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    MBS高真空盤式連續二級干燥系統及應用

    【摘要】:
    楊劍峰張敏華張志軍張敏磊(江陰市艷華干燥設備有限公司,江蘇無錫214400)  摘要:采用氣流加高真空盤式二級干燥的形式,保留了氣流干燥的高效、真空盤式干燥的節能與安全等特點,完美適用于MBS的大規模生產中,有著極好的經濟效益和社會效益,值得廣泛推廣?! £P鍵詞:干燥技術?MBS?高真空盤式干燥?連續二級干燥?一、引言  1.1MBS的簡介  MBS是甲基丙烯酸甲酯(M),丁二烯(B)及苯乙烯(S
    楊劍峰 張敏華張志軍 張敏磊
    (江陰市艷華干燥設備有限公司,江蘇 無錫214400)
      摘要:采用氣流加高真空盤式二級干燥的形式,保留了氣流干燥的高效、真空盤式干燥的節能與安全等特點,完美適用于MBS的大規模生產中,有著極好的經濟效益和社會效益,值得廣泛推廣。
      關鍵詞:干燥技術  MBS  高真空盤式干燥  連續二級干燥
     
    一、引言
      1.1 MBS的簡介
      MBS是甲基丙烯酸甲酯(M),丁二烯(B)及苯乙烯(S)的三元共聚物。在室溫和低溫下都具有很強的抗沖擊性,作為PVC的改性劑,不但可以大大提高PVC制品的沖擊強度,而且還可以改善PVC的加工性能,廣泛應用在硬質PVC產品的生產中。MBS是一種細小顆粒,熔點為115℃。經反應、離心脫水后,MBS的含固率約為72%~75%,干品為20目左右的顆粒,水份含量要求小于0.5%。目前,國內生產MBS的廠家,都采用沸騰流化床干燥裝置,由于MBS具有特殊的物理性能和化學特性,在干燥過程中,稍有操作不當便會引起自然,甚至爆炸,存在一定的事故隱患。我廠技術部和安徽省合肥工大相互合作,于2014年針對MBS的干燥,研發出在低氧、低溫、高真空環境下工作的盤式連續二級干燥裝置,該設備完全可以滿足MBS,在安全的條件下進行干燥工藝操作。
      1.2 MBS的現有干燥技術
      目前,國內具備一定規模生產MBS的廠家,都采用沸騰流化床干燥裝置。干燥時,工人將濕MBS通過螺旋輸送器至沸騰床內,進入干燥器的濕物料均勻分布在流化床干燥器床面上,根據沸騰流化床的大小,達到一定數量后停止送料。MBS在流化床內在流化沸騰狀態下,由引風機連續將新鮮的熱空氣引入沸騰床,并與MBS相互對流傳熱接觸,使MBS受熱蒸發水分而干燥。經過一段時間的干燥,當出口的尾氣溫度達到一定數值時,關閉蒸汽,停止加熱,進行冷卻降溫至40℃時卸料。據有關資料顯示,MBS粉塵爆炸下限濃度為23g/m3,MBS在干燥過程中,流化床內極易產生粉塵云,而流化床干燥過程中需要大量的空氣,空氣中存在氧氣,在靜電的作用下,MBS便會產生閃爆或燃燒,不但損毀物料,還會影響人身安全,存在一定的事故隱患。國內生產MBS采用沸騰床干燥的廠家大大小小都發生過上述現象。該裝置屬于間歇操作,生產效率低,操作環境差,勞動強度大,物料耗散也大。
      1.3 MBS的新型干燥技術
      根據以上對MBS干燥的不足,我廠技術部在安徽省合肥工大的支持下,成功設計出一套適合MBS的高真空盤式二級干燥中試裝置,由于主要干燥段是在真空低氧的條件下進行的,避免了燃燒爆炸的可能性,并在出料前設置冷卻盤進行冷卻至40℃,裝袋后MBS不會存在燜燃。干品的品質較好,運行穩定安全。
     
