反应产生的醋酸钠，可以使成品物料醋酸钠含量控制在1.0%（wt）以下。

由于传统工艺未设有此设备，使其生产低醇解度产品难以实现，工艺参数不易控制，醋酸钠含量也基本上难以控制在1.0%（wt）以下。

2.1.4 引入输送机

醇解新工艺在物料经离心机脱水后和振动筛处抽出部分回流干料在此输送机处混合后送入干燥剂干燥，可以确保一段干燥机不会因料湿而粘在干燥机壁上起锅巴，从而确保了成品料的质量。

传统工艺未设有此装置，导致干燥机前段极易结粘壁锅巴料，开停车或时间久后锅巴会脱落，导致等外品料产生较多，影响产品合格率，直接影响生产效益。醇解新工艺新增此项设备，并合理的使用了干燥机回流料，从而不会有传统工艺上述现象发生，确保了产品的质量。

2.2 设备改造

2.2.1 静态混合器改造

传统工艺静态混合器规格为管式-DN125x1600；醇解新工艺静态混合器规格为管式-DN150x2315。新工艺相较于传统工艺具有以下优点：

1）其长度比传统工艺长，混合效果可达上万次，可以使树脂、碱液充分混合均匀，有利于醇解反应。

2）其尺寸较传统工艺大，相对的树脂投料量就大，产量会更高，符合设计理念。

2.2.2 皮带醇解机改造

醇解反应主要在醇解机皮带床上发生：经静态混合器混合均匀后，在醇解机尾部反应生成富有弹性的厚板状物。传统工艺皮带为两种规格：18 m和25 m。醇解新工艺皮带长度达35 m。新工艺相较于传统工艺具有以下优点：

1）皮带越长，表明可供醇解反应的时间越长，对于生产低醇解度（例如88系列）产品，工艺比较容易控制。其中25 m皮带醇解机也可以实现了生产醇解度为88%的产品，但生产操作比较复杂，工艺控制参数要求比较严格、化工投料量较低，生产成本较高。

2）由于皮带长，醇解反应时间就长，相同醇解度时可以使碱加料量控制尽量低，比较轻易得到醇解度为88%系列产品，并且可以使产生的醋酸钠含量尽量少。

3）醇解机电机传动方式改进，传统工艺采用的是皮带拉力来传送（即电机在第一粉碎机处，靠电机拉上部承载反应物料皮带向第一粉碎机处输送）此时上部皮带既要承载物料的重力，还要承载电机的拉力；而醇解新工艺采用的是推力来传送（即电机设在静态混合器处，靠电机拉下部空皮带将物料向第一粉碎机处推进），此时上部皮带只承载物料的重力，下部皮带承载电机拉力。从而使皮带受力得到分工，极大减少了皮带的受力不均匀，可以延长皮带的使用寿命。

4）醇解新工艺皮带将采购的是德国进口皮带，传统工艺皮带正常生产4～6个月就需更换一次皮带，而醇解新工艺则可长达3年更换一次。

2.2.3 粉碎机改造

粉碎机分为第一粉碎机和第二粉碎机，为高速运转设备，其主要作用就是将醇解机反应产生的厚板状物进行两次粉碎成粒径为 5～6 mm的小固体颗粒。传统工艺粉碎采用国产粉碎机，机功率较小，电机为75 KW。醇解新工艺粉碎机采用德国进口粉碎机，刀片都采用的是耐磨乌钢材质。电机为220 KW大功率电机，采用10 000 V电压。同时第一粉碎机设有加料口。新工艺相较于传统工艺具有以下优点：

1）第一粉碎机可以在第一粉碎机处加入原料甲醇、二循环液、尾气吸收液等三种液体，主要用于冲洗第一粉碎机滤网，带有润滑作用，可以减少或避免第二粉碎机架桥事故。此处加原料甲醇可以降低PVA成品物料的灰分。

2）当遇到停电等事故时，由于第二粉碎机功率大，很少会遇到第二粉碎机起不动现象，大大减少的操作处理事故难度。而传统工艺设备功率较小，遇到上述事故时，第二粉碎机起不动，增加事故处理难度和停车处理时间，影响生产效益。

3、第一粉碎机至第二粉碎机处通道上设有尾气管，并设有专门的尾气冷凝器，可以使第二粉碎机处产生的气体得到冷却。而传统工艺气相则直接往第一粉碎机处顶，靠醇解机尾气真空泵抽出，但第一粉碎机通道处气相会较大，盖板盖不严实就会跑出，对人体造成伤害。

