气流旋风法干燥氯醋树脂引发的问题与思考

惠正纲

(无锡洪汇新材料科技股份有限公司，江苏 无锡 214196)

氯乙烯与醋酸乙烯酯共聚物(VC-VAC)简称氯醋共聚物，又名氯醋树脂，是最主要的共聚改性PVC树脂，广泛用于油墨、涂料、塑料加工材料(包括色片、唱片基材等)、磁性记录材料、黏合剂等行业，在纸张、食品包装、药品包装、人造革、家具、集装箱、汽车、船舶等终端领域应用广泛。相比于通用型PVC树脂，氯醋树脂由于在共聚物长链中接入了醋酸乙烯酯单体，从而提高了氯乙烯聚合物的增塑性与柔韧性，使其具有较低的熔融温度、较好的加工性能；酯基的引入也提高了树脂对增塑剂的吸收速度和溶剂对树脂的溶解速度，增加了树脂与各种黏合基材的黏结力，提高了产品的透明性与抗冲性。引入酯基的缺点是使树脂的软化温度下降，耐热分解性能下降[1]。

笔者20多年来一直从事PVC树脂的生产技术管理工作，最近几年专门研究氯醋树脂的生产工艺，略有心得体会。目前，多数生产企业采用悬浮聚合法生产氯醋树脂，干燥过程也大多借鉴了通用型PVC树脂广泛采用的气流旋风法干燥装置。下面笔者结合自身工作经验，就氯醋树脂在干燥过程中出现的问题谈一些认识与看法。

1 气流旋风干燥工艺简介

气流旋风干燥工艺现已十分成熟，广泛应用于国内PVC生产装置，单套装置的生产能力跨度从1万t/a到15万t/a。生产能力虽异，但干燥原理相同。

干燥过程简述：树脂浆料经沉降离心机脱水后，母液去沉降池，湿树脂经螺旋输送器进入一根垂直的气流干燥管进行瞬间闪蒸。湿树脂被热空气气流分散成粉状，在随热气流并流输送时，发生传质换热，使树脂表面水分和部分残留单体蒸发。随后树脂进入有多个旋风漏斗隔成干燥小室的旋风干燥器，在较低温度下，较长时间内逐步脱除树脂内部的挥发分。在旋风干燥器内经自然筛选，颗粒较大或含挥发分较多的树脂停留时间稍长，而颗粒小或含挥发分少的树脂停留时间稍短，最终所有成品挥发分含量都可控制在质量标准范围内。树脂经二级旋风分离器收集、振动筛过筛后，进入包装料斗。热空气经引风机引出放空[2]。

实践证明:对于热敏性PVC树脂及氯醋树脂，气流旋风干燥不失为一种较好的干燥装置。

2 氯醋树脂干燥常见问题

因氯醋树脂的热稳定性较通用型PVC树脂差，在采用气流旋风干燥装置生产时，必须降低干燥温度。一般热风温度在120 ℃左右，远低于通用型PVC树脂的150～160 ℃，干燥器进出口温度也相应要低10～20 ℃(根据树脂型号定)。另外，因树脂长链本身含有醋酸乙烯酯，树脂中包含有未反应完全的醋酸乙烯酯，不仅黏性大，挥发分的干燥难度也大。因此，采用通用型PVC树脂的干燥装置来干燥氯醋树脂，自然要出现一些异常状况。笔者总结出以下4个问题。

2.1 离心机磨出塑化硬块

生产中曾出现离心机的螺旋输送叶片与转鼓之间磨出硬质塑化树脂块，颜色白中带点绿，好似玉佩。经拆检离心机发现在转鼓锥形区域已磨出一圈塑化块，长度约230 mm，厚度约5 mm，已局部破损并有小块脱落。仔细查看，发现螺旋输送器叶片顶端已经磨损，叶片在磨损和腐蚀后，与转鼓的间隙变大，由于氯醋树脂分子质量较低、软化温度低、树脂黏性更大，因此树脂堆积不动并不断研磨而形成了塑化块。生产中经常更换树脂型号、离心机开停车操作不规范，也可能是成因之一。

2.2 风管内壁结垢问题

干燥氯醋树脂时，气流干燥管的管壁上有时会结成厚厚的树脂垢，特别是在螺旋输送器上方的风管和垂直风管顶部弯头处，时间一长，树脂还会变硬和变色。严重时，不仅垂直的风管管径会逐步变小，有时连干燥斜管也要慢慢堵塞。出现这种情况十分有害：①使系统的风压、风量逐步发生变化，影响干燥过程的工艺控制，破坏稳定生产工况；②变色树脂受震动可能部分脱落，混入树脂中，影响产品质量；③管壁上的树脂越积越多，不合格产品增加，影响树脂收率；④需要停车处理这些废料，耗费人工、降低生产效率。

