膠黏劑真空脫水系統(tǒng)的技術改進*

陳文淵 葉啟玲 王友華 黃家毅 黃忠良

近年來，隨著我國定制家具的迅猛發(fā)展，環(huán)保刨花板供不應求。為了生產(chǎn)甲醛釋放量為E1級和E0級環(huán)保刨花板，我國大多數(shù)刨花板企業(yè)用濃度為37%的低濃度甲醛為原料制備環(huán)保脲醛樹脂膠黏劑，按照生產(chǎn)工藝要求需要把甲醛與尿素的摩爾比調整為0.98～1.05[1]，并且生產(chǎn)時需要真空脫水，使膠黏劑的固含量由不脫水前的50%～52%提高到60%～65%（行業(yè)平均要求，包含多層壓機線和連續(xù)壓機線，均質刨花板生產(chǎn)線要求波動幅度小些，固含量在63%～65%），提高樹脂的濃度和黏度，減少拌膠后刨花的含水率，防止熱壓時爆板，提高壓機運行效率。刨花板生產(chǎn)企業(yè)的制膠車間一般都要配備真空脫水系統(tǒng)[2]，真空脫水是膠黏劑制備的最后一道工序，脫水系統(tǒng)運行效果直接影響膠黏劑的產(chǎn)量和質量。

1 原真空脫水系統(tǒng)的主要問題

圖1 制膠車間原真空脫水系統(tǒng)示意圖Fig.1 The vacuum dehydration system schematic diagram of glue workshop before innovation

廣西國旭集團高峰桂山分公司年產(chǎn)30萬 m3刨花板生產(chǎn)線制膠車間的真空脫水系統(tǒng)是為30 m3反應釜配套的，主要設備包括冷凝器、冷凝水儲罐、真空緩沖罐、水環(huán)式真空泵、汽水分離器（如圖1所示）。該套設備設計使用濃度為37%的甲醛和工業(yè)級尿素為原料生產(chǎn)脲醛樹脂膠黏劑，在膠黏劑制備后期每噸膠需要脫水約200 kg，膠黏劑固含量才會達到生產(chǎn)均質刨花板所要求的63%～65%，膠黏劑的質量指標如表1所示。

表1 改造前膠黏劑質量指標Tab.1 Adhesive quality indicators before innovation

真空脫水的工藝流程是：脲醛樹脂膠需要脫水時，將膠液調節(jié)到中性，密封反應釜的加料孔，關閉冷凝器的回流閥，打開連向真空泵的閥門，開啟真空泵，真空泵產(chǎn)生的負壓使反應釜內膠液的沸點降為70 ℃左右，在較低的溫度下將反應釜膠液里的水分脫出，以保證膠黏劑的固體含量符合生產(chǎn)要求[1]。如圖1所示，正常的脫水系統(tǒng)，一般每釜膠黏劑脫水時間不應超過4 h，但試生產(chǎn)時公司制膠車間的脫水系統(tǒng)脫水效率遠遠達不到預期效果：試生產(chǎn)30 t膠黏劑時，脫除5.5 t水需要5～8 h，遠未達到脫水時間不應超過4 h的工藝要求。同時，該系統(tǒng)未設計反應釜蒸汽管道冷凝水回收利用裝置，蒸汽管道產(chǎn)生的冷凝水如直接外排，將造成水資源的浪費。通過排查發(fā)現(xiàn)，脫水速度慢的主要原因是冷凝器換熱面積太小，冷卻效率低，冷凝器冷卻效果不理想，降低了系統(tǒng)脫水效率[3]。實際生產(chǎn)時，開啟真空泵后反應釜內膠液在72～75 ℃沸騰，經(jīng)冷凝器冷卻的冷凝液流至冷凝水儲罐時溫度高達65 ℃以上，比正常溫度45 ℃度高了20 ℃左右,過高的冷凝液溫度使真空泵溫度遠高于正常水平，真空泵發(fā)熱，溫度可高達60 ℃，溫度過高的真空泵在運行時產(chǎn)生嚴重的氣蝕，泵的極限真空度急劇降低，反應釜真空度只達0.068 MPa，導致脫水時間明顯延長。

2 脫水冷凝系統(tǒng)的技術改進

針對制膠真空脫水系統(tǒng)脫水時間太長及反應釜蒸汽管道冷凝水直接外排將造成水資源浪費的狀況，筆者進行了如下技術改進：1）反應釜脫水系統(tǒng)冷凝水儲罐加裝冷凝盤管；2）反應釜蒸汽管道冷凝水回用改造。兩項改進技術均取得了明顯的效果。