2.2.4 脱水机

脱水机的作用是物料夹带的液体，减轻两段干燥机负荷。传统工艺采用圆盘式螺杆挤压机，醇解新工艺采用离心式脱水机，新工艺相较于传统工艺具有以下优点：

1）靠电机带动脱水桶高速旋转，使物料通过离心力将物料夹带的液体脱去大部分，脱水效果好。

2）其采用的过滤筛网间隙为0.2 mm，从而确保了脱去的液体中含的粉末量相当少，大部分粉末可随物料进入干燥机进行回收，增加产品效率。

3）为回收工段处理醇解工段废液带来了有利条件。

2.2.5 干燥机改造

传统工艺干燥机一台，采用单轴承干燥剂，利用干燥机夹套通入蒸汽换热来干燥PVA物料。醇解新工艺干燥机两台，分层反向布置，采用双螺旋轴承干燥机，尾部设有挡板，保证干燥机内有一定量的料位，主要靠轴承通入蒸汽进行换热。新工艺相较于传统工艺具有以下优点：

1）轴承干燥换热面积大，物料干燥充分。

2）由于干、湿料混合干燥，易于干燥，且不易出现黄点料。

3）干燥剂内部没有轴承，没有死角，不会有长期残留物。

4）采用两段干燥，处理量大。

5）干燥机主要靠轴承换热，内壁不易起锅巴料。

3 醇解新工艺效果

3.1 装置生产能力提升

传统工艺工程设计单列醇解生产线生产负荷10 Kt/年，醇解新工艺工程设计单列生产负荷20 Kt/年，装置能力提升100%。

3.2 产品品种更加多样

传统工艺主要生产产品以 17-99（L）、18-99（L）、20-99（L）、22-99（L）、24-99（L）、26-99（L）为主。经过技术改造后醇解新工艺工程除可以生产传统工艺所有产品外，还可以生产17-88（L）、18-88（L）、20-88（L）、22-88（L）、24-88（L）、26-88（L）、28-99（L）和28-88（L）等低醇解度产品，其优势主要体现在产品醇解度控制在88%比较容易，粘度比现有装置更高。

3.3 自动化程度较大提高

传统工艺工程配制碱甲醇液采用的是原料甲醇和片碱配制，需设立专门配制碱的专业人员，并且长期与有毒有害（片碱、甲醇、甲醇气等）接触，对人体有害。

醇解新工艺工程采用的是液碱、甲醇、脱盐水，并且都是靠电磁阀来控制其加入量，不需要人体接触，也不需专门人员来配制，直接工段操作工按照步骤设定数据即可实现。切换时，不需要人工配合切换，只要现场人员开好相关阀门后即可实现电脑操作切换。

3.4 装置能耗降低

醇解新工艺工程通过选用节能效果明显的醇解新工艺；醇解废液每吨产品8.3吨减少到6.3吨，醇解废液减少量达30%以上。同时醇解新工艺可以使后续处理工序工艺流程优化，整合后续设备，取消部分设备，节能效果达30%以上。

3.5 装置稳定性提高

醇解新工艺工程通过以上多项改造，传统工艺中装置结垢、易堵、寿命短等情况得到改善，使装置稳定性提高，停车次数减少，次品率降低，产品质量和产量均得到提升。

4 结论

醇解工段作为PVA生产工艺中的重要组成部分，对PVA的产品品质具有重要影响。聚乙烯醇性质主要是由醇解度和聚合度决定的。我院在宁夏大地醇解工段应用的多规格产品低碱醇解新工艺可以较好的控制醇解度，同时生产高醇解度和低醇解度的多规格PVA产品。同时其优势体现在装置生产能力大，产品品种更加多样，自动化程度较大提高，装置能耗降低，装置稳定性提高，使得产品纯度更高、质量更好、成本更低，从而更具市场竞争力。

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MENG Hao-liang
（China Light Industry International Engineering CO., LTD, Beijing 100026, China）

Compared the high alkali alcohol solution preparation of polyvinyl alcohol with low alkali diol technical characteristics. In low alkaline belt alcoholysis process, on the basis of a number of technology improvement, equipment modification, form a new technology of alcoholysis. Alcoholysis process can be produced at the same time several specifications of different polymerization degree and alcoholysis degree high quality PVA products, provide good energy-saving efficiency, bring a considerable economic benefits.

PVA; alcoholysis process; technical improvement; equipment upgrading

TQ

A

1009-220X(2016)05-0013-06

10.16560/j.cnki.gzhx.20160506

2016-05-12

孟浩亮（1983~），男，本科，工程师；主要从事化工工艺咨询及设计。23394299@qq.com