醋酸纖維素干燥工段的技術改造

劉媛媛

康泰斯（上海）化學工程有限公司 （上海 201210）

醋酸纖維素可用于生產(chǎn)液晶顯示屏偏振膜和感光膠片，其產(chǎn)品的熱穩(wěn)定性、色度、游離酸含量等技術指標共同決定了產(chǎn)品質(zhì)量的穩(wěn)定性。干燥工段作為醋酸纖維素生產(chǎn)的重要環(huán)節(jié)，直接影響產(chǎn)品的產(chǎn)量、質(zhì)量及能耗。

某工廠原有一條7 500 t/a醋酸纖維素生產(chǎn)線，干燥單元采用履帶式干燥機系統(tǒng)，在生產(chǎn)中暴露出很多問題：

（1） 物料無法在鏈板干燥機內(nèi)部建立堆積層，部分濕物料直接黏堵在鏈板孔眼上，物料干燥不均勻，產(chǎn)品水分超標，導致無法正常生產(chǎn)；

（2）閉式循環(huán)風送系統(tǒng)空氣溫度過高，導致產(chǎn)品干燥后送入料倉時溫度超高，引起物料游離酸超高，熱穩(wěn)定性下降；

（3）濕物料由風機循環(huán)風帶入轉(zhuǎn)動中的鏈板干燥機軸承中，對設備腐蝕嚴重，同時導致產(chǎn)品中金屬含量超標，影響產(chǎn)品色度。

康泰斯（上海）化學工程有限公司受托針對上述問題對醋酸纖維素干燥工段進行了技術改造，實際生產(chǎn)運行表明，技術改造設計合理，生產(chǎn)穩(wěn)定，經(jīng)濟效益良好。

1 技術改造內(nèi)容

1.1 干燥機設計

改履帶式干燥機為回轉(zhuǎn)干燥機。履帶式干燥機不適用于干燥顆粒粒徑過小的粉料纖維素產(chǎn)品，回轉(zhuǎn)圓筒式干燥機是廣泛用于酒精行業(yè)酒糟干燥工段的成熟設備，在粉料產(chǎn)品干燥領域應用也很普遍。由于首次將回轉(zhuǎn)圓筒式干燥機應用于醋酸纖維素生產(chǎn)線，如何合理確定其參數(shù)是本次技術改造的關鍵。

1.1.1 干燥溫度的確定

從醋酸纖維素的性質(zhì)看，干燥溫度不宜過高，過高則產(chǎn)品易變色且熱穩(wěn)定性下降，無法保證產(chǎn)品質(zhì)量，并且使單位產(chǎn)品能耗增加。從熱效率方面考慮，逆流干燥的節(jié)能效果比順流干燥好，但會導致產(chǎn)品熱穩(wěn)定性下降。綜上分析，確定采用順流干燥的方式，且干燥空氣溫度可以相對提高，以擴大產(chǎn)能。入口熱風溫度大致處于濕球溫度，出口因熱風溫度已下降，所以產(chǎn)品溫度不會很高。確定入口熱風溫度為160℃±10℃，出口熱風溫度為80℃±5℃。

1.1.2 干燥機尺寸的確定

現(xiàn)有上游生產(chǎn)線能力可達到10000 t/a，故干燥能力按配套能力設計，折算產(chǎn)量為1450 kg/h。以薄膜級醋酸纖維素產(chǎn)品為設計依據(jù)，兼顧其他品種的要求，考慮到煙氣性質(zhì)與濕空氣性質(zhì)相近，據(jù)此對干燥系統(tǒng)進行估算。

假設：干燥機入口物料干基含水率為20%，物料溫度為20℃；干燥機出口物料干基含水率為1%，物料溫度為50℃；入口熱空氣溫度為160℃，空氣熱容為 1.069 kJ/(kg·℃)，空氣濕度為2%，所需風量為 G（kg/h），水蒸氣熱容為 2.01 kJ/(kg·℃)；出口空氣溫度為80℃，空氣熱容為1.041 kJ/(kg·℃)，蒸汽熱容為1.884 kJ/(kg·℃)，空氣濕度為H；水蒸氣蒸發(fā)潛熱為 2 495 kJ/kg；水的熱容為 4.18 kJ/(kg·℃)；干物料熱容為 1.454 kJ/(kg·℃)。

