醋酸纤维素干燥工段的技术改造

刘媛媛

康泰斯（上海）化学工程有限公司 （上海 201210）

醋酸纤维素可用于生产液晶显示屏偏振膜和感光胶片，其产品的热稳定性、色度、游离酸含量等技术指标共同决定了产品质量的稳定性。干燥工段作为醋酸纤维素生产的重要环节，直接影响产品的产量、质量及能耗。

某工厂原有一条7 500 t/a醋酸纤维素生产线，干燥单元采用履带式干燥机系统，在生产中暴露出很多问题：

（1） 物料无法在链板干燥机内部建立堆积层，部分湿物料直接黏堵在链板孔眼上，物料干燥不均匀，产品水分超标，导致无法正常生产；

（2）闭式循环风送系统空气温度过高，导致产品干燥后送入料仓时温度超高，引起物料游离酸超高，热稳定性下降；

（3）湿物料由风机循环风带入转动中的链板干燥机轴承中，对设备腐蚀严重，同时导致产品中金属含量超标，影响产品色度。

康泰斯（上海）化学工程有限公司受托针对上述问题对醋酸纤维素干燥工段进行了技术改造，实际生产运行表明，技术改造设计合理，生产稳定，经济效益良好。

1 技术改造内容

1.1 干燥机设计

改履带式干燥机为回转干燥机。履带式干燥机不适用于干燥颗粒粒径过小的粉料纤维素产品，回转圆筒式干燥机是广泛用于酒精行业酒糟干燥工段的成熟设备，在粉料产品干燥领域应用也很普遍。由于首次将回转圆筒式干燥机应用于醋酸纤维素生产线，如何合理确定其参数是本次技术改造的关键。

1.1.1 干燥温度的确定

从醋酸纤维素的性质看，干燥温度不宜过高，过高则产品易变色且热稳定性下降，无法保证产品质量，并且使单位产品能耗增加。从热效率方面考虑，逆流干燥的节能效果比顺流干燥好，但会导致产品热稳定性下降。综上分析，确定采用顺流干燥的方式，且干燥空气温度可以相对提高，以扩大产能。入口热风温度大致处于湿球温度，出口因热风温度已下降，所以产品温度不会很高。确定入口热风温度为160℃±10℃，出口热风温度为80℃±5℃。

1.1.2 干燥机尺寸的确定

现有上游生产线能力可达到10000 t/a，故干燥能力按配套能力设计，折算产量为1450 kg/h。以薄膜级醋酸纤维素产品为设计依据，兼顾其他品种的要求，考虑到烟气性质与湿空气性质相近，据此对干燥系统进行估算。

假设：干燥机入口物料干基含水率为20%，物料温度为20℃；干燥机出口物料干基含水率为1%，物料温度为50℃；入口热空气温度为160℃，空气热容为 1.069 kJ/(kg·℃)，空气湿度为2%，所需风量为 G（kg/h），水蒸气热容为 2.01 kJ/(kg·℃)；出口空气温度为80℃，空气热容为1.041 kJ/(kg·℃)，蒸汽热容为1.884 kJ/(kg·℃)，空气湿度为H；水蒸气蒸发潜热为 2 495 kJ/kg；水的热容为 4.18 kJ/(kg·℃)；干物料热容为 1.454 kJ/(kg·℃)。

（1）物料衡算绝干物料量：

水分蒸发量：

1435.5×（20%-1%）=272.75 kg/h

风量：

（2）能量衡算

入口空气（干气）热焓：

I1=1.069×160+（2495+2.01×160）×0.020

=227.38 kJ/kg

出口空气（干气）热焓：

I2=1.041×80+（2 495+1.884×80）×H

=83.28+2655.14H kJ/kg

物料带入热量：

Q1=1435.5×（1.454+20%×4.18）×20

=65745.90 kJ/h

物料带走热量：

Q2=1435.5×（1.454+1%×4.18）×50

=107361.05 kJ/h

热平衡方程（暂时忽略热损失）：

带入得：

G=7371.62 kg/h

H=5.7%

实际风量应考虑热损失和泄漏等。因此，工程放大后取干燥机风量G=7500 kg/h。

（3）干燥机圆筒直径的确定

因物料多为4～6 mm的颗粒，还有部分细粉，故干燥机内气流速率不宜过大，应选择较小气体流速，按照工程经验取气体流速为1.5 m/s。在设计温度下，烟气的密度为0.856 3 kg/m3，则气体的质量流量为4 624.02 kg（/m2·h），适当放大，取气体的质量流量qm=4850 kg（/m·2h）。

故干燥机圆筒直径为：

（4）干燥机圆筒长度的确定

考虑到醋酸纤维素难干燥，取较小容积传热系数Ka为400 kJ（/m·3h·℃）。

圆筒内热风和物料的平均温差△T为：

此外，为求干燥所需热量q，假定物料中水分全部在湿球温度（Tw=45℃）下蒸发。

45℃时水的汽化潜热为2365 kJ/kg。

q=1 435.5[(1.454+1%×4.18)(50-20)+2 365×(20%-1%)]=709458.55 kJ/h

则圆筒体积：

1.1.3 确保物料在干燥机内有足够的停留时间

干燥机回转速率为4 r/min，圆筒干燥机安装斜度为2.7°。经核算，物料在干燥机内的停留时间为：

式中：L为干燥机筒体长度，14 m；ρ为物料堆积密度，350 kg/m3；x为筒体存料率，8%；F为干燥机能力，1450 kg/h。

由于干燥温度低，为确保干燥效果，必须保证物料有足够的干燥时间，为此采取2项措施：（1）将抄板向物料走势方向反方向安装成10°；（2）采用弧形抄板。由于抄板反方向安装有延长物料停留时间的作用，采用弧形抄板可使物料散落较均匀，增大物料与热风的接触面积，并能有效缓解结块的问题，有利于物料的干燥。实际运行表明，物料干燥效果较好。

1.2 风机风量、风压的确定

当排气温度为80℃，干气湿度为5.3%时，湿空气比容VH=1.084 m3/kg，则风机风量为：

G×VH=7500×1.084≈8130 m3/h

将风机风量适当放大，取8150 m3/h。

取蒸汽加热盘管阻力为200 Pa，干燥机阻力为100 Pa，管道阻力为500 Pa，旋风除尘阻力为1 200 Pa，总计2000 Pa。根据风量和风压选择风机。

在干燥机、除尘器后，燃烧炉前各配一台鼓风机，有效地解决了风机变形和磨损问题。

1.3 出干燥机物料的冷却

物料冷却操作仍利用原有稀相风送系统，产品在送至料仓过程中冷却，以节约投资。

1.4 工艺流程图

本项目为技术改造类项目，为节约投资，减少现场变更，在工艺流程设计上尽量利用原有设备及管道，改造后的干燥工段流程如图1所示。

图1 技术改造后干燥工段工艺流程

2 技术改造效果

改造后：干燥工段处理的产品量由原来的7 500 t/a提高至10000 t/a，可以消化吸收前续生产线的产能；设备维护方便，维修费用减少。

技改运行一年后，该醋酸纤维素生产线运行平稳，经考核可以达到10 000 a/t的设计产能，产品成本按22500元/t计，售价按34500元/t计，年增加利税670.3万元，而本次技改投资额仅为350万元，约半年时间即可收回投资成本。