尼龙切片干燥塔的设计与优化

2024-02-29周鹏飞代永豪

河南化工 2024年2期

周鹏飞 , 代永豪 , 李森

(河南神马尼龙化工有限责任公司 , 河南平顶山 467013)

尼龙切片又叫锦纶切片,是以己内酰胺为原料,与加工助剂在一定的工艺条件下进行聚合后,再经注带、切粒、萃取和真空干燥等过程而制成的高分子化合物。尼龙切片是生产锦纶长丝、短丝、棕丝、渔网及锦纶帘子线等产品的主要原材料,由于尼龙自身具有很强的吸湿性,吸水后弯曲强度和拉伸强度等力学性能随着吸水率的增大而降低,在切片纺丝生产工艺中,供纺丝的干切片要求含水率<0.06%,原料切片含水量较高,如果不对其进行干燥,去除水分,会大大加速水解反应的进行,使分子质量降低,相对黏度降低,在纤维制备过程中因为水分的存在容易产生毛丝和断头等现象,影响了生产的连续正常进行,也会降低生产成品率,甚至影响制品的使用安全性和使用寿命。

为了降低切片的含水量,通常在生产尼龙切片时需要将待处理的含水切片送入干燥塔后,向塔内通过热空气以去除切片水分,对尼龙切片进行干燥处理,降低尼龙切片的含水量。

1 装置现状

尼龙切片干燥塔结构如图1所示,主要包括上封头、塔体和锥体三部分。上封头内设置有切片入口和第一分布器;塔体内设置有第二分布器;锥体下部设置有切片出口。在第一分布器和第二分布器上设置有与氮气相连的环形气道,环形气道设有环形气孔;第一分布器和第二分布器之间塔体内壁焊接分布有加热盘管。首先尼龙切片经过上封头的切片入口进入到第一分布器,第一分布器上的氮气对尼龙切片进行气流冲击,初步干燥;尼龙切片靠重力下落至加热盘管区,蒸汽伴热盘管温度较高,对尼龙切片进行热交换,并有下部的第二分布器吹出的氮气流带走尼龙切片干燥后的水分,通过蒸汽伴热盘管与氮气分布器相结合对切片持续加热干燥。

1.切片入口 2.上封头 3.支架 4.第一分布器 5.第一测温口 6.第一风量流量计 7.第一氮气入口 8.塔体 9.蒸汽入口 10.加热盘管 11.冷凝水出口 12.第二测温口 13.第二风量流量计 14.第二氮气入口 15.第二分布器 16.锥体 17.切片出口

设备运行主要工艺参数指标：第一氮气入口N2循环流量2 500～4 500 m3/h;第二氮气入口N2循环流量6 000～8 000 m3/h,蒸汽伴热盘管入口温度125～130 ℃;干燥时间20～24 h,干燥后切片含水率在0.06%～0.09%。

2 存在问题

①当尼龙切片在干燥塔内移动时,与氮气烘干气流直接接触的部分是在尼龙切片堆最外部的尼龙切片,而在运送过程中尼龙切片堆内部的切片不易接触到氮气烘干气流,这就使得整体的干燥效率降低,干燥后切片含水率波动较大(0.06%～0.09%),导致干燥时间大大延长;②现有干燥塔采用氮气分布器和蒸汽盘管式干燥,在生产过程中的调节余地较小,调节方式复杂,切片干燥后的含水波动大,严重影响生产。③在使用时,切片从干燥塔的顶部加入到干燥塔中,切片在下落的过程中与热气流接触,切片得到干燥,但是干燥塔的内部会出现切片堆积的情况,切片没有供热气流顺畅流动的间隙,导致切片与热空气不能充分接触,影响干燥效果。

3 改进措施

为了解决上述问题,设计了一种用于干燥尼龙切片的干燥塔,通过设置预备仓、翻转组件使尼龙切片与烘干后的气流能够充分接触,以期提高尼龙切片的干燥效率。通过将尼龙切片进行翻转、转运,并使尼龙切片在干燥塔中与烘干气流直接接触的方式,提高尼龙切片的烘干效率,从而使尼龙切片能够更高效地被烘干。

