聚酯生產(chǎn)線真空EG噴淋冷凝器設(shè)計的改進

汪 亮，張國順，徐文奎，付純續(xù)，呂 濤，彭 偉，歐陽金亮

(杭州華達噴射真空設(shè)備有限公司，浙江杭州311113)

1 引言

目前聚酯生產(chǎn)的工藝路線雖各有不同，但歸根結(jié)底是由酯化和縮聚兩部分組成。聚酯真空系統(tǒng)的作用是將縮聚反應(yīng)過程中所產(chǎn)生的乙二醇(EG)，少量水、醛類及其它不凝氣體抽除，提供反應(yīng)所需的真空條件，確保產(chǎn)品質(zhì)量。一般聚酯真空系統(tǒng)分為兩個部分，EG噴淋冷凝系統(tǒng)和真空泵系統(tǒng)。主要論述EG噴淋冷凝系統(tǒng)，其作用是將來自縮聚釜的EG等可凝性氣體充分冷凝，同時捕集氣升中所夾帶的低聚物，減輕真空泵系統(tǒng)的負荷，防止堵塞。噴淋系統(tǒng)冷凝捕集效果的好壞直接影響著真空泵系統(tǒng)設(shè)計抽氣能力的大小，噴淋系統(tǒng)的捕集效果好，則進入真空泵系統(tǒng)的被抽氣體量少，真空泵設(shè)計選型時可相應(yīng)選小，真空泵小了，則與之關(guān)聯(lián)的所有設(shè)備均可相應(yīng)選小，這樣不僅可以減少投資成本，同時也大大減少了運行成本。

2 EG噴淋系統(tǒng)

EG噴淋系統(tǒng)設(shè)有噴淋冷凝器、EG熱井、EG循環(huán)泵、EG過濾器、EG冷卻器等組成，其工藝流程如圖1所示。

圖1 EG噴淋循環(huán)系統(tǒng)工藝流程圖

3 EG噴淋冷凝器結(jié)構(gòu)對比

3.1 鐘紡工藝

鐘紡工藝在EG噴淋冷凝器前加了一個低聚物捕集器，可使氣升中夾帶的低聚物得到有效的捕集并定期排出系統(tǒng)外，防止真空系統(tǒng)的堵塞。該噴淋冷凝器為立式降膜式，內(nèi)部為4層塔盤結(jié)構(gòu)，噴淋EG自上向下噴淋，反應(yīng)釜的氣升從下部向上流動［2］，如圖2所示。這種結(jié)構(gòu)氣流阻力大，抽真空時的壓力損失也大。內(nèi)部塔盤結(jié)構(gòu)容易結(jié)垢，經(jīng)長時間運行后，造成冷凝器內(nèi)的氣相和液相不能充分接觸，影響噴淋效果，結(jié)垢后氣流阻力增大，反應(yīng)釜內(nèi)真空度會下降。噴淋冷凝效果不好，噴淋冷凝器出口的氣流中夾帶低聚物，造成后續(xù)的抽真空設(shè)備容易堵塞，清理堵塞對生產(chǎn)運行影響很大［3］。噴淋冷凝器氣升入口易結(jié)垢，因此安裝有一手動通棒，通棒由人工操作，作業(yè)效果因人而異，效果不穩(wěn)定。長時間運行后，積聚在斜錐體底部的低聚物結(jié)塊增多，就需拆除斜錐體底部的盲板進行清理，裝置必須停工［4］。

3.2 吉瑪工藝

吉瑪工藝采用刮板冷凝器，分為臥式刮板和立式噴淋兩個部分，如圖3所示。臥式刮板可將凝結(jié)在器壁上的低聚物連續(xù)不斷地刮下，隨著循環(huán)EG通過過濾器排出系統(tǒng)外;立式噴淋共有3層噴淋［5］，每一層形成一個水漣，使得EG等可凝性氣體與冷凝EG充分混合，從而使其冷凝下來。

3.3 杜邦工藝

杜邦工藝采用的是立式噴淋冷凝器，如圖4所示。頂部設(shè)有機械探頭，該探頭在向下運動的同時，伴有旋轉(zhuǎn)運動，可以有效地刮除黏附在上筒體內(nèi)壁的低聚物，下筒體設(shè)有霧化噴淋，氣體經(jīng)過時，可凝性氣體就被EG冷凝液冷卻。

圖3 吉瑪工藝EG噴淋冷凝器圖［5］

圖4 杜邦工藝EG噴淋冷凝器圖

圖2 鐘紡工藝EG噴淋冷凝器圖［5］

3.4 伊文達工藝

伊文達工藝采用立式噴淋冷凝器，如圖5所示。頂部升氣口設(shè)有刮刀裝置，用來刮除粘附在上筒體內(nèi)壁的低聚物，下筒體分為內(nèi)外兩層，內(nèi)外兩層筒體分別設(shè)有一道噴淋截面，氣體流出冷凝器時要經(jīng)過兩道噴淋截面，讓氣體與EG冷凝液充分混合，使得可凝性氣體冷凝下來。

