CPE干燥技術與工藝的論證

李太祥 丁 玲

（1、河南永煤集團化工管理部，河南 永城 4766002、中國平煤神馬氯堿發展有限責任公司，河南 平頂山 467000）

前言

河南永煤集團永銀化工實業有限公司新建16萬噸/年燒堿、20萬噸/年聚氯乙烯（PVC）一期工程計劃在2011年4月份建成投產。在該裝置的生產系統中，必須配套液氯生產單元，但該項目的環評批復中明確規定不允許銷售和貯存液氯，故必須配套建設其他耗氯裝置。

通過市場調研，氯化聚乙烯(CPE)產銷形勢優于聚氯乙烯(PVC)。永銀化工利用現有土地和公用工程設施,擬建設 2萬噸/年氯化聚乙烯（CPE）項目，項目建成后可消耗液氯1.6萬噸/年，有益于優化產品結構，調整氯平衡，增強抵御市場風險的能力。

氯化聚乙烯（CPE）是由高密度聚乙烯經氯化制得的一種改性氯化高聚物，含氯量一般控制在30%～50%（質量份數）。產品外觀為白色粉末或顆粒，170℃以上分解,類似于橡膠彈性體。主要用途是作為PVC型材加工的輔料（添加比例為10%左右）。隨著我國房地產產業的迅速發展，國內PVC產能迅猛擴張，我國總生產能力達60萬噸，主要生產企業有濰坊亞星和山東、江蘇、四川的民營企業，預計CPE的年需求量將達到200萬噸。安徽省化工研究院從上世紀70年代開始進行水相法CPE的研制工作,目前是國內主要CPE成套生產技術轉讓院所。干燥工序是CPE生產中主要耗能工序之一，CPE的干燥問題曾一度成為技術難題，制約生產的“瓶頸”，其工藝與設備的選擇是否合理，決定著一個企業的生產成本、生產能力與勞動強度。

1 PE的干燥原理

濕分以松散的化學結合形式或以液態溶液存在于固相中，或集在固體的毛細微結構中，這種液體的蒸汽壓低于純液體的蒸汽壓，稱之為結合水分；而游離在表面的濕分則稱為非結合水[1]。由于在CPE的大分子結構中存在極性基因，而其粉末的結構又十分疏松，以致其濕粉中不僅會有“非結合水”，且會有“結合水”，要將其干燥到不大于0.3%（濕基）的含水量是比較困難的（此時方視為干燥合格）。為此我們選擇熱空氣作為傳熱介質進行（流態化）干燥，含有水分的顆粒物料與熱氣流接觸，由于其表面的水蒸汽壓大于熱空氣中的水蒸汽分壓，水蒸汽就由物料顆粒表面向熱空氣中擴散，而被不斷流動更新的熱空氣帶走。隨著物料表面水分的不斷汽化，物料顆粒內部的濕度又大于其表面濕度，形成了濕度梯度，則顆粒內部的水分不斷地向表面擴散，直至達到該物料的平衡水分為止。

2 PE的干燥特性

為了選擇合適的CPE干燥工藝和合適的干燥器，我們對CPE進行干燥試驗，得知干燥條件為：大氣溫度21℃、大氣相對濕度90%、熱風溫度55±1℃，CPE的平衡水分接近于0，其第一臨界濕含量為12%左右（干基），其第二臨界濕含量為4%左右（干基），并且，其內部水分的干燥是比較困難的。

3 PE的干燥工藝

PE的生產過程是一個批量生產、間歇操作、順序控制的過程，CPE漿料經離心機離心后，得到含水率30%～40%（濕基）、最小顆粒150μm、最大顆粒不超過500μm、平均顆粒220μm的濕料。此時進入干燥工序，其工藝流程如下。濕物料由料斗加入，通過螺旋輸送器進入氣流干燥管，同時開啟空氣加熱器和沸騰床頂部的引風機，物料經氣流管初步干燥后進入沸騰床，細物料經旋風分離器捕集后也落入沸騰床繼續干燥；控制進風溫度與床層溫度，調節進風量與風速，當床層與床頂溫度得到工藝要求后，吹冷風降溫，物料經出料閥流入包裝袋。

4 結果和討論

4.1 工藝路線的選擇

氣流干燥也稱“瞬間干燥”，使加熱介質與待干燥固體顆粒直接接觸，因相之間的傳熱傳質的表面積大而使體積傳熱系數ha也相當高，普通直管氣流干燥器的ha為2300～7000w/(m3.K)。熱效率高，處理量大，對CPE“非結合水”干燥效果明顯。由于物料在氣流管中的停留時間較短，所以對CPE中的“結合水”干燥比較困難，若單用此法干燥CPE需反復干燥5～6次方能合格，生產周期長、勞動強度大、物料損失多、能量消耗大、工作環境惡劣。

沸騰干燥由于物料在沸騰床中劇烈攪動，大大地減少了氣膜阻力，因而熱效率高，更重要的是物料的停留時間可以任意調節。但單用此法干燥CPE，生產中容易產生“結床”或“跑料”現象。原因是：從離心機過來的濕料，含水率較高，物料較重，進入沸騰床后，若引風機風壓不夠，物料在床中“沸騰”效果欠佳，則物料很容易結團，以致最終整體結于床中。為避免產生“結床”現象，需提高引風機風壓；但隨著干燥過程的進行、物料水分的減少、顆粒的變輕，在引風機的排風尾氣中會夾帶有大量物料，特別在接近干燥終點時“跑料”尤為明顯。

考慮到我們的CPE批量與間歇式生產的特點，根據氣流干燥與沸騰干燥的各自優點，決定選擇二者串聯的工藝。

4.2 干燥器型式的選擇

氣流管我們選用的是管徑交替縮小和擴大的脈沖式干燥管，加入的物料在管徑小的干燥管內得到加速,在管徑大的管內突然擴散減速，如此交替進行，熱空氣和顆粒之間的相對運動速度較大，從而強化了傳熱傳質的效果。根據CPE的干燥特點，沸騰干燥器選用的是單層臥式沸騰床，此床結構簡單，容易操作，干燥速度快，處理量大。

5 結束語

該項目總投資估算5394.12萬元。項目建成后，可實現產值2.38億元/年，利稅1020.95萬元/年，利潤872.6萬元/年，項目投資回收期5年。

[1]潘永康，王喜忠.現代干燥技術[M].北京：化學化工出版社，1998，12-13.

[2]楊云.CPE沸騰干燥試驗[J].安徽化工，1991（CPE專輯）：34-36.

[3]何勇，宋秋生等.CPE干燥用沸騰床氣流分布板開孔率的計算方法初探[J].安徽化工，2000，26（6）：43-45.