改造后尼龙切片的干燥过程见图2。尼龙切片从进料口11进入到进料盘314内,并经过下料通道进入到摊料臂311,将尼龙切片从摊料口落至第一个隔板6上;摊料臂随着主轴转动,尼龙切片被平摊在第一个隔板上,从支撑柱2底端进入的烘干气流,经过干燥管道21向上对第一隔板6加热,第一隔板6长时间处于烘干气流中具有较高的温度,被摊开的尼龙切片会在第一隔板上进行初步的加热烘干。

随着传动块传动,带动扫料臂315转动,在第一隔板上被初步加热烘干的尼龙切片扫至第一过料口61,尼龙切片从第一过料口61进入到主烘干仓4的翻转组件中。尼龙切片首先落至最顶层翻转气板411上端面时,其上的翻转气孔413中吹出的烘干气流会对尼龙切片从下往上进行气流冲击,当烘干气流与尼龙切片接触后,尼龙切片会发生翻转,翻转后的尼龙切片会做自由落体运动,经过翻转气孔413换热后的尼龙切片通过自由落体下落至辅助烘干板42,辅助烘干板上的辅助风孔与板面垂直,对尼龙切片进行侧面气流冲击;进过辅助烘干板42后的尼龙切片落入加热挡板412上面,由于加热挡板长时间处于烘干气流的冲击,自身具有较高温度,尼龙切片会与加热挡板412发生热交换,从而带走切片中的水分;换热后的尼龙切片通过加热挡板的第三过料口415进入到下一层翻转组件,并依照上述方式进行多次翻转和干燥。

1.塔体 11.进料口 12.出料口 2.支撑柱 21.干燥管道 3.预备仓 31.进料组件 311.摊料臂 312.传动轴 313.旋转电机 314.进料盘 315.扫料臂 4.主烘干仓 41.翻转组件 411.翻转气板 412.加热挡板 413.翻转气孔 414.第二过料口 415.第三过料口 42.辅助烘干板 5.出料仓 51.接料组件 511.集料盘 512.出料槽轨 6.第一隔板 61.第一过料口 7.第二隔板 8.出风口

经过若干翻转组件翻转、干燥后的尼龙切片从第二隔板7的第四过料口进入到出料仓5中,落入集料盘511,再进入出料槽轨512,最后从出料口12排出至塔体1外。

设备运行主要工艺参数指标：烘干气流氮气流量500～1 000 m3/h;烘干气流的氮气温度为80～100 ℃;干燥时间18～20 h;干燥后切片含水率为0.04%～0.05%。

4 实施效果

①尼龙切片在主烘干仓中由上至下依次经过翻转气板、辅助烘干板和加热挡板,翻转气孔中吹出的烘干气流会对尼龙切片从下往上进行气流冲击,尼龙切片会发生翻转,从而使得不同位置、不同温度的尼龙切片混合均匀,进而加强了尼龙切片的烘干效果,干燥后切片的含水率在0.05%以下。 ②尼龙切片在自由落体下落过程中依次经过若干组翻转组件的翻转,同时受到烘干气流的冲击,能够保证尼龙切片经过主烘干仓过程中不存在长时间的堆积状态,也不存在堆积在内部的尼龙切片与外部干燥气体无法接触的情况发生,从而进一步使尼龙切片与烘干气流充分接触,缩短了烘干时间。 ③在上下相邻两组翻转组件之间,下层翻转气板的翻转气孔向上喷出的干燥气体对上层加热挡板进行加热,上层加热挡板阻挡一部分上升的高温干燥气体,干燥气体在上层加热挡板的下方聚集,再对加热挡板进行二次加热,从而补充由于加热挡板与尼龙切片接触发生热交换而失去的热量,减少能量损失,可适当降低烘干温度。 ④翻转气板上的翻转气孔中吹出的烘干气流,对尼龙切片从下往上进行气流冲击;辅助烘干板上垂直排布的辅助风孔,喷出的烘干气流对尼龙切片进行侧面吹击,进一步加强对自由落体时尼龙切片的翻转作用,达到更好的翻转烘干效果,大大降低了烘干气流量。