汽提塔工藝運行比較

李永強

（寧夏英力特化工股份有限公司，寧夏石嘴山753202）

寧夏英力特化工股份有限公司先后建設2套12萬t/a PVC裝置，各配套漿料汽提系統(tǒng)，現(xiàn)對2套系統(tǒng)的不同運行工藝進行對比分析。

1 國內(nèi)通常采用的汽提塔

塔式汽提的核心設備是汽提塔，國內(nèi)PVC漿料汽提通常采用2類汽提塔：無溢流堰的穿流式汽提塔和帶溢流堰的小孔汽提塔。穿流式汽提塔的特點是汽提塔篩孔直徑一般在10～15 mm。塔板的有效開孔率為8%～11%。塔板數(shù)設置為20～40塊，在塔頂設有脫鹽水噴頭，漿料從頂部噴淋而下，與通過塔板上的小孔上升的蒸汽逆向接觸，在接觸過程中，通過傳熱傳質(zhì)達到脫析VCM的目的；帶溢流堰的小孔汽提塔的特點是漿料通過每層的折流板在塔盤上流動，從每層降液管進入下一層塔盤，從塔頂自上而下流動，而蒸汽通過塔板上的小孔自下而上流動。漿料在帶有折流板的塔盤上流動時與自下而上的蒸汽進行充分接觸，發(fā)生傳熱傳質(zhì)，達到脫析VCM的目的，該汽提塔一般只有8層塔盤，設有2個進料口（一個在第八層，一個在第六層），每層塔盤上有若干個小孔，篩孔直徑＜8 mm。每層塔盤上布有溢流堰和降液管，且每層塔節(jié)都有沖洗噴淋水的裝置。

2 聚氯乙烯漿料汽提原理

聚合釜出料回收后，PVC漿料中含質(zhì)量分數(shù)1%～3%的未反應的VCM，漿料中殘留的氯乙烯，一部分存在于水中，一部分存在于PVC樹脂中。汽提的作用是去除漿料中殘留的VCM，最終使產(chǎn)品中殘留VCM降至指標要求。VCM在PVC漿料固液氣相中的平衡濃度一般為 1 000∶100∶1。在汽提過程，VCM在PVC樹脂、水相及氣相中的不等量分布使其在漿料中存在著脫析動力，通過提高溫度使?jié){料受熱沸騰，漿料內(nèi)VCM在蒸汽給予的汽化潛熱的作用下經(jīng)過樹脂顆粒中的孔隙穿過皮膜向水相中擴散，也提高了VCM由水相沖破水液體靜壓阻力擴散至氣相的速度。PVC樹脂玻璃化溫度為75～78℃，處于玻璃化溫度以上時分子的振動動能加快，有利于VCM從漿料中的脫析。VCM在PVC漿料中脫析速率曲線見圖1。

圖1 VCM在PVC漿料中脫析速率曲線

由圖1可以看出，溫度對VCM殘留量有著決定性的影響，在溫度超過95℃時，VCM殘留有急速下降的突變趨勢，為保證汽提效果，汽提塔的溫度不應低于95℃，但PVC樹脂是熱敏性的樹脂，長時間的高溫易導致樹脂受熱分解變色，使產(chǎn)品雜質(zhì)粒子數(shù)增多。因此，應在有效脫析漿料中VCM的同時盡量減少蒸汽用量。

影響PVC漿料中VCM脫析條件的內(nèi)因主要是樹脂顆粒形態(tài)，外因是脫析的溫度、壓力、蒸汽通量和塔內(nèi)停留時間等。蒸汽是脫析的動力和載體，在汽提過程的主要作用為：加熱漿料到汽提要求溫度，給VCM脫析提供動力；作為脫析出的VCM的載體，將VCM輸送至后工序；降低塔頂氣相中VCM氣體分壓，使VCM壓力低于氣液兩項平衡時壓力，形成液相脫析推動力。