4 新型EG噴淋冷凝器結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計

新型EG噴淋冷凝器同樣以低溫EG液體為工作介質(zhì)，使進入冷凝器內(nèi)的氣體冷凝成同溫液體而排出。冷凝器采用內(nèi)外筒折流式結(jié)構(gòu)來增加其換熱面積，且上下設(shè)置兩道噴淋，使進入冷凝器的氣體中所夾帶的積聚物得到有效的慣性分離，從而減少尾氣中的積聚物含量，防止積聚物堵塞真空管道。

圖5 伊文達工藝EG噴淋冷凝器圖

新型EG噴淋冷凝器采用上下刮板，內(nèi)外筒兩道噴淋的立式結(jié)構(gòu)(如圖6所示)，分為刮刀機構(gòu)、噴淋裝置和冷凝器本體等三個部分。

圖6 新型EG噴淋冷凝器結(jié)構(gòu)圖

刮刀機構(gòu):鏟除附著在上筒體內(nèi)壁的積聚物，防止因積聚物堆積在冷凝器的冷熱交界面上而減少了冷凝器的流導(dǎo)面積。刮刀機構(gòu)利用氣源壓力為動力驅(qū)使氣缸上下運動，從而帶動刮刀上下動作來鏟除積聚物，氣缸上下各裝有一個感應(yīng)的磁性開關(guān)，氣缸活塞上有一個磁性環(huán)，活塞上下運動通過磁性開關(guān)進行限位，當(dāng)運動到底部時，下端的磁性開關(guān)得到信號，就把信號傳給控制柜，控制柜得到信號便自動回到頂部，刮刀始終在頂部停留(防止低聚物黏附在軸上，將軸卡死);刮刀機構(gòu)與端蓋法蘭間采用填料密封，防止空氣進入系統(tǒng)，當(dāng)填料密封泄漏時可以通過壓蓋來壓緊填料，減少泄漏量。在密封處還加有潤滑油孔，使得軸在上下運動時更順暢。該刮刀機構(gòu)采用氣缸帶動刮刀刮料和填料密封型式，具有結(jié)構(gòu)簡單、工作可靠、操作方便、維護成本低等優(yōu)點。缺點是刮板不能直接清除蓋板上附著的低聚物，因此要在蓋板上加夾套并通入熱媒進行加熱，防止低聚物黏附;

噴淋裝置:噴淋裝置上噴嘴的類型為滿錐霧化噴嘴(結(jié)構(gòu)見圖7)，循環(huán)EG可以通過噴淋噴嘴成90°散射角進入冷凝器，這樣就可以覆蓋冷凝器內(nèi)筒體，使冷凝效果達到最佳。該噴嘴裝在噴淋球閥的球芯上，噴嘴與球閥球芯通過螺紋聯(lián)接(如圖8所示)，此時球閥正處于工作狀態(tài)，當(dāng)要對球閥上的噴嘴進行拆換清洗時，可將手柄順時針旋轉(zhuǎn)90°，即噴淋處于關(guān)閥狀態(tài)，打開旁邊的悶蓋，用套筒扳手取出噴嘴，再將備用噴嘴裝上，而后關(guān)緊悶蓋，打開閥門，使噴嘴處于工作噴淋狀態(tài)，即完成了一次噴淋拆換工作，整個過程只需一兩分鐘，操作簡便、快捷。

冷凝器本體:采用內(nèi)、外筒雙筒體和上下兩層噴淋的結(jié)構(gòu)，蒸汽進入冷凝器本體后，流導(dǎo)面積增大，流速降低，增加了蒸汽在冷凝器內(nèi)的停留時間，有利于蒸汽冷凝。

圖7 噴嘴

圖8 噴淋球閥三維模型

5 結(jié)論

新型EG噴淋冷凝器具有結(jié)構(gòu)簡單、操作方便、維護成本低、冷凝捕集效果好等優(yōu)點，有效地解決了聚酯噴淋系統(tǒng)中普遍存在的兩大問題，氣體和低聚物的冷凝捕集問題、噴嘴的堵塞問題。噴淋系統(tǒng)的優(yōu)化減少了設(shè)備成本的投入和能源損耗，大大降低系統(tǒng)運行成本，實現(xiàn)了利潤最大化，已在國內(nèi)外各聚酯生產(chǎn)線得到了廣泛運用。

［1］余建林，陳金義，劉洪星.聚酯裝置真空噴淋循環(huán)系統(tǒng)的優(yōu)化改造［J］.聚酯工業(yè)，2007，20(6):34－38.

［2］朱國強.聚酯裝置噴淋冷凝器的改造［J］.GM 通用機械，2008，(10):78－79.

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［4］李富山.聚酯裝置的真空系統(tǒng)［J］.聚酯工業(yè)，2007，20(4):34－36.

［5］楊立先，李國豪.聚酯裝置真空系統(tǒng)的設(shè)計探討［J］.聚酯工業(yè)，2001，14(6):50－52.