2.1 冷凝水儲罐的改進

對于真空脫水系統(tǒng)冷凝器冷卻效果不理想、冷卻效率低的狀況，如直接多加裝一臺冷凝器或更換換熱面積較大的冷凝器將導致設備購置成本大大增加，同時新設備占地面積大、吊裝困難。權衡利弊后采用了在冷凝水儲罐內加裝冷凝盤管，直接降低冷凝水溫度的方法。如圖2所示，在冷凝水儲罐內，加裝冷凝盤管，通過冷凝盤管的換熱作用，冷卻從反應釜抽出的蒸汽，并使冷凝水儲罐維持90%的儲水量，達到降低冷凝水溫度的目的。需要強調的是，上述的改進，冷凝水儲罐對所抽蒸汽進行冷卻，不僅是單純靠加裝的蛇形盤管冷卻，同時也依靠罐里所存有的水量進行過濾冷卻，當脫水結束后，蛇形盤管會繼續(xù)冷卻罐里所存有的過濾水，這樣即使蛇形管換熱效率較低，也能達到降低真空泵水環(huán)溫度的效果。

圖2 改造后制膠車間真空脫水系統(tǒng)示意圖Fig.2 The vacuum dehydration system schematic diagram of glue workshop after innovation

2.2 冷凝水回用改造

圖3 反應釜蒸汽管道冷凝水回用改造示意圖Fig.3 Innovation schematic diagram of condensed water recycling of steam pipe in reaction kettle

針對反應釜加熱盤管內蒸汽冷凝水如直接外排將造成水資源浪費的問題，加裝了體積為6 m3冷凝水箱，讓冷凝水流入冷凝水箱，并用高溫水泵打回熱能工段的軟水貯水罐，使水資源得到有效利用。如圖3所示，改造后，反應釜蒸汽管道冷凝水通過疏水器進入冷凝水箱，冷凝水箱內的水達到一定儲量后，開啟高溫循環(huán)泵把水抽到鍋爐車間的軟水儲罐進行回收利用。蒸汽冷凝水回收系統(tǒng)為開放式系統(tǒng)，設有冷凝水箱通過排汽管與大氣直接相連，從而排放二次閃蒸汽，通過冷凝水箱緩沖過渡以減少二次閃蒸汽產(chǎn)生的氣蝕對泵的影響；減少溶氧對管路的腐蝕；水箱設有溢水管，可排放過多的冷凝水。

3 改造效果

1）改進后，反應釜真空度由原來的0.068 MPa提高到0.086 MPa，反應釜真空泵泵體溫度由60 ℃降到40 ℃左右；在使用少量冷卻水補水的情況下，真空泵運行效率顯著提高。在膠黏劑固體含量不變的情況下，脫水時間由5.5 h以上縮短為3.3 h，提高了脫水效率，從而增加了膠黏劑生產(chǎn)效率，降低了工人的勞動強度；同時，通過提高脫水效率，縮小了膠黏劑固化時間和黏度的波動幅度，提高了膠黏劑水溶性，延長了膠黏劑的儲存期,提高了膠黏劑質量。改造后膠黏劑質量指標如表2所示。

表2 改造后膠黏劑質量指標Tab.2 Adhesive quality indicators after innovation

2）對反應釜蒸汽管道冷凝水回收利用，既降低了水資源的浪費，也提高了生產(chǎn)線熱能工段軟水處理工作效率，緩解了供熱壓力。

4 結語

1）采用在反應釜脫水系統(tǒng)冷凝水儲罐內加裝冷凝盤管的方法，降低了冷凝水的溫度和水環(huán)式真空泵的水環(huán)溫度，在使用少量冷卻水補水的條件下，提高了真空泵的運行效率，減少了脫水時間。改造后，生產(chǎn)30 t膠黏劑脫水時間減少了2.2 h，節(jié)省水6 t，電160 kW·h，蒸汽3 t，節(jié)能降耗效果明顯。

2）反應釜加熱盤管內蒸汽冷凝水回用后，顯著減少水資源消耗，生產(chǎn)30 t膠黏劑可回收水3 t。不僅減少水資源浪費，還緩解了熱能中心供熱不足的問題。

3）反應釜脫水系統(tǒng)的冷凝水儲罐加裝冷凝管后，脫水時間顯著縮短，提高了膠黏劑質量，減輕了工人的勞動強度，只需補充少量的冷卻水就可以使真空泵溫度冷卻到40 ℃以下，顯著提高了真空泵的運行效率。

[1]李東光.脲醛樹脂膠黏劑[M].北京:化學工業(yè)出版社,2002:7.

[2]趙臨五,王春鵬.脲醛樹脂膠黏劑:制備配方分析與應用[M].第2版.北京:化學工業(yè)出版社,2009:1.

[3]唐忠榮,劉欣,張士成.木材工業(yè)工廠設計[M].北京:中國林業(yè)出版社,2009:10.