2.3 旋风干燥器局部堵塞

旋风干燥器局部堵塞主要表现在旋风干燥器进口的水平直管积料，以及在干燥器的第1层旋风板上发生的局部堵料，两者均是由于树脂过于潮湿造成的。前者是湿树脂在风管转弯时受惯性逐步“糊”在底板上的。随着通气管口变小，影响了系统风量，使树脂干燥更困难，形成恶性循环。后者是有黏稠湿树脂在通道偏大、风速偏低的地点滞留下来，结果堆堵在旋风板上，这种情况一般仅发生在干燥器的第1层旋风板。

2.4 树脂存放问题

与通用型PVC树脂相比，氯醋树脂的热稳定性较差，二元氯醋树脂还好些，三元氯醋树脂对温度比较敏感。一般国外氯醋树脂经销商都明确指出其储存温度为25 ℃，并且要求避光通风，则保质期可达1年。如存放温度超过30 ℃，则保质期会明显缩短。用气流旋风法干燥氯醋树脂时，根据产品型号不同，干燥器出口温度一般在40～50 ℃。因此树脂在进入包装料斗时总是有一定的热度。对于通用型PVC树脂而言，这个温度对产品质量几乎没有影响，但是对于三元氯醋树脂而言，由于其耐热性较差，这个温度的影响不容忽视。如果直接对热树脂进行包装，热量捂在袋中不易散失，长期存放对树脂质量十分不利。工作中笔者的体会是：宁可包装时树脂温度30 ℃，然后放在35 ℃仓库中，也不要在35 ℃时包装树脂，然后放在30 ℃的仓库里。

3 解决方法

以上这些问题都是生产中曾经发生的。通过研究和分析，笔者采取了针对性的措施，较好地解决了这些问题。有些问题的出现地点与症状虽然不同，但原因和解决方法却是一致的。

首先，从源头抓起，从原辅材料质量、聚合配方、工艺控制、中控参数、生产运行管理等方面入手，要点在于必须生产出组成尽可能均匀的氯醋树脂，即分子质量分布更集中、化学组成更均匀、酯基或其他官能团分布更合理、颗粒形态更规整的氯醋树脂。每个企业都有自己的独特配方和控制工艺，尽管工艺技巧有较大区别，但殊途同归，只有组成均匀的树脂，才能在应用方面表现出良好的性能。

其次，必须具体问题具体分析，在聚合后的汽提、干燥等工序采取有效对策和弥补措施，来化解或缓解问题。

笔者仅针对氯醋树脂干燥方面的问题进行探讨，对前面提及的问题进行了以下分析，并提出了解决措施。

3.1 离心机塑化硬块问题

原因分析：离心机中形成树脂硬块，主要原因就是螺旋叶片与转鼓之间的间隙增加。这与沉降离心机长时间使用、叶片磨损有关，特别是三元氯醋树脂带有酸性，腐蚀磨损更严重。此外，与离心机检修后装配不当、个别型号树脂黏性大、生产操作不当等也有关系。

解决方法：①严格规范离心机操作，特别是对开停机时的冲水操作要严格要求；②定期拆检离心机，装配工作由有资质的人员负责；③对螺旋叶片顶端进行硬化和防腐处理，提高其使用寿命。

3.2 干燥风管和干燥器堵塞问题

原因分析：堵塞现象的发生主要与树脂中醋酸乙烯酯含量高或树脂中残留挥发分较多有关。前者是由树脂型号决定的，没有办法；后者多数与聚合控制及汽提操作质量有关。在气流闪蒸干燥阶段，在热空气作用下，大部分残留的醋酸乙烯酯、氯乙烯和水挥发出来，使空气的湿度、空气中醋酸乙烯酯和氯乙烯含量大增，而此时仍有相当部分的醋酸乙烯酯和水分没有被有效脱除，甚至树脂表面仍很潮湿，于是在干燥风管中的局部位置发生黏结堵塞。

解决方法：当生产中遇到这种情况时，只能调整干燥负荷，慢慢处理，然后查找前道生产工序的原因，比如在原料质量、配方、反应中控、汽提操作等方面是否存在问题，再加以整改。

3.3 包装料温偏高影响树脂长期存放

原因分析：因为酯基的引入，氯醋树脂耐热性下降；如果是三元氯醋树脂，还有羟基或羧基的存在，热稳定性就更差。即使是在30～40 ℃存放，三元氯醋树脂还是会慢慢分解变质，温度越低，分解越慢。这也是国外树脂销售商都要求氯醋树脂在25 ℃储存的原因。

