PIA干燥過程中的圓盤預(yù)干燥技術(shù)
行業(yè)動(dòng)態(tài)
PIA是化纖工業(yè)的重要添加劑，主要用于生產(chǎn)不飽和聚酯樹脂的中間體。目前國(guó)內(nèi)市場(chǎng)的PIA約有40%產(chǎn)自于中國(guó)石油化工股份有限公司北京燕山分公司（以下簡(jiǎn)稱燕山分公司），60%還依靠國(guó)外進(jìn)口，PIA是經(jīng)加氫精制、結(jié)晶、分離和干燥工序后的產(chǎn)品，其裝置相關(guān)設(shè)備多數(shù)為進(jìn)口設(shè)備，干燥單元是成品的一個(gè)重要環(huán)節(jié)，其采用單一的蒸汽回轉(zhuǎn)干燥機(jī)進(jìn)行干燥，而上游工藝的操作彈性變化會(huì)使干燥單元的蒸汽回轉(zhuǎn)干燥機(jī)負(fù)荷增大，堿洗周期縮短，直接影響產(chǎn)品品質(zhì)和質(zhì)量，針對(duì)上述問題，2006年中石化委托天華化工機(jī)械及自動(dòng)化研究設(shè)計(jì)院（以下簡(jiǎn)稱天華院）與中石化燕山分公司以30kt/a PIA工業(yè)裝置改造項(xiàng)目為依托，開發(fā)新型的干燥設(shè)備，在原有蒸汽管回轉(zhuǎn)干燥機(jī)前增加預(yù)干燥技術(shù)。
1 原蒸汽管回轉(zhuǎn)干燥機(jī)及其特點(diǎn)
PIA和PTA（精對(duì)苯二甲酸）在分子結(jié)構(gòu)上較為相似，其物理和化學(xué)性質(zhì)也很相似，這種相似性決定了制造過程的相似。一套完整的PTA生產(chǎn)裝置，初步具備了實(shí)現(xiàn)PIA生產(chǎn)的基本技術(shù)條件，在經(jīng)過一系列的技術(shù)和設(shè)備上的改造后也能生產(chǎn)出PIA。1997年燕山分公司將30kt/a PTA裝置改造為PIA裝置，改造后氧化單元干燥設(shè)備采用PTA裝置的蒸汽管回轉(zhuǎn)干燥機(jī)，直到2008年P(guān)IA生產(chǎn)裝置中干燥單元所采用的干燥機(jī)仍是單級(jí)的蒸汽管回轉(zhuǎn)干燥機(jī)。
蒸汽管回轉(zhuǎn)干燥機(jī)是采用通入換熱管中的蒸汽間接加熱PIA物料的一種回轉(zhuǎn)干燥設(shè)備，干燥機(jī)筒體內(nèi)約有2～6圈沿筒體同心圓分布的換熱管，當(dāng)筒體轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)物料從筒體進(jìn)料端向出料端移動(dòng)，在此過程中物料需要穿過換熱管之間、換熱管支撐板的間隙。該干燥機(jī)具有換熱面積大、處理量大等優(yōu)點(diǎn)，對(duì)處理大批量的PIA物料有很強(qiáng)的干燥能力，但它也存在以下缺點(diǎn)：
（1）轉(zhuǎn)速低、管支撐板多、換熱管小而多，物料流動(dòng)性差，容易粘壁。
（2）設(shè)備整體轉(zhuǎn)動(dòng)，無攪拌軸，換熱管間空隙小，不能對(duì)物料進(jìn)行自清理，人工清理也不方便。
（3）筒體容積大、內(nèi)件多，容易產(chǎn)生死角使物料粘壁。
（4）蒸汽管回轉(zhuǎn)干燥機(jī)允許干燥溫度較低（約為200℃），只適宜于濕含量較低的場(chǎng)合。
相對(duì)于PTA物料，相同濕含量的PIA物料粘度大，物料會(huì)粘在換熱管上直至堵塞，導(dǎo)致整個(gè)干燥機(jī)堵塞而降低工作效率甚至停產(chǎn)。由于單級(jí)蒸汽管回轉(zhuǎn)干燥機(jī)進(jìn)料口物料濕含量較大，約為12%～18%，物料粘壁和堵塞現(xiàn)象特別嚴(yán)重，因而應(yīng)用于該段的干燥機(jī)平均約間隔8.4d就要進(jìn)行堿洗，致使勞動(dòng)強(qiáng)度很大，物料浪費(fèi)嚴(yán)重，工業(yè)裝置不能連續(xù)穩(wěn)定地運(yùn)行，同時(shí)也造成了巨大的經(jīng)濟(jì)損失。燕山分公司曾多次改造均未見明顯效果。
2 兩級(jí)干燥技術(shù)及其特點(diǎn)
