機械消泡在糊樹脂生產中的應用

劉中海，尹建平，張國玉，汪海位，吳智兵

（新疆天業（集團）天偉化工有限公司，新疆 石河子 832000）

在微懸浮法聚合生產聚氯乙烯糊樹脂過程中，傳統消泡工藝通常是在回收過程中加入聚醚、有機硅或二者的復合物消泡劑加以消泡，通過加入消泡劑的化學方法來消除泡沫，不但成本較高，還直接影響膠乳的穩定性和產品的性能。

1 機械消泡技術

泡沫是氣體分散在液體中的熱力學不穩定的分散體系。泡沫的破泡是由于從泡沫中析出液體（脫水收縮）、氣泡中的氣體擴散，以及由此產生的氣泡膜厚度的變薄，最后直至氣泡破裂。泡沫的脫水收縮是造成泡沫破泡的主要原因，在重力作用下可以促使泡沫的液膜不斷變薄。泡沫是由不同尺寸的氣泡組成的多相分散體系。氣泡中的氣體擴散是由于各氣泡內的壓力不同，小尺寸氣泡內的壓力要比大尺寸氣泡內的壓力大，因而發生壓力高的氣泡中的氣體向壓力低的氣泡中擴散，導致大氣泡體積不斷擴大和小氣泡體積不斷縮小以至消泡。氣泡破裂是脫水收縮和氣體擴散的最終過程，由于脫水收縮和氣體擴散，氣泡間的液膜變薄至極限厚度，氣泡由球形變成多角形，此時，泡沫便開始自動破滅，糊樹脂回收過程產生的泡沫夾帶固相，更有利于重力沉降。因此，通過機械作用力加快液體的重力沉降和氣體擴散使泡沫加速破滅成為可能。

機械消泡研究主要在國外進行，國內生產企業進行了仿制，沒有形成完整的理論體系。機械消泡主要包括4種形式，即離心式、噴射式、擋板式和綜合式。

新疆天業（集團）有限公司下屬天偉化工有限公司20萬t/a特種PVC裝置于2014年4月一次開車成功，其中10萬t/a微懸浮法糊樹脂裝置在新疆是首家，填補了新疆地區糊樹脂市場的空白，首次在電石法糊樹脂聚合中研發機械消泡工藝，在回收系統使用消泡機、消泡塔，無需消泡劑同樣可以解決回收系統中的泡沫問題。降低了運行成本，提高了產品質量，有效促進節能減排，實現清潔生產目標。

2 工藝流程簡述

來自聚合工序的乳膠經聚合出料后進入卸料槽，乳膠在卸料槽內經攪拌機攪拌產生大量泡沫，泡沫上浮進入消泡機，經消泡后，VC氣體夾帶少量泡沫進入脫泡塔，在脫泡塔內進行再次消泡，破泡后，氣相單體經真空泵回收進入氣柜，乳液流入塔底，經脫泡塔出塔泵進入卸料槽，消泡完畢后，乳膠經卸料槽底部進入干燥工序。脫泡工藝流程見圖1。

圖1 脫泡工藝流程

聚合反應結束后，啟動出料回收系統，將PVC漿料自動排入卸料槽中。卸料槽頂部安裝機械消泡機，消泡機是利用高速旋轉的轉子產生的強大的離心力，加快液體中顆粒的沉降速度，把物料中不同沉降系數和浮力密度的物質分離開。物料在機器里面進行高速旋轉時受到離心力的作用，沿矢量方向產生的比重分離運動與材料自重所產生的向上推動作用將泡分離出來。用來消除卸料槽內的泡沫，進行氣液分離后，回收VC與聚合系統的回收VC一并進入消泡塔，利用消泡塔內部為刺結構塔盤，氣相中的泡沫夾帶物料通過塔盤時被塔盤上的刺劃破，氣相繼續上升，固、液相依靠自身的重力下沉，達到消除回收氣相中夾帶物料的目的。消泡塔收集的未反應的氯乙烯，送入回收氣柜。塔底收集的PVC漿料乳膠泵打回卸料槽。

3 脫泡裝置的應用

脫泡工藝的主要設備包括卸料槽、攪拌裝置、消泡機、脫泡塔、真空泵、脫泡塔出塔泵等，該工藝由天偉化工有限公司自主研發，脫泡塔在聚氯乙烯糊樹脂生產中具有一定的使用價值。天偉化工有限公司采用的脫泡塔為一封閉的圓形塔體，塔體底部設有出料口，塔體內部設有多層塔板，最下層塔板與出料口之間設有進料口，回收的VC氣體由此進料；塔體頂部設有出氣口，脫除的VC氣體經真空泵后去回收氣柜；塔體中部與最上層塔板上部設有進水口，用于沖洗塔板。

在糊樹脂生產中脫除泡沫中含有VC氣體的主要構件是塔板，其脫泡塔塔板上部設有緩沖罩，緩沖罩為半球形，緩沖罩下部設有支腿，支腿下部設有鐵絲網，鐵絲網為向下的圓錐形，鐵絲網下部設有尖刺，尖刺對泡沫造成破壞，圓錐形鐵絲網增加了每層塔板的消泡面積，提升了消泡效率，緩沖罩與支腿對消泡后產生的乳液起到緩沖引流的作用，利于乳液進入塔底，這種脫泡塔結構簡單實用，消泡性能好。脫泡塔結構見圖2。

4 效益計算

消泡裝置的應用，消除了回收氣物料泡沫，降低了夾帶的糊樹脂物料的損失，避免了使用化學消泡劑對產品的質量產生的影響，同時減少了化學消泡劑的成本費用及運行費用，操作簡單，可自動化控制，降低了勞動強度，提高了生產率。

圖2 脫泡塔結構圖

天偉化工有限公司糊樹脂裝置共有8臺卸料槽、8臺脫泡塔，分為4條獨立的生產裝置，其中2臺卸料槽并聯使用，2臺脫泡塔串聯使用，在生產過程中使用機械消泡工藝對糊樹脂卸料槽內的泡沫進行消除，每噸樹脂可節省消泡劑7 kg左右，每公斤消泡劑價格為20元左右，每噸糊樹脂可節省140元左右。

機械消泡最大的效益主要不是在于節省消泡劑，而是在不使用消泡劑的情況下，保證了聚氯乙烯糊樹脂產品的質量，該公司生產的聚氯乙烯糊樹脂產品標準糊黏度低于3 000 mPa·s，每年可生產優質聚氯乙烯糊樹脂100 000 t，生產的高質量糊樹脂價格可比通用糊樹脂高500～800元/t。通過機械消泡工藝可進一步提升聚氯乙烯糊樹脂產品的質量。

［1］邴涓林，黃志明.聚氯乙烯工藝技術.北京：化學工業出版社，2008.