埋管流化床干燥機在多聚甲醛干燥中的應(yīng)用

尤長升 梁國林 陳際顯 許芳芳 竇 剛 苗 帥

（山東天力干燥股份有限公司)

0 前言

多聚甲醛是甲醛溶液經(jīng)過脫水縮聚形成的一種白色粉末，其閃點為70℃，熔點為120～170℃，是一種熱敏性物料，溫度過高會導致氣化。國內(nèi)外應(yīng)用較成熟的多聚甲醛生產(chǎn)工藝路線主要有真空耙式干燥器干燥制多聚甲醛、金屬傳送帶干燥制多聚甲醛，以及噴霧法、共沸精餾法制多聚甲醛等。噴霧法制多聚甲醛，首先是采用噴霧造粒 （或?qū)饪s后的甲醛冷卻固化再擠壓造粒），然后再經(jīng)過流化床分段控溫干燥得到多聚甲醛產(chǎn)品[1]。

本文主要研究噴霧法生產(chǎn)多聚甲醛工藝中干燥階段的工藝和干燥設(shè)備問題。對噴霧法生產(chǎn)多聚甲醛的普通流化床干燥工藝進行了改進。成功地將埋管流化床干燥機應(yīng)用于多聚甲醛干燥工藝，其節(jié)能和增產(chǎn)效果十分顯著。

1 埋管流化床干燥多聚甲醛的生產(chǎn)工藝概述

1.1 埋管流化床干燥工藝

噴霧法生產(chǎn)多聚甲醛過程中，干燥單元的主要作用是將已造粒成形的多聚甲醛中的水分脫除到產(chǎn)品出廠的要求。國內(nèi)一般采用普通流化床干燥機分段控溫，利用生產(chǎn)系統(tǒng)本身的循環(huán)熱流體對物料顆粒加熱脫水。根據(jù)氣固流化床固體濃度分布的研究，普通流化床流化速度大，氣—固系統(tǒng)流化現(xiàn)象復雜，氣體與固體顆粒不能很好接觸，易產(chǎn)生溝流、死床和騰涌等不正?，F(xiàn)象，導致?lián)Q熱效率低等問題[2]。另外，多聚甲醛在加熱脫水時，存在甲醛易揮發(fā)損失、收率低等問題。

針對以上普通流化床干燥機在多聚甲醛干燥過程中存在的問題，開發(fā)出埋管流化床干燥多聚甲醛的新工藝。埋管流化床干燥機是在普通流化床的基礎(chǔ)上將換熱器內(nèi)置于流化床流化段而形成的干燥機。據(jù)介紹，在相同產(chǎn)量的條件下，其所需的熱量僅為沒有內(nèi)加熱管的20%，故相應(yīng)的尾氣量也大約為熱空氣加熱型的26%左右。另外，由于床層面積縮小了，故內(nèi)置加熱管后熱損失也相應(yīng)地減小了。從計算來看，埋管流化床干燥機節(jié)約的能量是十分驚人的[3]。

埋管流化床干燥機的干燥過程主要是，經(jīng)噴霧造?；驍D壓造粒后含有一定水分的顆粒狀多聚甲醛進入流化床，采用惰性氣體作為干燥介質(zhì)進行干燥。與普通流化床干燥機循環(huán)風不同的是，埋管流化床干燥機循環(huán)風僅僅起到攜帶水分、維持床層物料顆粒正常流態(tài)化的作用。循環(huán)風通過風機加壓進入流化床干燥機，攜帶干燥出的水分及含塵氣體先進入除塵設(shè)備凈化，再由洗滌塔二次凈化后排空。甲醛物料進入流化床，與經(jīng)過分布板的循環(huán)風接觸形成流態(tài)化，達到氣固相與內(nèi)置在料層內(nèi)的換熱管進行熱交換，整個系統(tǒng)干燥所需的大部分熱量由內(nèi)置換熱器提供，干燥脫水后的多聚甲醛在流化床冷卻段經(jīng)過低溫干燥循環(huán)風的深度脫水和冷卻降溫后，由流化床排出至產(chǎn)品包裝工段。

具體的多聚甲醛埋管流化床干燥工藝如圖1所示。

圖1 多聚甲醛埋管流化床干燥工藝

1.2 埋管流化床干燥機操作

1.2.1 干燥試驗

由于多聚甲醛加熱脫水時伴隨氣化損失這一現(xiàn)象，因此正確選取內(nèi)置換熱器加熱介質(zhì)及確定介質(zhì)運行溫度尤為重要。通過試驗，獲取了不同溫度下多聚甲醛的干燥曲線，如圖2所示。

試驗結(jié)果：

圖2 不同溫度下多聚甲醛干燥曲線

50℃烘干物料26 min，物料失重至濕基含水率為4% （存在氣化現(xiàn)象）；

60℃烘干物料9.5 min，物料失重至濕基含水率為4%（存在氣化現(xiàn)象），16min后開始明顯氣化；

70℃烘干物料7.5 min，物料失重至濕基含水率為4%（存在氣化現(xiàn)象），10min后開始明顯氣化；

90℃烘干物料4 min，物料失重至濕基含水率為4%（存在氣化現(xiàn)象），5.5 min后開始明顯氣化。

可以看出，不同溫度下，多聚甲醛的干燥速率差異很大。溫度越高，多聚甲醛的氣化率也越大，嚴重影響了產(chǎn)量；溫度降低，干燥速率隨之降低，物料在流化床內(nèi)停留時間就長，也影響了產(chǎn)量。根據(jù)試驗數(shù)據(jù)，結(jié)合干燥床在干燥物料時水分不均一現(xiàn)象，基于多聚甲醛本身熔融性的條件，選用90℃熱水為內(nèi)置換熱器的加熱介質(zhì)。

