PlA生产中“桨叶一蒸汽管"两级干燥技术及其应用
2017-1-10 来源： 天华化工机械及自动化研究设计院有限公司 作者：王磊 余永增 王瑞 张麦奎
摘要：针对燕山石化公司原间苯二甲酸(PIA)生产中干燥机堵料、无法达到干燥要求的问题，研发了“粱叶顸干燥一蒸汽管回转干燥”两级干燥技术及其设备，介绍了核心设备双轴桨叶预干燥机的结构与性能。实际应用结果表明：改造后的两级干燥方案有效解决了生产过程中积料、堵料的问题，产品完全达到干燥要求。
关键词：双轴桨叶预干燥机两级干燥技术PIA工业应用技术改进
间苯二甲酸(Iso-phthalic Acid，PIA)是化纤工业中一种重要的添加剂，主要作为生产不饱和聚酯树脂的中间体。干燥是PIA生产过程中的最后一道关键工序，PIA干燥效果的好坏对产品质量有着至关重要的影响。燕山石化公司原3万t／a的精对苯二甲酸(Pure Terephthalic Acid，PTA)生产装置，其干燥单元采用的是密闭型蒸汽管回转干燥机，投用至今已超过20a。目前，该设备由于生产工艺和成本的原因转产为PIA生产装置，成为我国唯一的万吨级工业规模PIA生产装置。但由于PIA原料和产品性质与PTA存在差异，因此原干燥机不能满足现有物料干燥的要求，且堵料严重。当干燥机运行10—15d后，湿物料无法进入干燥机，湿分无法脱出，必须停机进行碱洗，严重影响装置的正常运行。为此，笔者通过在天华化工机械及自动化研究设计院有限公司的反复试验研究，设计开发了“桨叶预干燥一蒸汽管回转干燥”两级干燥技术、干燥设备，并将它们应用在燕山石化公司PIA生产装置上，解决设备积料、堵料的问题。
1.PIA两级干燥工艺流程与技术特点
1．1 PIA两级干燥工艺流程
PIA两级干燥工艺流程如图1所示。从料浆离心机(HM501A／B)离心下来的PIA湿物料(湿含量为15％(wt)左右)进入氧化一级螺旋输送机(HP501A)，在螺旋叶片的推动下连续、均匀地进入双轴间接加热桨叶干燥机(MP501)内。在夹套和热轴内蒸汽的间接加热下，物料中的湿分迅速蒸发。干燥后产品的湿分控制通过调节桨叶干燥机(MP501)的转速和溢流板高度来实现。
经桨叶干燥机(MP501)干燥后的物料湿含量可降低至5．00％(wt)左右，为松散的粉状物料，再由氧化二级螺旋输送机(HP501B)连续、均匀地送人蒸汽管回转干燥机(JMS03)中。在蒸汽的间接加热下，物料中的湿分迅速蒸发。干燥后的物料湿含量降至不大于0．03％(wt)，然后进入后续的气流输送系统。
自桨叶干燥机(MPS01)和蒸汽管回转干燥机(JM503)蒸发出来的湿分汇合后，在负压作用下进入后续的洗涤系统进行洗涤。除去内部醋酸等有机湿分后，一部分回到桨叶干燥机(MP501)和蒸汽管回转干燥机(JM503)内，作为蒸发湿分的载气；另一部分放空，当载气不足时可使用适量氮气进行补充。
图1 PIA两级干燥工艺流程
1．2 PIA两级干燥技术特点
PIA“桨叶预干燥一蒸汽管回转干燥”两级干燥技术，其核心是为解决原PIA生产装置蒸汽管回转干燥机粘壁问题而开发的桨叶预干燥单元。预干燥单元的核心技术为双轴桨叶干燥技术，也称双轴间接加热搅拌技术。该技术是在试验基础上开发的一种新型PIA物料干燥方法，具有流程简单、能耗低(所需能源仅为理论值的1．1倍)、污染低(干燥过程中排放废气少，进行简单处理后即可达到排放要求，不污染环境)、操作方便及热效率高(可达90％以上)等优点。
2.PIA两级干燥设备及其特点
PIA两级干燥技术的核心设备为双轴桨叶预干燥机和蒸汽管回转干燥机。目前，蒸汽管回转干燥机的应用已非常普遍，其性能特点不再赘述，笔者仅介绍双轴桨叶预干燥机的结构与特点。
2．1 双轴桨叶预干燥机的结构