3 現(xiàn)運行的2套汽提塔比較及工藝分析

該公司現(xiàn)有2套12萬t/a的PVC生產(chǎn)裝置都使用無溢流堰的穿流板式塔作為汽提塔，其中A裝置采用歐洲乙烯公司108 m3聚合釜技術，配套規(guī)格為Ф1 800×19 760的汽提塔1臺，塔頂冷凝器換熱面積104 m2，其進螺旋板式換熱器漿料溫度為45℃，出85℃，汽提塔底漿料溫度為113℃，經(jīng)換熱后溫度為68℃，使用0.4 MPa飽和蒸汽作為熱源，塔頂溫度為109℃，塔頂壓力為60 kPa（表壓），漿料流量80 m3/h，蒸汽用量6 400 kg/h，回收壓縮機的氣體溫度為37～43℃，汽提后漿料中殘留的VCM較高；樹脂產(chǎn)量平均為16 t/h，蒸汽實際單耗為400 kg/t；B裝置采用70 m3古德里奇聚合釜技術，現(xiàn)階段用于配套規(guī)格為Ф1 500×16 220的汽提塔2臺，各配備換熱面積為38 m2的塔頂冷凝器，其中，單套汽提裝置進螺旋板式換熱器漿料溫度為40℃，出65℃，汽提塔底漿料溫度為100℃，經(jīng)冷卻后溫度為75℃，使用0.5 MPa飽和蒸汽作為熱源，塔頂溫度為90℃，塔頂壓力為零（表壓），漿料平均流量31 m3/h，蒸汽平均流量為2 250 kg/h，汽提后漿料中殘留的VCM極低。B裝置單臺汽提塔樹脂產(chǎn)量平均為7 750 kg/h，蒸汽用量為2 250 kg/h，蒸汽實際單耗為290 kg/t。

由于A裝置相比B裝置塔頂溫度和塔頂壓力高，造成VCM解析阻力較大，殘留的VCM較高，蒸汽用量較大；另外核算冷凝器能力相比B裝置能力小，導致氣相中水分不能及時冷凝，使液相中VCM含量不能降至最低；核算塔內(nèi)停留時間，A裝置汽提塔容積約為50 m3，漿料停留時間約為37 min，B裝置汽提塔容積約為28 m3，漿料停留時間約為54 min；A裝置汽提能力相比B裝置較小。

B裝置蒸汽單耗偏低，而根據(jù)塔壓差和塔頂冷凝器負荷分析，應該是由于塔頂控制溫度低、塔頂零壓力操作，VCM易于解吸，因此實際消耗的蒸汽減少；A裝置末冷凝蒸汽量過多，造成塔頂冷凝器冷卻能力不足，導致蒸汽用量增大。冷凝水量增多使溶解在其中的單體增多，單體損失量增加，進壓縮機氣體量增多，壓縮機做工增加，電耗上升。另外根據(jù)實際操作發(fā)現(xiàn)，汽提塔頂壓力過高，不僅不利于VCM從PVC樹脂中解吸，還會造成漿料在塔內(nèi)停留時間過長，樹脂被蒸汽烘烤白色；同時汽提塔在運行過程出現(xiàn)嚴重的帶料現(xiàn)象。

4 改進措施

通過以上比較得知，降低汽提塔塔頂壓力能夠降低蒸汽消耗。汽提塔塔頂壓力的控制與溫度相關，降低汽提塔塔頂壓力還有助于提高對VCM的脫析效果提高產(chǎn)品質(zhì)量、減輕回收壓縮機負荷。塔頂壓力與未冷凝蒸汽量、回收壓縮機、塔頂冷凝器能力有關。因此，通過增大汽提塔塔頂冷凝器冷卻面積的措施，將A裝置冷卻能力增大至1.2～1.5倍來降低塔頂溫度從而控制塔頂壓力在零 （表壓）左右，達到減少蒸汽消耗提高產(chǎn)品質(zhì)量的目的；另外為使?jié){料與蒸汽充分接觸，在開孔數(shù)不變的情況下，先試驗將篩板孔徑逐步擴大至適宜值，以保證生產(chǎn)能力。

5 結(jié)語

雖然2套汽提裝置現(xiàn)都運行正常，但通過比較工藝控制和消耗的不同之處，優(yōu)化操作參數(shù)，尋求最佳控制點，進行技術改造，可達到降低蒸汽消耗和提升產(chǎn)品質(zhì)量的目的。