含卤聚合物悬浮液在载体流化床中干燥研究

苗纪文 俞厚忠 刘静宇

（上海化工研究院)

干燥技术

含卤聚合物悬浮液在载体流化床中干燥研究

苗纪文*俞厚忠 刘静宇

（上海化工研究院)

对含卤聚合物悬浮液进行了干燥试验。借助于DPS软件数据处理系统，对试验结果采用多因子及二次多项式逐步回归分析方法得出了回归方程。试验数据可供工业规模设备设计之用。

含卤聚合物 悬浮液 载体流化床 干燥 试验

0 前言

在我国，含卤聚合物的生产，由于工业化的时间不长，其生产方式一直沿袭传统的工艺及装备。含卤聚合物生产中的干燥是针对板框压滤机之后的滤饼来进行的。产品质量与国外相比，有一定差距。为了改变含卤聚合物生产设备落后、非均相分离效果差、操作繁杂、生产效率低、经济效益差、难以规模化生产的现状，国内最近开发出一种新的生产工艺。该工艺要求产品直接从悬浮液干燥而得，而不是通常从滤饼干燥得到。这一工艺可使产品质量大幅度提高，经济效益明显增加。

含卤聚合物悬浮液，初始含水率为85%～88%，变性温度为130℃，密度为1700 kg/m3，干燥前的状态是白色悬浮液。这种悬浮液体系高度分散、浓度低、固相颗粒细小，搅拌后产生泡沫，且吸附性强。悬浮液的这种特性给含卤聚合物生产的后处理带来很大的难度。

根据含卤聚合物生产要求，产品最终含水率≤0.1%，颗粒粒径≤10 μm。在这种要求下，干燥后产品不需要进行再粉碎，生产过程要求在自动控制下连续进行。

1 干燥工艺的选择

针对悬浮液的干燥，可以选择的路线有下述三条：

路线一，喷雾干燥。即利用雾化器将料液分散成细小雾滴，并与热介质在干燥塔内充分进行热量和质量交换，最终达到干燥产品的目的。其特点是：干燥速度十分迅速，料液经喷雾后，其液滴的表面积很大，干燥过程中液滴的温度不高，产品质量较好；生产过程简单，操作控制方便。缺点是：料液浓度有严格限制，设备庞大，雾化要求高，热效率不高，生产成本高。

路线二，滚筒干燥。钢制中空滚筒缓慢旋转，转速为4～10 r/min，加热蒸汽在筒内加热并冷凝，冷凝液由虹吸管吸出。滚筒在悬浮液上方旋转过程中，厚度约0.3～5 mm的料浆分布于筒上并汽化、干燥，旋转一周后将干料刮下。这种工艺特别适合于浆糊状物料的干燥。缺点是生产能力有限，设备为压力容器，设备造价高，产品粒度不均匀，产品含水率难以达到0.1%的要求。

路线三，载体流化床干燥。在流化床中填装惰性载体。运行过程中，载体在由床层下部进入的热风作用下处于流化状态。悬浮液由泵通过喷管喷洒于床层，呈膜状附着在载体表面，并与进入床层中的热空气充分进行热质交换。湿料中的水分迅速蒸发，留在载体表面的干料由于载体间的碰撞而脱落，并随废气离开干燥机，由气固分离器收集。载体流化床干燥的优点是：设备体积小，是喷雾干燥的1/20～1/10，可以大大节约设备的制造费用和厂房建筑的成本；对加料器雾化要求低，不必使用专门的雾化器 （如喷嘴、离心转盘等），投资和维修费用较低；操作条件范围宽，原料浓度在10%～50%均适用；干燥产品形态为均质研磨粉体，堆密度较大，溶解速度快。缺点是动力消耗比上述两种干燥机略高。