天華院通過技術(shù)調(diào)研、試驗(yàn)研究和方案論證，新開發(fā)了一種專用的PIA圓盤預(yù)干燥技術(shù)，和原單級(jí)蒸汽管回轉(zhuǎn)干燥機(jī)組成“圓盤—蒸汽管”兩級(jí)干燥技術(shù)：PIA濕物料進(jìn)入圓盤干燥機(jī)后在蒸汽間接加熱下使物料中的濕分蒸發(fā)（干燥程度的控制通過調(diào)節(jié)干燥機(jī)熱軸轉(zhuǎn)速及溢流板高度實(shí)現(xiàn)），濕含量從15%（wt）降至5%（wt），干燥后成為松散狀物料進(jìn)入二級(jí)蒸汽管回轉(zhuǎn)干燥機(jī)進(jìn)行后續(xù)干燥，而干燥過程中蒸發(fā)出來的濕分與二級(jí)蒸汽管回轉(zhuǎn)干燥機(jī)蒸發(fā)出來的濕分匯合后進(jìn)入后續(xù)的洗滌系統(tǒng)。
該技術(shù)主要解決物料的粘壁和降低物料的濕含量問題，使進(jìn)入蒸汽管回轉(zhuǎn)干燥機(jī)的物料濕含量降低到5%以下。圓盤干燥機(jī)內(nèi)由于自清理作用而不會(huì)粘料，干燥后物料的流動(dòng)性得到改善，以粉料的形式進(jìn)入蒸汽管回轉(zhuǎn)干燥機(jī)，也不會(huì)粘壁。試驗(yàn)證明，物料濕含量降低后，蒸汽管干燥機(jī)的粘壁和堵塞現(xiàn)象已經(jīng)減少到一個(gè)可以接受的范圍。
兩級(jí)干燥技術(shù)的主要特點(diǎn)為：
（1）設(shè)備結(jié)構(gòu)緊湊，占地面積小，總投資少。
（2）僅在原裝置的基礎(chǔ)上增加1臺(tái)圓盤干燥機(jī)和1臺(tái)二級(jí)螺旋輸送機(jī)，裝置、工藝整體變化不大。
（3）濕物料處理能力強(qiáng)。
3 PIA圓盤干燥機(jī)的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)及工作原理
PIA圓盤預(yù)干燥技術(shù)的核心設(shè)備是一種高效的熱傳導(dǎo)型圓盤干燥機(jī)，主要包括主機(jī)（兩根熱軸、殼體、上蓋、兩個(gè)端板、齒輪、大鏈輪、旋轉(zhuǎn)接頭及金屬軟管等）和傳動(dòng)系統(tǒng)（電動(dòng)機(jī)、減速機(jī)、聯(lián)軸器、小鏈輪、防護(hù)罩、鏈條等）兩部分。
圓盤干燥機(jī)的工作原理：PIA物料從上蓋上的物料入口進(jìn)入干燥機(jī)內(nèi)部（殼體內(nèi)壁、圓盤上或者圓盤之間），并被熱軸上圓盤、抄板及攪拌槳等攪拌、混合、加熱和干燥，按設(shè)定速度向出料端推進(jìn)，在出料口通過插板等調(diào)節(jié)，當(dāng)PIA物料干燥到設(shè)定的要求后干燥完畢并排出。加熱蒸汽分別從熱軸一端旋轉(zhuǎn)接頭、殼體夾套的蒸汽入口進(jìn)入；蒸汽分別加熱熱軸的圓盤、軸管和殼體夾套形成熱壁，熱壁加熱干燥機(jī)內(nèi)的PIA物料，使得PIA物料中的濕分汽化蒸發(fā)，被通入的載氣帶走，達(dá)到干燥PIA物料的目的；蒸汽加熱PIA物料放熱后冷凝形成水，分別從熱軸的右端旋轉(zhuǎn)接頭、殼體夾套的凝液出口排出；干燥機(jī)內(nèi)部PIA物料被干燥時(shí)，干燥載氣從上蓋上設(shè)的載氣入口進(jìn)入干燥機(jī)，與PIA物料中的濕分蒸發(fā)的水蒸氣混合形成濕氣體，從上蓋上設(shè)的載氣出口排出干燥機(jī)。
試驗(yàn)證明PIA圓盤干燥機(jī)適用于干燥各種粘糊狀、粉狀及粒狀等熱敏性較穩(wěn)定的有機(jī)物和無機(jī)物物料，其主要特點(diǎn)如下：
（1）熱軸、圓盤和夾套是該設(shè)備的主要傳熱部件，物料充滿葉片間隙，無換熱死角，因此單位體積內(nèi)設(shè)備的有效傳熱面積達(dá)；
（2）由于圓盤及其上面抄板的不斷攪拌，使物料的受熱均勻，并增大了蒸發(fā)強(qiáng)度，因此熱效率高，有的高達(dá)90%。
（3）主動(dòng)圓盤相互嚙合，對(duì)較濕且粘性較大的物料（如PIA）具有很強(qiáng)的自清理作用，從而避免了干燥過程中傳熱與干燥的惡化。
4 結(jié)束語
該圓盤預(yù)干燥技術(shù)在燕山分公司自2007年應(yīng)用至今，很好地解決了原蒸汽管回轉(zhuǎn)干燥機(jī)單級(jí)干燥所存在的粘壁及堵塞等問題，使各項(xiàng)干燥技術(shù)指標(biāo)達(dá)到工業(yè)要求，其干燥性能明顯優(yōu)于原蒸汽管回轉(zhuǎn)干燥機(jī)的單級(jí)干燥技術(shù)，僅堿洗周期由原來的每月兩次減少為每年1次，從而降低了勞動(dòng)強(qiáng)度，提高了經(jīng)濟(jì)效益，提升了PIA的產(chǎn)量，為我國(guó)化纖行業(yè)做出了貢獻(xiàn)。