    二、MBS高真空盤式二級干燥的流程和特點
      MBS經過離心機脫水后,MBS的濕含量平均在25%左右,顆粒度在20目左右。首先將這些含濕量較高的MBS加入至定量加料器內(定量加料器的大小根據客戶的生產量確定?。?,由變頻調速控制加料量,加入至氣流干燥器內進行預干燥,控制其干燥后的熱風出口溫度為50-55℃,預干燥的MBS在旋風除塵器收集至高真空盤干機上部的真空連續加料閥內,再進入盤干機內。MBS在高真空狀態下,與盤面接觸受熱,帶有耙葉的耙臂作回轉運動使耙葉連續地翻炒物料。物料沿指數螺旋線流過干燥盤面,在小干燥盤上的MBS物料被送移到外緣,并在外緣落到下方的大干燥盤外緣,在大干燥盤上的MBS物料向里移動,并從中間落料口落入下一層小干燥盤中。大小干燥盤上下交替排列,MBS物料得以連續地流過整個干燥器。
      中空的干燥盤內通入90-95℃的熱水,由干燥盤的一端進入,從另一端導出。MBS物料從上到下,交替受熱運動中受熱,達到一定溫度,水份迅速汽化蒸發,濕氣由設計在盤干頂蓋上的排濕口通過真空泵排出。干燥后的MBS通過真空盤干冷卻盤冷卻后,最后被耙葉移動到真空卸料閥出料口排出。
      高真空盤式二級干燥流程見圖1:
    圖1
     