通过以上三种干燥形式的比较，结合含卤聚合物悬浮液干燥的工艺要求，拟选择性价比较高的载体流化床干燥器作为研究对象。

2 干燥试验流程

干燥试验流程如图1所示。

空气经过滤后由鼓风机吸入，再经流量计计量和加热器加热后进入干燥器下部气室，然后经气体分布板均匀进入干燥室，使其中载体颗粒产生剧烈的流态化运动。蠕动泵以试验所需的加料转速向流化床内加入含卤聚合物悬浮液，悬浮液借助于喷管被连续喷洒至载体床层，并且迅速被分散和涂覆于每个载体表面。随着热风不断导入和水分的蒸发，膜层很快由弹塑性状态转变为弹脆性状态，并在载体相互碰撞中以片状形态从其表面剥离，尔后被进一步研碎成细粉。细粉随气流带出设备，由系统中高效旋风分离器收集。

图1 干燥试验流程

3 载体的选择

载体是该干燥装置特征性内件。它既是料液承载体，又是载热研磨体。优良的载体不仅应具有适当的质量、硬度和良好的表面状况，而且还应有良好的耐磨性、耐热性和无害等特性。一般载体材料有玻璃球、陶瓷球和氟塑料球。陶瓷球的剥离性较差，玻璃球易破碎，氟塑料球完全避免了上述弊端。氟塑料球表面光洁，摩擦系数低 （0.02～0.04），表面能小 （19×10-3N/m），具有很好的防粘附性。在化学性能方面，它不受酸碱腐蚀，耐温250℃，对人体无害。在物理性能方面，其密度与陶瓷相当（2200 kg/m3），作为研磨体有足够的耐冲击能力。因此氟塑料球作为载体是一种理想的选择。本试验采用PTFE材料作为载体球。

从理论上讲，载体尺寸对干燥特性也有影响。载体尺寸较大时，单位体积表面积减少，不利于传热传质；载体尺寸减小时，其单位体积表面积增大，在给定的气速下，运动强度提高，有利于改善传热传质，加速干燥过程，所得产品粒度较细。但过小尺寸的载体相互碰撞力过小，相应研碎功能较差。这里我们不能忽视该干燥器的操作特点，即产品在设备中停留时间主要是由水分蒸发速度和干产品研碎动力学联合决定的。也就是说，只有水分蒸发和产品研碎两者适度而协同进行时，整个干燥过程才能得以顺利完成。所以我们选用 4 mm、6 mm、8 mm三种尺寸的载体进行试验。

4 干燥试验及结果

为了保证试验结果的可靠性、代表性，减少试验的次数，以均匀设计法为手段，安排干燥试验，试验数据回归分析采用DPS软件进行分析。

本试验研究中的原料悬浮液，含水率为88%。选取4个因素作为变量因子：进风温度x1、进料温度 x2、进料速度 x3和载体尺寸 x4。 采用 U*6（64）均匀设计表，进行两次均匀性试验。两次试验方案和试验结果如表1和表2所示。

表1 均匀设计法优化含卤聚合物干燥结果 （试验方案一）

表2 均匀设计法优化含卤聚合物干燥结果 （试验方案二）

（1）直观分析法

由表1、表2可以看出，含固率最高的是表1中的5号试验。含水率在该试验中达标的要求为0.1%，即含固率达到99.9%以上。综合来看，试验效果最好的是表1中的2号试验，含水率达标，相应的产品单耗最小，所以2号试验对应的条件为较优的试验条件：进风温度124℃，进料温度48℃，进料速率110 mL/min，载体尺寸4 mm，产品粒度为6.4 μm。

（2）回归分析法

将两次试验数据一同进行回归分析，得出的结果如表3所示。

表3 二次多项式逐步回归分析法处理的结果

得到的回归方程为

相关系数R=0.985 0，F=38.980 8，显著水平 P= 0.000 2，剩余标准差S=0.010 2。该方程能较好地拟合含卤聚合物的干燥过程。含固率影响因素的大小顺序为 x1＞x32＞x1x4＞x2x3＞x3x4。 前已述及， 含固率达标要求为99.9%，所以合适的操作参数应该是在一定的进风温度下使进料速度尽可能提高，即产品单耗最小，且含固率达标。我们选择的参数如下：进料温度x2为工业实际生产中常用的常温进料温度25℃；载体尺寸x4选用4 mm，因为在此载体尺寸下，产品的粒度小于10 μm；进风温度选择125℃，若进风温度再高，产品色泽会发黄；进料速率选择 98 mL/min。将这些参数代入上述回归方程，得到含固率Y预测值为 99.904%。然后利用上面的参数进行验证试验。

