王仕君 何德強 張麥奎 張繼春 賈 敏 王 慧

(天華化工機械及自動化研究設計院有限公司)

石化行業(yè)中許多易燃易爆物料如聚丙烯腈、己二酸、HDPE、LDPE、UHMW-PE、ABS、SAN及工程塑料等，采用以熱空氣為干燥介質的開路氣流干燥、流化床干燥或噴霧干燥技術，存在問題較多，如：系統存在安全隱患，生產能耗高及尾氣環(huán)境污染大等問題。筆者以聚丙烯腈干燥為例，開發(fā)一種密閉氮氣循環(huán)閉路干燥技術，解決了上述系統存在的問題。

1 傳統工藝

傳統聚丙烯腈干燥過程中一般采用以空氣為熱載體的噴霧干燥系統。流程中漿料經加料泵進入噴霧干燥塔，經分散器(或高壓霧化)均勻地分布在干燥器內，空氣經過加熱后進入干燥器，與霧化的濕物料接觸，濕物料被熱空氣迅速加熱，同時物料中的水逐漸減少，干燥合格后與熱空氣一起進入布袋除塵器，干燥尾氣凈化后放空。

聚丙烯腈具有易燃特性，干燥系統采用空氣干燥，系統存在安全隱患。干燥系統尾氣排放量大，排放的空氣夾帶顆粒多，污染環(huán)境。聚丙烯腈漿料含水量高，直接霧化干燥蒸發(fā)量大，需要的熱量多，系統的能耗高。

2 新型工藝

聚丙烯腈氮氣循環(huán)干燥工藝流程如圖1所示。

聚丙烯腈漿料經機械預脫水形成濾餅，濕物料通過螺旋輸送機輸送到微粉干燥機中，同時經循環(huán)風機增壓。通過蒸汽加熱器、電加熱器二級加熱的160℃氮氣進入微粉干燥機。在攪拌器和熱氮氣的作用下物料被干燥、破碎，并處于流態(tài)化狀態(tài)，水氣化進入到氮氣中；干燥后的物料隨熱氮氣在干燥室內旋轉上升，粒度適宜、濕分合格的物料通過干燥室上部的淘析環(huán)，最后被氣流帶入到布袋除塵器中分離；分離所得的干燥產品經旋轉卸料器排出；凈化后的濕氮氣進入洗滌塔，利用工藝水噴淋冷卻，氮氣中的水蒸氣冷卻為水進入塔底，由循環(huán)泵排出；氮氣除霧后進循環(huán)風機形成氮氣閉路循環(huán)干燥系統，氮氣循環(huán)再利用。

聚丙烯腈氮氣循環(huán)干燥系統采取了氮氣干燥、氮氣密閉循環(huán)和機械預脫水技術，具有以下優(yōu)勢：

a. 采用熱氮氣對物料進行干燥，干燥系統穩(wěn)定安全，解決了傳統干燥存在的安全隱患問題；

b. 氮氣循環(huán)利用，尾氣排放量少，對環(huán)境污染??；

c. 采用機械預脫水，干燥系統的能耗低。

圖1 聚丙烯腈氮氣閉路循環(huán)干燥工藝流程

微粉干燥機是聚丙烯腈氮氣循環(huán)干燥的核心設備(圖2)，主要由螺旋加料器、干燥室、打散器和分級器組成。熱氣體從干燥機底部進入干燥室，在打散器的共同作用下，顆粒被打散成細小顆粒。物料在熱風的作用下處于流態(tài)化狀態(tài)并沿著干燥室器壁旋轉上升。細小的顆粒通過選粉機被氣流帶出，在除塵器中分離收集；較大的顆粒則返回干燥機與后續(xù)的濕物料混合后被進一步干燥打散，直至合格后被氣流帶出干燥機到除塵器進行分離。

圖2 微粉干燥機簡圖

微粉干燥機干燥具有如下特點：

a. 產品均勻。干燥、打散、分級在一個系統中完成，產品的濕含量和粒度均勻一致。

b. 產品粒度無級可調。微粉干燥機的出口有分級器，可以很方便地控制產品的粒徑。

c. 產品濕含量可調。通過調節(jié)熱風溫度和物料的停留時間，產品的濕含量很容易控制在0.1%以下。

d. 總傳熱系數大。由于攪拌器的打散作用，物料的表面積迅速增大，換熱過程大大增強。另外分級器的攪拌作用也提高了傳熱系數。

e. 節(jié)省空間。由于總傳熱系數大，干燥、破碎、分級在一個系統中完成，故設備結構緊湊，占地面積小且熱損失比常規(guī)的熱風型干燥機小。

f. 停留時間短。因物料停留時間很短，在進口熱風溫度較高時物料不會發(fā)生變質。

3 技術經濟性對比

以4 500t/a聚丙烯腈裝置為例，對兩種干燥工藝的技術經濟性比較，具體見表1。

表1 干燥系統性能對比

注：飽和蒸汽按110元/t計算、工業(yè)用電按0.5元/kW·h計算。

通過以上兩種工藝經濟性對比，可以看出，相同規(guī)模的兩種工藝中，聚丙烯腈氮氣閉路循環(huán)干燥工藝電耗低，蒸汽用量少，系統安全性高，廢氣排放量少，裝置的占地面積小，系統的整體投資低，工藝相對經濟。

4 結束語

微粉干燥機是針對漿狀物料制粉研發(fā)的一種新型干燥機，已取得多項專利。以微粉干燥機為核心設備的聚丙烯腈氮氣閉路循環(huán)干燥系統，在滿足聚丙烯腈工藝的同時，具有安全、環(huán)保、節(jié)能和技術實用的特點。該技術解決了聚丙烯腈干燥系統存在的安全、尾氣排放大、能耗高問題。氮氣閉路循環(huán)干燥技術也可向其他具有易燃易爆特點的物料干燥方面推廣。