PIA预干燥单元的核心设备——双轴桨叶预干燥机是一种间接加热型干燥机，它主要由热轴、机身、端板、上盖及传动系统等组成(图2)。双轴桨叶预干燥机采用饱和蒸汽作为热源，工作时干燥机的两根空心热轴和空心夹套都通人蒸汽，通过器壁对湿物料进行加热干燥。同时，湿物料在空心热轴的搅拌下逐渐向出料I=l移动。
图2 双轴桨叶预干燥机结构示意图
2．2双轴桨叶预干燥机的特点
双轴桨叶预干燥机的特点有如下几方面：
a．双轴桨叶预干燥机在工作中两根热轴不仅是主要加热面，而且不停地转动，使物料能够得到最大限度的混合，换热面积加大，物料的干燥效果良好。
b．原德国产PTA密闭型蒸汽管回转干燥机粘料、堵料严重。因此在对双轴桨叶预干燥机进行结构设计时，以此为突破口，利用结构优势解决粘料问题。从反复的干燥试验研究和大量干燥机应用实践中发现，滤饼状物料粘结性很强，极易粘附在传热面上从而影响传热和干燥效果。而双轴桨叶预干燥机的两根热轴优势在于能相互啮合，当物料粘附到一定程度后可自动清除，从而避免了干燥过程中传热与干燥的恶化。
e．双轴桨叶预干燥机的热效率高达90％，而操作费仅为气流干燥、微粉干燥等热风型干燥器的30％。
d．双轴桨叶预干燥机的排风主要是湿分载气和少量载气，其排风量仅为热风型干燥器的八分之一，而且排出气体主要是湿分载气，所夹带的物料易回收，粉尘回收装置小，设备简单。
e．虽然热风型干燥设备的投资小，但其附属设备较多(如空气加热器及袋式除尘等设备)，占地面积大，基建投资高于双轴桨叶预干燥机心1，因此总投资高于双轴桨叶预干燥机。
3.PIA两级干燥技术的应用
3．1 工业应用
PIA两级干燥系统自设计、制造、安装、投产运行以来，效果良好，各项性能参数(表1)完全达到工业要求。
表1 PIA两级干燥系统主要运行参数
从表l可以看出，实际工业生产应用中，由于在原蒸汽管回转干燥机的基础上增加了双轴桨叶预干燥单元，因此在物料经过双轴桨叶预干燥机的预干燥后进入二级蒸汽管回转干燥机前，物料湿含量已经小于0．30％，与产品要求湿含量较接近。当经过第二级干燥后，物料干燥效果完全达到产品要求。原单级干燥工艺出现的物料粘壁、堵料和需要频繁碱洗的问题得到了解决。同时，由于经过双轴桨叶一级预干燥后，物料的绝大部分湿分已经除去，二级蒸汽管回转干燥机的干燥能力没有得到充分应用，恰好满足用户后续产能扩大的需求，为后续装置的产能扩大打下了良好基础。
3。2存在的问题与改进措施
PIA“桨叶预干燥一蒸汽管回转干燥”两级干燥设备投产一段时问后发现，双轴桨叶预干燥机进科口下方设置的保护板与保护圆筒形成了部分死角，从进料口落下的一小部分物料在此架桥，形成积料。而由于PIA湿物料粘性较大，形成的积料并不会在重力和新落下物料的冲刷作用下沿倾斜的保护板自动滑下，导致积料由于夹套和热轴内高温蒸汽的作用而变得干燥硬化，在设备内部形成结疤现象，因此每隔一段时间就需要进行人工敲打清理，而这会影响装置的正常生产运行。针对上述问题，笔者经仔细研究，采取了如图3所示的改造方案。将双轴桨叶预干燥机进料口下方投影范围上的保护板与保护圆筒割除，使原本落在保护板与保护圆筒上的部分物料直接落到止推螺旋上，由止推螺旋将物料推入干燥机工作部位。在原热轴进料端空白部位(靠近积料死角)增加搅拌耙，将部分未落在干燥机工作部位的物料通过搅拌作用防止它们形成积料架桥。
图3 双轴桨叶预干燥机进料端防积料改造方案
4.结束语
PIA“桨叶预干燥一蒸汽管回转干燥”两级干燥技术很好地解决了原蒸汽管回转干燥机单级干燥存在的问题，各项干燥技术指标均达到工业要求，性能优于原蒸汽管回转干燥机。生产实践表明，“桨叶预干燥一蒸汽管回转干燥”两级干燥技术是一种比较成熟的PIA工业干燥技术，生产运行中发现的物料在双轴桨叶预干燥机进料口下方保护板处存在的粘壁、积料问题得到针对性解决。
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