1.2.2 操作參數(shù)及熱量對比

（1）操作參數(shù)對比

多聚甲醛普通流化床干燥機操作參數(shù)和埋管流化床干燥機操作參數(shù)如表1所示，其中埋管流化床按進料含水率10.5%、干燥至含水率4%確定。

（2） 熱量對比

多聚甲醛普通流化床干燥機有效熱量為9.63×105kJ/h。考慮熱損失為5%，取8.79×105kJ/h。

多聚甲醛埋管流化床干燥機提供的有效熱量由熱風和內(nèi)置換熱器提供，考慮到熱損失和物料溫升熱損失，用于脫水的熱量為1.05×106kJ/h。

由以上操作參數(shù)可以看出，埋管流化床干燥機脫水量增加70 kg/h，折合增加產(chǎn)量1.2 t/h，比普通流化床干燥機增加產(chǎn)量30%。

2 埋管流化床干燥工藝節(jié)能和增產(chǎn)效果

由于埋管流化床干燥機中的流體介質(zhì)僅僅起攜帶水分、維持床層物料顆粒正常流態(tài)化的作用，因此其比普通流化床干燥物料所需的熱空氣量大大減少，從而減少了干燥系統(tǒng)的尾氣熱損失，提高了系統(tǒng)的熱效率。埋管流化床干燥機干燥系統(tǒng)的熱量得到了有效的利用，減少了能源消耗，提高了能源的利用率，因此其節(jié)能效果顯著。此外，由于內(nèi)加熱式流化床干燥機體積小，系統(tǒng)輔機相應(yīng)變小，從而節(jié)省了占地面積，降低了干燥系統(tǒng)的建設(shè)投資。

表1 普通流化床和埋管流化床操作參數(shù)對比

埋管流化床的干燥過程主要是內(nèi)加熱器與兩相流的傳熱過程。在兩相流傳熱的流體膜理論中，流化床內(nèi)呈流態(tài)化的固體顆粒與內(nèi)置換熱器的壁面進行強烈的撞擊，減薄了換熱面附近的流體邊界層。換熱管的規(guī)則布置也是對流化床床層的間接優(yōu)化，對物料的分布起到了均勻化的作用，在一定程度上避免了普通流化床布風不均、導致物料走短路 （直接被循環(huán)風夾帶出流化床）、造成物料干燥不均的缺陷。因此，埋管流化床干燥機有效地增大了換熱系數(shù)，提高了換熱效率，減少了物料在流化床內(nèi)的停留時間，避免了未經(jīng)干燥的物料隨產(chǎn)品排出床層，從而提高了流化床干燥機的產(chǎn)量。

3 埋管流化床干燥機的應(yīng)用

根據(jù)埋管流化床干燥機的優(yōu)勢及節(jié)能環(huán)保等特點，對江蘇某公司噴霧法生產(chǎn)多聚甲醛的普通流化床進行了改造和優(yōu)化。該項目結(jié)合實際生產(chǎn)情況，在盡量不改變原生產(chǎn)工藝的前提下，對現(xiàn)有流化床干燥段增加內(nèi)置加熱換熱器，在冷卻段增加內(nèi)置冷卻換熱器，即僅僅增加換熱器加熱設(shè)備和加熱介質(zhì)控制管路及管件，但對物料流和加熱方式重新進行了設(shè)計優(yōu)化，并在現(xiàn)場反復進行了安裝、調(diào)試和改進。

通過長時間的運行表明，對普通流化床增加的內(nèi)置換熱器，不僅提供了干燥系統(tǒng)所需的熱量，而且起到了內(nèi)部構(gòu)件的支撐作用，對原有流化床的結(jié)構(gòu)起到了加強效果。改造后的系統(tǒng)運行可靠，流化床料層均勻連續(xù)，無粘壁、溝流、死床等不正?，F(xiàn)象。由于內(nèi)置換熱器后系統(tǒng)較普通流化床換熱效率高，減少了物料在床內(nèi)的停留時間，因而物料的氣化率明顯降低，流化床出風夾帶量也顯著減少。改造后系統(tǒng)產(chǎn)量提高了30%以上，超過了設(shè)計目標，增產(chǎn)效果十分明顯。

4 結(jié)束語

從本次改造項目可以看出，埋管流化床干燥多聚甲醛系統(tǒng)主要優(yōu)化了所需熱量的分配方式，以高換熱效率的內(nèi)置換熱器形式提供系統(tǒng)的主要熱量，保證系統(tǒng)以高利用率完成熱交換。在正常運行情況下，產(chǎn)能達到設(shè)計要求，提產(chǎn)效果明顯，為廠方創(chuàng)造很高的經(jīng)濟效益。以其不影響產(chǎn)品質(zhì)量、運行穩(wěn)定可靠、結(jié)構(gòu)簡單、安裝方便、投資改造費用低等優(yōu)勢，在噴霧法制備多聚甲醛工藝中的成功改造應(yīng)用，具有相當客觀的經(jīng)濟效益。埋管流化床干燥多聚甲醛作為節(jié)能環(huán)保裝置，必將取得更好的社會效益。

[1]楊明菊，王亞.多聚甲醛的生產(chǎn)工藝及技術(shù)進展 [J].四川化工，2009 （4）：26-28.

[2]蔡進，李濤，孫啟文，等.氣固流化床固體濃度分布的冷模研究 [J].過程工程學報，2008，8（5）：839-844.

[3]崔春芳，童忠良.干燥新技術(shù)及應(yīng)用 [M].北京：化學工業(yè)出版社,2008：109-111.