    三、MBS高真空盤式二級干燥的設計
      以每小時1400kg MBS強化氣流加高真空盤式二級干燥設計計算為例:
      工藝條件如下:
      1.物料名稱: MBS
      2.干品產量每小時1400kg
      3.物料初始含水量:25%
      4.一級氣流干燥后物料含濕量:≤15%
      5.一級氣流干燥熱風進風溫度T1=115℃(蒸汽)
      6.一級氣流干燥排風溫度T2=55℃
      7.一級氣流干燥后物料出口溫度T3=35℃
      8.盤式干燥加熱溫度T4=95℃(熱水),出水溫度T5=93℃
      9.盤式干燥物料進口溫度T6=35℃
      10.盤式干燥物料出口溫度T7=75℃
      11.物料進口溫度T8≤15℃,
      12.平均氣溫T0=15℃
      13.成品含濕量≤0.5%
      14.盤干真空度為:0.08MPa
      15.盤干內氧含量:
      16.MBS堆積密度:0.3-0.45g/cm3
      17. 電源380V  50H 三相四線  室內安裝
      3.1一級氣流干燥設計計算:
      3.1.1.物料衡算
      G(投料量總)= 1400×(100-0.5)/(100-25) =1857.3kg/h
      G(投料量一)= 1857.3×(100-25)/(100-15) =1638.8kg/h
      W(蒸發水分一)= 1857.3-1638.8= 218.5kg/h
      3.1.2.熱量衡算
      根據熱平衡原理:Q總=Q1+Q2+Q3
      Q1—蒸發水份所需的熱量
      Q2—濕物料升溫所需的熱量
      Q3—隨尾氣帶走的熱量
      Q1=【r+(T2-T0)c 】×W(蒸發水份)
      Q2=0. 4×1638.8×(T3-T0)
      Q3=L×(0.24+0.46×0.017)(T2-T0)
      Q總=1.15×[(550+40)×218.5+0. 4×1638.8×(35-15)]
      + L(0.24+0.46×0.017)(55-15)
      其中:1.15為系數,考慮干燥器經保溫后的熱損失;
      r=550Kcal/kg為水的汽化潛熱;c=1Kcal/kg為水的熱容
      0. 4為物料比熱;L為進入換熱器的空氣量(m3/h)
      0.017為當T2=15℃,相對濕度φ=95%時查得;
      Q總=1.15×(128915+13110.4)+L×9.91
      =163329.2+ L×9.91
      Q總熱量是空氣經過預熱器所獲得的熱量
      Q總=L×(0.24+0.46×0.017)(T1-T0))
      = L×(0.24+0.46×0.017)(115-15)
      =L×24.78
      根據熱平衡原理  163329.2+ L×9.91=L×24.78
      L=10983(m3/h)
      L(操作風量)=10983×(273+55)/(273+15)≈12509(m3/h)
      圓整取12500m3/h
      因此本干燥裝置選用風機的最低風量為12500m3/h;
      風壓為-6500—-6000pa.
      3.1.3.氣流干燥器直徑設計
      根據物料物理特性,取干燥塔內風速為8m/s,
      L總(操作風量)=12500(m3/h)
      D=≈0.553米(圓整取0.55米)
      3.1.4.旋風除塵器的選取
      本裝置采用高效旋風除塵器,該除塵器具有除塵效率高、結構簡單和壓力損失適中等優點。一般采用下面公式進行計算后選型。
      一般截面風速取V= 4m/s,根據Q1=VF×3600=12500m3/h;
      式中Q1(即L總(操作風量))—除塵器的處理氣體量,m3/h
      V——截面氣速,m/s   F—截面積,m2
      設旋風截面直徑為D
      Q1=VF×3600=4×π(D/2)2×3600=12500
      D=1.05米
      則本裝置選用壹臺直徑為1米的旋風除塵器。
      3.1.5.濕式除塵器的設計計算
      濕式除塵器通常由兩個過程來完成,第一個過程是由洗滌液來捕集塵粒,第二個過程是除掉捕集了塵粒的液滴和二次飛揚的塵粒。代表性結構塔體底部有粉塵氣體進口,液體排出口和清掃孔,塔體中部有噴淋裝置,由若干噴嘴組哼,噴淋裝置可以是一層或兩層以上,視下底高度而定;上部為除霧裝置,來脫去含塵氣體夾帶的液滴,塔體上部為凈化氣體排出口,塔體直徑由每小時處理氣量與氣體在塔體內通過的速度決定。經過除塵器的氣流速度越小,除塵效率越高。一般情況下,塔體內風速在1.0-1.5m/s,現取1.2m/s,塔體直徑尺寸計算如下:
      D===1.92m,取整為1.9米。
      式中:D——除塵器直徑,m
      a——每小時處理的風量,m3/h
      v——氣體通過速度,m/s
      除塵器塔體的尺寸,一般參考直徑選取,高與直徑之比H/D在4-7范圍以內,而噴淋段高度應占總高的二分之一以上。綜合考慮,塔體高度取8米。
      6).氣流干燥器的主要規格參數
      a.氣流管直徑為0.55米;
      b.旋風除塵器直徑為1米;
      c.濕式除塵器直徑為1.9米;
      d.處理風量為12500 m3/h;
      e.氣流干燥總功率約為44.1kw。
      3.2二級盤式干燥的設計計算
      3.2.1.物料衡算
      G(投料量一)= 1400×(100-0.5)/(100-15) =1638.8kg/h
      W(蒸發水分)= 1638.8-1400= 238.8kg/h
      3.1.2.熱量衡算
      根據熱平衡原理:Q總=Q1+Q2+Q3
      Q1—蒸發水份所需的熱量
      Q2—濕物料升溫所需的熱量
      Q3—設備的熱損失,?。≦1+Q2)×10%
      Q1=【r+(95-35)×c)】×W(蒸發水分)
      =【543.4+(95-35)】×238.8
      =144092kcal/h
      Q2=0.4×1400×(75-35)=22400kcal/h
      Q3=(Q1+Q2)×10%=(144092+22400)×10%
      =16649kcal/h
      Q總=144092+22400+16649=183141kcal/h
      其中:r=543.4Kcal/kg為水在真空度0.08MPa下的汽化潛熱;
      c=1Kcal/kg為水的熱容
      物料比熱為0.4Kcal /(kg·℃);
      3.1.3.盤式干燥器的傳熱面積計算
      根據公式 A=Q/K×△t
      Q為總耗熱量,   K為盤式干燥傳熱系數47.3Kcal/m2. ℃,
      △t 為對數平均溫差
      現熱水進口溫度為95℃   出口熱水溫度為93℃
      則其對數平均溫差
      △t=(95-35)-(93-75)/ln(95-35)/(93-75)
      =34.88 ℃
      A=Q/K×△t =183141/47.3×34.88=111m2
      由于物料受盤式干燥材料傳熱系數和物料分布狀態及傳熱狀況等因素影響,綜合以往經驗,應選取干燥面積為120m2的盤式干燥器1臺
      3.1.4.盤式干燥設備的主要規格參數
      a.設備外形尺寸:外徑約Φ3200×高6000
      b.總傳熱面積:120m2
      c.傳動功率約:29.8kw(含配套設施功率)
     