经验证试验，得到产品含固率为99.921%，超过了产品工艺要求，与方程预测值相差并不大。这说明回归方程的预测效果较好。该回归方程对预测含卤聚合物干燥优化工艺条件有一定的指导意义。

含卤聚合物产品的工艺要求，不仅是含水率小于0.1%，且产品的颗粒度要求小于10 μm。由表1、表2可见，选用4 mm载体的干燥试验其产品粒度都在10 μm以下。由此再结合降低产品单耗、减少经济成本的考虑，我们选择以上验证试验的干燥工艺参数作为含卤聚合物悬浮液的较优化条件。该条件可供工业放大设计之用。

喷雾干燥和载体流化床干燥产品粒度的电镜照片如图2所示。

图2 载体流化床干燥与喷雾干燥产品粒度形态电镜照

5 结论

（1）含卤聚合物悬浮液的干燥试验结果表明，载体流化床用于含卤聚合物悬浮液的干燥是可行的，是一种实用、合适的选择。

（2）含卤聚合物悬浮液的载体流化床干燥与喷雾干燥相比较，具有如下特点：

① 载体流化床干燥设备体积小，是喷雾干燥的1/20～1/10，可以大大节约设备制造费用和厂房建筑成本。

② 对加料器雾化要求低，不必使用专门雾化器 （如喷嘴、离心转盘等），投资和维修费用较低。

③ 操作条件的范围宽，物料停留时间长，原料浓度在10%～50%之间均适用。

④ 载体流化床干燥温度不大于130℃，因此热源选用方便，采用一般厂里都有的蒸汽加热即可。而喷雾干燥由于干燥温度要170℃，需要使用热风炉或电加热作为热源，投资要大很多。

⑤载体流化床干燥热效率比喷雾干燥高。

⑥载体流化床干燥产品形态为均质研磨粉体，喷雾干燥产品形态多为含固液滴干燥粉体，两者形态相似，且都能达到产品粒度小于10 μm的工艺要求。

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亚洲最大高温高压屏蔽泵投用

2013年 9月 11日，安庆石化新建柴油加氢装置2台反应产物循环油泵一次投用成功。该循环油泵最大设计流量为1400 Nm3/h，电机功率445 kW，是目前亚洲流量最大的高温高压屏蔽泵。

安庆石化新建的柴油加氢装置采用连续液相加氢工艺，用循环油泵取代了循环氢压缩机的核心作用，其输送介质为高温高压柴油且富含有氢气和硫化氢，采用进口屏蔽泵是为了保证安全和防止泄漏，也是液相柴油加氢工艺与传统加氢工艺中核心设备的最大区别。该泵运行状况对生产工艺和产品质量有着重要影响。因此，循环油泵能否正常开车直接影响着柴油加氢装置的开工节点。

为了保证循环油泵能正常开车，炼油三部设备组与泵制造厂家——海密梯克公司的专家积极沟通，并联系相关专业对电气、仪表联锁、DCS、SIS等问题进行逐一确认，确保无隐患投用。

在炼油三部设备组的协调指挥下，通过国外专家的指导和总部专家的把关，班组人员按照操作规程上的步骤精心操作，经过灌泵、排气、预热、启泵等系列工序后，实现了一次开泵成功。

（钱伯章)

Study on Drying of Halogen-containing Polymer Suspensions in Carrier Fluidized Bed

Miao Jiwen Yu Houzhong Liu Jingyu

Introduced the drying experiment of halogen-containing polymer suspension.With DPS software data processing system and adopting multi-factor and quadratic polynomial stepwise regression analysis method, obtained the regression equation.The experiment data could provide reference for industrial scale equipment design.

Halogen-containing polymer;Suspension;Carrier fluidized bed;Drying;Experiment

TQ 051.8+92

2013-09-05）

*苗纪文，女，1967年生，高级工程师。上海市，200062。