解决方法：除了在聚合配方上尽可能生产含量和组成均匀的树脂外，重点就是确保汽提与干燥操作到位，并严格控制树脂包装和存放温度。有些厂家采取再增设一套冷风干燥的方法来降低树脂温度，即用常温空气再吹一遍树脂，然后捕集、过筛、包装。这不仅占用空间，而且能耗也比较高，还可能会带进新的杂质粒子。

笔者曾尝试采用1台冷空调，从顶部向振动筛中吹冷风，对筛网上的树脂进行降温，冷风吸收热量后逆流向上至旋风分离器，最后与系统热空气一起排向引风机。笔者实测空调出口风温约16 ℃，树脂温度可降低8～12 ℃，最后包装温度降至30 ℃以下(冬季会更低)，基本达到预期要求。该法投资最省，运行成本最低。

4 引申思考

在分析和解决上述异常情况时，种种现象引发笔者对干燥生产装置进行了重新审视和思考。如果针对氯醋树脂的特殊情况，在设计时就对干燥装置进行必要的改进，可以避免不利情况的发生，更好地发挥出气流旋风干燥装置的优点。笔者认为有以下4个方面值得考虑。

4.1 干燥设计能力的调整

对于通用型PVC树脂，实际生产得到的经验数据是：若气流旋风干燥装置的设计风量是x万m3/h，则其干燥树脂能力就是x万t/a。比如风量是4万m3/h，则其干燥树脂能力就是4万t/a。

对于氯醋树脂而言，因为醋酸乙烯酯的存在，干燥难度加大，生产能力一般打八折到八五折。比如风量是2万m3/h，则其干燥氯醋树脂能力只能达到1.6万～1.7万t/a。如果想达到2万t/a的生产能力，干燥风量应取2.5万m3/h。总之，适当放大干燥装置的设计能力，干燥氯醋树脂时才能得心应手。

4.2 气流干燥管长度的要求

用于氯醋树脂干燥的气流干燥管长度(含直管与斜管)最好比干燥通用PVC树脂风管的长度再增加5～6 m。由于热风与树脂存在速度差，此举可相对提高混料温度，相对降低热空气中挥发分的浓度，延长湿氯醋树脂传质、传热的时间。最终的目的就是在进旋风干燥器前除去氯醋树脂表面的水分与醋酸乙烯酯，使其不黏湿。

4.3 风管中喉管的设计

考虑到离心机出来的氯醋树脂湿含量变化较大，螺旋输送器处和其下部风管必须缩颈，以提高风速，减少落料及产生黄黑点。通用型PVC树脂在设计干燥喉管时，风速一般取35～38 m/s。干燥氯醋树脂时，该风速也满足要求，不过喉管的长度要适当加长。否则一些湿度大、黏性高的树脂会成团，并在喉管里上下跳跃，当风压、风量波动时，就会落到喉管下面。另外，某些牌号的氯醋树脂中醋酸乙烯酯含量高、黏性大，在进行干燥时，风管多多少少是要逐步、局部堵塞的，风量、风压随之逐步发生变化，所以要预留风量变化的弹性空间，有条件时尽可能将喉管加长至1.5 m以上。

4.4 旋风干燥器的设计

(1)进口风管由水平直管改为渐低蜗旋管，有一定的缓转角度，避免风向在此发生急转，使湿树脂在惯性作用下，“糊”在风管底板上。

(2)在设计旋风干燥器各漏斗上的旋风板时，建议采用结构简洁的设计原则，特别是最下面一层旋风板的设计。结构过于复杂的多层漏斗及旋风板很容易造成风量不均、存在死角等问题，导致湿树脂堆积，时间长了即会产生黄黑点。

(3)氯醋树脂干燥器的层数应适度增加。例如，2万t/a通用型PVC树脂的干燥器只需要4层旋风干燥室，而干燥氯醋树脂时应至少考虑5层。这样有利于降低干燥器进出口温度，同时不至于降低气流闪蒸段的热风温度，使大部分醋酸乙烯酯和水分尽可能在气流干燥管中挥发，确保整个干燥系统运行正常。

5 结语

氯醋树脂是最常见的特种PVC树脂之一，采用通用型PVC树脂常用的气流旋风干燥装置可以较好地完成干燥生产任务。但因为氯醋树脂含有醋酸乙烯酯，树脂更黏、湿度更大、颗粒更细、耐热性更差，所以出现了一些干燥通用型PVC树脂时不会发生的异常状况。

笔者根据多年的生产经验，对这些问题进行了思考、探索和解决，特别是由此引发了对干燥装置的再思考与新认识。对用于氯醋树脂干燥的气流旋风干燥装置，提出了在设计时需要注意的问题。通过完善这些措施，可以较好地发挥出其优势。