    四、MBS真空盤式連續二級干燥的技術難點
      本套裝置的技術難點,主要是二級真空盤式連續干燥器的主軸密封,翻板卸料閥的密閉及盤式干燥器內部的自動清掃。
      (1).盤式干燥主要泄漏點主要是下出軸處。上端主軸支點設計在盤干殼體內,不存在泄漏。盤干主要是低速運轉,采用多層填料密封即可,經過多年的運行證明,效果甚好。
      (2).翻板卸料閥密封設計為線密封,由PLC控制系統進行控制,閥腔內并帶有翻料攪拌系統,放置物料架橋等情況。到目前為止無發現加料及出料不暢現象。
      (3).MBS是一種細小顆粒,在真空盤式干燥器內干燥時,MBS粉塵極易懸浮飛揚,吸附在壁面上,如不定時清掃,經長時間烘烤,就可能發黃,影響產品外觀和質量,針對此種情況,我廠技術部門將盤式干燥器盤底設計保溫層,保溫板、耙、耙葉、耙臂均涂特氟龍,每班停機后用氮氣自動清掃一下,將附于壁面的MBS吹落,經實踐證明,這樣完全可以克服MBS的發黃現象!
     
    五、MBS高真空盤干二級干燥由以下顯著特點:
      1)MBS在預干燥時,熱空氣用量小,熱風出口溫度低,熱利用率高。MBS物料雖經預干燥,但物料本身溫度低,并還含有一定量的水份(含濕15%),不易產生塵云,這樣避免了閃爆和自燃。預干燥熱空氣量小,采用水噴淋極易除塵收集。
      2)由于高真空操作,使水的沸點降低,濕物料的水份極易被汽化。盤面溫度在90℃時,便產生較高的蒸發速率,并且氧含量極低,不會產生燃燒和爆炸。
      3)盤面熱量是以傳導形式傳遞的,熱能不易損失,比較節能。
      4)整套設備的熱空氣用量小,極易除塵吸收,無環境污染。
      5)同等產量與沸騰流化床、閉路循環干燥器相比,動力小。
      6)干燥過程連續性,易實現自動化,勞動強度低。
      7)每小時1400kg(干品)MBS裝置總功率只需約75kw,蒸汽耗量約760kg/h。
     
    六、結束語
      通過上述對MBS高真空盤式二級干燥的介紹與分析,可知本裝置在MBS的生產中具有良好的社會效益和經濟效益,生產出的成品品相好、質量高,操作過程中安全度高,值得進行廣泛的宣傳和推廣。本廠有正常運行的中試裝置,歡迎各位專家及廠家帶物料前來試驗!
     
    參考文獻
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      [3] 潘永康,現代干燥技術[M].化工工業出版社,1998
      [4] 錢頌文,換熱器設計手冊[M].化工工業出版社,2002
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