（1）物料衡算絕干物料量：

水分蒸發(fā)量：

1435.5×（20%-1%）=272.75 kg/h

風量：

（2）能量衡算

入口空氣（干氣）熱焓：

I1=1.069×160+（2495+2.01×160）×0.020

=227.38 kJ/kg

出口空氣（干氣）熱焓：

I2=1.041×80+（2 495+1.884×80）×H

=83.28+2655.14H kJ/kg

物料帶入熱量：

Q1=1435.5×（1.454+20%×4.18）×20

=65745.90 kJ/h

物料帶走熱量：

Q2=1435.5×（1.454+1%×4.18）×50

=107361.05 kJ/h

熱平衡方程（暫時忽略熱損失）：

帶入得：

G=7371.62 kg/h

H=5.7%

實際風量應考慮熱損失和泄漏等。因此，工程放大后取干燥機風量G=7500 kg/h。

（3）干燥機圓筒直徑的確定

因物料多為4～6 mm的顆粒，還有部分細粉，故干燥機內(nèi)氣流速率不宜過大，應選擇較小氣體流速，按照工程經(jīng)驗取氣體流速為1.5 m/s。在設計溫度下，煙氣的密度為0.856 3 kg/m3，則氣體的質(zhì)量流量為4 624.02 kg（/m2·h），適當放大，取氣體的質(zhì)量流量qm=4850 kg（/m·2h）。

故干燥機圓筒直徑為：

（4）干燥機圓筒長度的確定

考慮到醋酸纖維素難干燥，取較小容積傳熱系數(shù)Ka為400 kJ（/m·3h·℃）。

圓筒內(nèi)熱風和物料的平均溫差△T為：

此外，為求干燥所需熱量q，假定物料中水分全部在濕球溫度（Tw=45℃）下蒸發(fā)。

45℃時水的汽化潛熱為2365 kJ/kg。

q=1 435.5[(1.454+1%×4.18)(50-20)+2 365×(20%-1%)]=709458.55 kJ/h

則圓筒體積：

1.1.3 確保物料在干燥機內(nèi)有足夠的停留時間

干燥機回轉(zhuǎn)速率為4 r/min，圓筒干燥機安裝斜度為2.7°。經(jīng)核算，物料在干燥機內(nèi)的停留時間為：

式中：L為干燥機筒體長度，14 m；ρ為物料堆積密度，350 kg/m3；x為筒體存料率，8%；F為干燥機能力，1450 kg/h。

由于干燥溫度低，為確保干燥效果，必須保證物料有足夠的干燥時間，為此采取2項措施：（1）將抄板向物料走勢方向反方向安裝成10°；（2）采用弧形抄板。由于抄板反方向安裝有延長物料停留時間的作用，采用弧形抄板可使物料散落較均勻，增大物料與熱風的接觸面積，并能有效緩解結塊的問題，有利于物料的干燥。實際運行表明，物料干燥效果較好。

1.2 風機風量、風壓的確定

當排氣溫度為80℃，干氣濕度為5.3%時，濕空氣比容VH=1.084 m3/kg，則風機風量為：

G×VH=7500×1.084≈8130 m3/h

將風機風量適當放大，取8150 m3/h。

取蒸汽加熱盤管阻力為200 Pa，干燥機阻力為100 Pa，管道阻力為500 Pa，旋風除塵阻力為1 200 Pa，總計2000 Pa。根據(jù)風量和風壓選擇風機。

在干燥機、除塵器后，燃燒爐前各配一臺鼓風機，有效地解決了風機變形和磨損問題。

1.3 出干燥機物料的冷卻

物料冷卻操作仍利用原有稀相風送系統(tǒng)，產(chǎn)品在送至料倉過程中冷卻，以節(jié)約投資。

1.4 工藝流程圖

本項目為技術改造類項目，為節(jié)約投資，減少現(xiàn)場變更，在工藝流程設計上盡量利用原有設備及管道，改造后的干燥工段流程如圖1所示。

圖1 技術改造后干燥工段工藝流程

2 技術改造效果

改造后：干燥工段處理的產(chǎn)品量由原來的7 500 t/a提高至10000 t/a，可以消化吸收前續(xù)生產(chǎn)線的產(chǎn)能；設備維護方便，維修費用減少。

技改運行一年后，該醋酸纖維素生產(chǎn)線運行平穩(wěn)，經(jīng)考核可以達到10 000 a/t的設計產(chǎn)能，產(chǎn)品成本按22500元/t計，售價按34500元/t計，年增加利稅670.3萬元，而本次技改投資額僅為350萬元，約半年時間即可收回投資成本。