埋管流化床干燥機在多聚甲醛干燥中的應用

尤長升 梁國林 陳際顯 許芳芳 竇 剛 苗 帥

（山東天力干燥股份有限公司)

0 前言

多聚甲醛是甲醛溶液經過脫水縮聚形成的一種白色粉末，其閃點為70℃，熔點為120～170℃，是一種熱敏性物料，溫度過高會導致氣化。國內外應用較成熟的多聚甲醛生產工藝路線主要有真空耙式干燥器干燥制多聚甲醛、金屬傳送帶干燥制多聚甲醛，以及噴霧法、共沸精餾法制多聚甲醛等。噴霧法制多聚甲醛，首先是采用噴霧造粒 （或將濃縮后的甲醛冷卻固化再擠壓造粒），然后再經過流化床分段控溫干燥得到多聚甲醛產品[1]。

本文主要研究噴霧法生產多聚甲醛工藝中干燥階段的工藝和干燥設備問題。對噴霧法生產多聚甲醛的普通流化床干燥工藝進行了改進。成功地將埋管流化床干燥機應用于多聚甲醛干燥工藝，其節能和增產效果十分顯著。

1 埋管流化床干燥多聚甲醛的生產工藝概述

1.1 埋管流化床干燥工藝

噴霧法生產多聚甲醛過程中，干燥單元的主要作用是將已造粒成形的多聚甲醛中的水分脫除到產品出廠的要求。國內一般采用普通流化床干燥機分段控溫，利用生產系統本身的循環熱流體對物料顆粒加熱脫水。根據氣固流化床固體濃度分布的研究，普通流化床流化速度大，氣—固系統流化現象復雜，氣體與固體顆粒不能很好接觸，易產生溝流、死床和騰涌等不正常現象，導致換熱效率低等問題[2]。另外，多聚甲醛在加熱脫水時，存在甲醛易揮發損失、收率低等問題。

針對以上普通流化床干燥機在多聚甲醛干燥過程中存在的問題，開發出埋管流化床干燥多聚甲醛的新工藝。埋管流化床干燥機是在普通流化床的基礎上將換熱器內置于流化床流化段而形成的干燥機。據介紹，在相同產量的條件下，其所需的熱量僅為沒有內加熱管的20%，故相應的尾氣量也大約為熱空氣加熱型的26%左右。另外，由于床層面積縮小了，故內置加熱管后熱損失也相應地減小了。從計算來看，埋管流化床干燥機節約的能量是十分驚人的[3]。

埋管流化床干燥機的干燥過程主要是，經噴霧造粒或擠壓造粒后含有一定水分的顆粒狀多聚甲醛進入流化床，采用惰性氣體作為干燥介質進行干燥。與普通流化床干燥機循環風不同的是，埋管流化床干燥機循環風僅僅起到攜帶水分、維持床層物料顆粒正常流態化的作用。循環風通過風機加壓進入流化床干燥機，攜帶干燥出的水分及含塵氣體先進入除塵設備凈化，再由洗滌塔二次凈化后排空。甲醛物料進入流化床，與經過分布板的循環風接觸形成流態化，達到氣固相與內置在料層內的換熱管進行熱交換，整個系統干燥所需的大部分熱量由內置換熱器提供，干燥脫水后的多聚甲醛在流化床冷卻段經過低溫干燥循環風的深度脫水和冷卻降溫后，由流化床排出至產品包裝工段。

具體的多聚甲醛埋管流化床干燥工藝如圖1所示。

圖1 多聚甲醛埋管流化床干燥工藝

1.2 埋管流化床干燥機操作

1.2.1 干燥試驗

由于多聚甲醛加熱脫水時伴隨氣化損失這一現象，因此正確選取內置換熱器加熱介質及確定介質運行溫度尤為重要。通過試驗，獲取了不同溫度下多聚甲醛的干燥曲線，如圖2所示。

試驗結果：

圖2 不同溫度下多聚甲醛干燥曲線

50℃烘干物料26 min，物料失重至濕基含水率為4% （存在氣化現象）；

60℃烘干物料9.5 min，物料失重至濕基含水率為4%（存在氣化現象），16min后開始明顯氣化；

70℃烘干物料7.5 min，物料失重至濕基含水率為4%（存在氣化現象），10min后開始明顯氣化；

90℃烘干物料4 min，物料失重至濕基含水率為4%（存在氣化現象），5.5 min后開始明顯氣化。

可以看出，不同溫度下，多聚甲醛的干燥速率差異很大。溫度越高，多聚甲醛的氣化率也越大，嚴重影響了產量；溫度降低，干燥速率隨之降低，物料在流化床內停留時間就長，也影響了產量。根據試驗數據，結合干燥床在干燥物料時水分不均一現象，基于多聚甲醛本身熔融性的條件，選用90℃熱水為內置換熱器的加熱介質。

