NIR960型在線(xiàn)揮發(fā)分分析儀在PVC生產(chǎn)中的應(yīng)用

鄭云龍，王加明,田智龍

(中鹽吉蘭泰氯堿化工有限公司，內(nèi)蒙古 阿拉善 750336)

PVC是由氯乙烯單體聚合而成的高分子化合物,廣泛用于建筑、輕工、農(nóng)業(yè)、電子電器、包裝等領(lǐng)域。PVC有一項(xiàng)重要的指標(biāo)是水含量，如果水含量過(guò)高，則不能滿(mǎn)足國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)要求；如果水含量過(guò)低，則產(chǎn)品靜電較大，影響下游客戶(hù)的混料，進(jìn)而影響生產(chǎn)效率。現(xiàn)行的國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)中，揮發(fā)物(包括水)含量是SG5型通用PVC樹(shù)脂指標(biāo)中的一項(xiàng)，揮發(fā)物(包括水)質(zhì)量分?jǐn)?shù)≤0.4%即能達(dá)到優(yōu)等品要求[1]。

中鹽吉蘭泰氯堿化工有限公司(以下簡(jiǎn)稱(chēng)吉蘭泰公司)PVC生產(chǎn)線(xiàn)采用沸騰床干燥，影響干燥效果的主要因素有離心機(jī)進(jìn)料量、床溫、風(fēng)溫、風(fēng)量、停留時(shí)間等。因影響因素較多，在實(shí)際控制中，操作人員只能根據(jù)經(jīng)驗(yàn)調(diào)整，其結(jié)果往往是水含量偏低，影響成品包裝和下游客戶(hù)配料速度。為使操作人員能夠直觀地看到控制結(jié)果，2017年吉蘭泰公司在干燥床末端加裝了NIR960型PVC粉在線(xiàn)揮發(fā)分分析儀，能夠?qū)崟r(shí)顯示，為操作人員提供了依據(jù)。

1 在線(xiàn)揮發(fā)分分析儀原理簡(jiǎn)介

在線(xiàn)揮發(fā)分分析儀采用的是近紅外光工作原理。某些特定的分子鍵會(huì)吸收特定波長(zhǎng)的光，與這些分子鍵所對(duì)應(yīng)的特定波長(zhǎng)的光在材料中的吸收程度與材料中所含的這些分子的數(shù)量呈比例關(guān)系。

常見(jiàn)分子鍵吸收特定波長(zhǎng)的光譜圖見(jiàn)圖1。

NIR960型在線(xiàn)揮發(fā)分分析儀就是利用了水分子中的—OH鍵對(duì)不同波長(zhǎng)的近紅外光的吸收率與它的總量呈特定的比例關(guān)系的原理。鹵素光源發(fā)出的紅外光通過(guò)濾光片形成一系列窄波段的光脈沖序列，其中至少1個(gè)波段與被測(cè)成分所吸收的波段相關(guān)，所生成的其他特定波段光線(xiàn)不會(huì)被這種成分所吸收。這些特定波段的光線(xiàn)照射在被測(cè)物體上，散射的光線(xiàn)由溫控探測(cè)器采集。探測(cè)器將光亮信號(hào)轉(zhuǎn)換為電信號(hào)輸出，最終得到的數(shù)值以百分比顯示。另外，為了補(bǔ)償光線(xiàn)的變化，一道內(nèi)部光線(xiàn)同時(shí)被測(cè)量。這種方式可以補(bǔ)償日光、燈光等造成的影響，保證測(cè)量的精確性和標(biāo)定的穩(wěn)定性。

圖1常見(jiàn)分子鍵吸收特定波長(zhǎng)的光譜圖
Fig.1Spectraofspecificwavelengthsabsorbedbycommonmolecularbonds

2 加裝在線(xiàn)揮發(fā)分分析儀的情況介紹

2.1 加裝在線(xiàn)揮發(fā)分分析儀前

PVC成品水含量需要人工現(xiàn)場(chǎng)取樣后，再?gòu)臉悠分腥? g進(jìn)行檢測(cè)。檢測(cè)時(shí)須將熱烘箱溫度升到110 ℃，升溫需要1 h；再將樣品放置在熱烘箱內(nèi)1 h后取出，移至干燥器中再保持0.5 h，將樣品溫度降至常溫，最后取出樣品稱(chēng)重，經(jīng)計(jì)算得到水含量。整個(gè)過(guò)程至少需要2.5 h，即每班最多只能檢測(cè)3次。受分析時(shí)間所限，不能實(shí)時(shí)監(jiān)控，工藝調(diào)整相對(duì)滯后，不能及時(shí)有效優(yōu)化控制參數(shù)，且該種檢測(cè)方法無(wú)法避免人為因素的影響。

