氣流干燥法在橡膠硫化促進(jìn)劑生產(chǎn)工藝中的應(yīng)用研究

韓孝威，李釩

（1.天津一化化工有限公司，天津300022；2.天津渤海職業(yè)技術(shù)學(xué)院，天津300402）

氣流干燥應(yīng)用于橡膠硫化促進(jìn)劑（簡稱促進(jìn)劑）的生產(chǎn)工藝已較為普遍，但就促進(jìn)劑本身物性特點(diǎn)在實(shí)際設(shè)計(jì)及應(yīng)用中尚有一些具體問題需要注意，本人在經(jīng)過幾套氣流干燥系統(tǒng)設(shè)計(jì)過程中積累了一些經(jīng)驗(yàn)，希望與大家交流。

1 促進(jìn)劑物性特征分析

1.1 粒徑

促進(jìn)劑大多為在液相中化學(xué)反應(yīng)而生成的固體顆粒。顆粒粒徑隨品種及反應(yīng)條件不同而有一定變化。目前通用的生產(chǎn)工藝所得產(chǎn)品粒徑一般為40～1000nm，但除溶劑法產(chǎn)品外，多數(shù)促進(jìn)劑平均粒徑為50～70nm左右。

1.2 含水情況

經(jīng)離心機(jī)脫水后的促進(jìn)劑濾餅含水量一般為16%～35%,因品種而異。物料中所含水分結(jié)合形式為自由水和毛細(xì)管膠體兩種形式共存。后者正是降速干燥階段要去除的對象。

1.3 物料比熱

有關(guān)促進(jìn)劑物性手冊中很少有這方面的準(zhǔn)確介紹。經(jīng)實(shí)踐摸索證明幾種常用促進(jìn)劑（MBT、MBYS、CBS、DPG、TMTD、DCBS） 比熱值基本一致，為 1.2～1.35J/g.℃。

1.4 熱敏性

大多數(shù)促進(jìn)劑熔點(diǎn)較低（低于180℃）且有些品種長時間受熱易分解。

2 氣流干燥法設(shè)備選型依據(jù)

根據(jù)上述促進(jìn)劑物料特性及最終含水量的要求（產(chǎn)品濕含量≤0.2%）選擇直管氣流干燥設(shè)備處理經(jīng)離心機(jī)脫水后的促進(jìn)劑濾餅是比較合理的選擇。其優(yōu)點(diǎn)是：①干燥強(qiáng)度大，由于采用對流干燥，粉狀物料以流態(tài)化分散在運(yùn)動的熱空氣中。此時可以把顆粒的全部表面積作為干燥有效面積，因此氣流干燥的有效面積遠(yuǎn)大于其他干燥形式，同時由于干燥過程中熱空氣的攪動作用顆粒氣化表面不斷更新，因此干燥過程的傳熱傳質(zhì)強(qiáng)度很大。②干燥時間短，氣流干燥的熱空氣與物料接觸時間很短，一般不超過5s，因此對于熔點(diǎn)較低或具熱敏性的促進(jìn)劑干燥尤為適合。③熱效率高，氣流干燥采用氣，固相并流操作而且表面氣化階段物料始終處于接觸的氣體濕球溫度（≤60℃），在干燥末期物料溫度上升階段氣體溫度已大大降低（≤55℃），物料溫度一般為40～50℃。所以絕大部分熱能（80%以上）用于蒸發(fā)物料中水分，只有約10%左右的熱能用于加熱物料。④處理量大，可連續(xù)生產(chǎn)，占地100M2的設(shè)備一般就可達(dá)到2500～3000t/a的處理能力。

3 設(shè)計(jì)中應(yīng)注意的幾個問題

①熱空氣溫度：雖然理論上氣流干燥的熱空氣溫度可以大幅度地高出被干燥物料的熔點(diǎn)，且熱空氣的溫度越高干燥器的熱效率越高。但在促進(jìn)劑干燥應(yīng)用中還是有其特殊性的，如果在設(shè)計(jì)時將熱空氣的溫度設(shè)計(jì)過高，（大幅度高于物料熔點(diǎn)）在正常干燥處理時問題尚不明顯，一旦處于空車運(yùn)行（開，停車及暫時物料不能連續(xù)時，這種情況經(jīng)常發(fā)生）熱空氣接觸物料（附著在干燥管內(nèi)壁的基本層）就會使物料融化或分解。此現(xiàn)象反復(fù)出現(xiàn)并積累就可堵塞設(shè)備，造成故障。所以在設(shè)計(jì)時熱空氣溫度應(yīng)以稍高于被干造物料的熔點(diǎn)為宜，一般為物料熔點(diǎn)上浮15～20℃為宜。②設(shè)備形式：由于大多數(shù)促進(jìn)劑流動性較差（堆積夾角≤600°）所以在設(shè)計(jì)時干燥段宜采用直管干燥形式。且干燥段風(fēng)速不能低于18M/S,實(shí)際設(shè)計(jì)時取18～22M/S。其他與物料接觸的設(shè)備應(yīng)考慮易于物料流動。③空氣預(yù)熱器：由于促進(jìn)劑本身熔點(diǎn)的限制，用于干燥的熱空氣溫度一般在90～140℃。所以常采用蒸氣加熱空氣裝置，設(shè)計(jì)時應(yīng)采用兩級加熱。第一級先初步加熱，將常溫空氣加熱到60～70℃左右，再進(jìn)行第二級加熱，將第一級加熱后的60～70℃左右的熱空氣繼續(xù)加熱到設(shè)計(jì)溫度。兩極加熱所用的蒸汽應(yīng)串聯(lián)。即飽和蒸汽先進(jìn)入二級加熱裝置，在第二級換熱后變成低壓不飽和蒸汽再進(jìn)入第一級加熱。這樣可充分利用蒸汽熱能，如設(shè)計(jì)合理可保證排氣口無蒸汽排出。④干燥管高度設(shè)計(jì)：由MBT,MBTS,CBS,DPG等幾套氣流干燥設(shè)備設(shè)計(jì)得出經(jīng)驗(yàn)，一般物料在干燥管內(nèi)停留時間達(dá)1～1.2s即可達(dá)到干燥目的。所以設(shè)計(jì)干燥管高度時按下式較為適用：

Z: 干燥管高度：m；Vg ：空氣速度：m/s；Vs ：促進(jìn)劑顆粒沉降速度：m/s；T：停留時間一般取 1～1.2s。

⑤盡量避免使用破碎設(shè)備:由于脫水后的促進(jìn)劑濾餅大多比較疏松，在加速干燥階段，靠物料自身之間和管壁之間的碰撞就能很快粉化，所以設(shè)計(jì)時沒必要在干燥系統(tǒng)中考慮濾餅破碎裝置。且增加破碎裝置會增大系統(tǒng)阻力，增加動力消耗。設(shè)計(jì)過的幾套無破碎裝置的氣流干燥設(shè)備在使用中效果較好。⑥在系統(tǒng)中加入篩分設(shè)備：一般促進(jìn)劑經(jīng)過干燥后，還需要經(jīng)過篩分去除超徑物料及機(jī)械雜質(zhì)。選擇適宜的篩分設(shè)備（汽流篩）將篩分設(shè)備融入氣流干燥系統(tǒng)，將干燥、篩分兩個單元操作在一套系統(tǒng)內(nèi)完成。即簡化了操作又減少了粉塵泄漏。