1.2.2 操作參數及熱量對比

（1）操作參數對比

多聚甲醛普通流化床干燥機操作參數和埋管流化床干燥機操作參數如表1所示，其中埋管流化床按進料含水率10.5%、干燥至含水率4%確定。

（2） 熱量對比

多聚甲醛普通流化床干燥機有效熱量為9.63×105kJ/h。考慮熱損失為5%，取8.79×105kJ/h。

多聚甲醛埋管流化床干燥機提供的有效熱量由熱風和內置換熱器提供，考慮到熱損失和物料溫升熱損失，用于脫水的熱量為1.05×106kJ/h。

由以上操作參數可以看出，埋管流化床干燥機脫水量增加70 kg/h，折合增加產量1.2 t/h，比普通流化床干燥機增加產量30%。

2 埋管流化床干燥工藝節能和增產效果

由于埋管流化床干燥機中的流體介質僅僅起攜帶水分、維持床層物料顆粒正常流態化的作用，因此其比普通流化床干燥物料所需的熱空氣量大大減少，從而減少了干燥系統的尾氣熱損失，提高了系統的熱效率。埋管流化床干燥機干燥系統的熱量得到了有效的利用，減少了能源消耗，提高了能源的利用率，因此其節能效果顯著。此外，由于內加熱式流化床干燥機體積小，系統輔機相應變小，從而節省了占地面積，降低了干燥系統的建設投資。

表1 普通流化床和埋管流化床操作參數對比

埋管流化床的干燥過程主要是內加熱器與兩相流的傳熱過程。在兩相流傳熱的流體膜理論中，流化床內呈流態化的固體顆粒與內置換熱器的壁面進行強烈的撞擊，減薄了換熱面附近的流體邊界層。換熱管的規則布置也是對流化床床層的間接優化，對物料的分布起到了均勻化的作用，在一定程度上避免了普通流化床布風不均、導致物料走短路 （直接被循環風夾帶出流化床）、造成物料干燥不均的缺陷。因此，埋管流化床干燥機有效地增大了換熱系數，提高了換熱效率，減少了物料在流化床內的停留時間，避免了未經干燥的物料隨產品排出床層，從而提高了流化床干燥機的產量。

3 埋管流化床干燥機的應用

根據埋管流化床干燥機的優勢及節能環保等特點，對江蘇某公司噴霧法生產多聚甲醛的普通流化床進行了改造和優化。該項目結合實際生產情況，在盡量不改變原生產工藝的前提下，對現有流化床干燥段增加內置加熱換熱器，在冷卻段增加內置冷卻換熱器，即僅僅增加換熱器加熱設備和加熱介質控制管路及管件，但對物料流和加熱方式重新進行了設計優化，并在現場反復進行了安裝、調試和改進。

通過長時間的運行表明，對普通流化床增加的內置換熱器，不僅提供了干燥系統所需的熱量，而且起到了內部構件的支撐作用，對原有流化床的結構起到了加強效果。改造后的系統運行可靠，流化床料層均勻連續，無粘壁、溝流、死床等不正常現象。由于內置換熱器后系統較普通流化床換熱效率高，減少了物料在床內的停留時間，因而物料的氣化率明顯降低，流化床出風夾帶量也顯著減少。改造后系統產量提高了30%以上，超過了設計目標，增產效果十分明顯。

4 結束語

從本次改造項目可以看出，埋管流化床干燥多聚甲醛系統主要優化了所需熱量的分配方式，以高換熱效率的內置換熱器形式提供系統的主要熱量，保證系統以高利用率完成熱交換。在正常運行情況下，產能達到設計要求，提產效果明顯，為廠方創造很高的經濟效益。以其不影響產品質量、運行穩定可靠、結構簡單、安裝方便、投資改造費用低等優勢，在噴霧法制備多聚甲醛工藝中的成功改造應用，具有相當客觀的經濟效益。埋管流化床干燥多聚甲醛作為節能環保裝置，必將取得更好的社會效益。

[1]楊明菊，王亞.多聚甲醛的生產工藝及技術進展 [J].四川化工，2009 （4）：26-28.

[2]蔡進，李濤，孫啟文，等.氣固流化床固體濃度分布的冷模研究 [J].過程工程學報，2008，8（5）：839-844.

[3]崔春芳，童忠良.干燥新技術及應用 [M].北京：化學工業出版社,2008：109-111.