由于分析數(shù)據(jù)滯后，無(wú)法及時(shí)根據(jù)檢測(cè)結(jié)果作出相應(yīng)工藝參數(shù)調(diào)整，造成PVC成品中含水質(zhì)量分?jǐn)?shù)有時(shí)遠(yuǎn)低于國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)0.4%的要求，有時(shí)又高于標(biāo)準(zhǔn)要求，造成成品降級(jí)，產(chǎn)生不必要的損失。PVC成品中水含量過(guò)低，勢(shì)必造成蒸汽浪費(fèi)，PVC粉靜電附著現(xiàn)象明顯，機(jī)械流動(dòng)性下降，影響產(chǎn)品包裝效率。

經(jīng)統(tǒng)計(jì)，吉蘭泰公司2015年P(guān)VC成品含水質(zhì)量分?jǐn)?shù)平均在0.1%左右，月平均水含量數(shù)據(jù)如表1所示。2016年，為解決客戶(hù)提出的PVC樹(shù)脂靜電大、混料困難等問(wèn)題，吉蘭泰公司對(duì)生產(chǎn)線(xiàn)進(jìn)行了針對(duì)性調(diào)整，如穩(wěn)定干燥進(jìn)料量、床溫、風(fēng)溫等，水含量有了一定提高，但總體數(shù)值仍偏低，并且不穩(wěn)定。2016年P(guān)VC 樹(shù)脂成品月平均水含量數(shù)據(jù)見(jiàn)表2。

表1 2015年P(guān)VC成品揮發(fā)分(包括水)含量統(tǒng)計(jì)Table 1 Statistics of volatiles (including water) content of finished PVC products in 2015 %

表2 2016年P(guān)VC成品揮發(fā)分(包括水)含量統(tǒng)計(jì)Table 2 Statistics of volatiles (including water) content of finished PVC products in 2016 %

2.2 加裝在線(xiàn)揮發(fā)分分析儀

(1)安裝位置。

流化床：分析儀一般安裝在振動(dòng)篩下料管或者烘干機(jī)出口卸料閥下端，通過(guò)取樣器測(cè)量PVC粉的水含量。

旋風(fēng)干燥床：在振動(dòng)篩上端或下端、螺旋輸送機(jī)管道上加裝分析儀，通過(guò)取樣器測(cè)量PVC粉的水含量。

(2)揮發(fā)分分析儀的控制調(diào)整。

通過(guò)調(diào)整干燥溫度、送風(fēng)量、噴霧量、袋濾器或分離器開(kāi)度等參數(shù)進(jìn)行控制，還可以通過(guò)DCS系統(tǒng)進(jìn)行數(shù)據(jù)存儲(chǔ)及監(jiān)控水含量變化趨勢(shì)。

(3)揮發(fā)分分析儀的標(biāo)定。

技術(shù)人員在現(xiàn)場(chǎng)記錄揮發(fā)分分析儀顯示數(shù)值，利用烘箱烘干樣品測(cè)定水含量，同時(shí)利用精度較高的快速水分測(cè)定儀同時(shí)驗(yàn)證，收集數(shù)據(jù)，逐步調(diào)整揮發(fā)分分析儀的參數(shù)，歷時(shí)1周完成了揮發(fā)分分析儀的標(biāo)定。

3 加裝在線(xiàn)揮發(fā)分分析儀后運(yùn)行情況

2017年1月，吉蘭泰公司在離心干燥工序安裝了2臺(tái)NIR960型在線(xiàn)揮發(fā)分分析儀，分別用于檢測(cè)2條生產(chǎn)線(xiàn)的PVC成品水含量。安裝位置選擇在成品卸料閥下端和振動(dòng)篩上方，分析儀通過(guò)輸送4～20 mA信號(hào)到DCS，實(shí)現(xiàn)了數(shù)據(jù)的實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)、在線(xiàn)連續(xù)測(cè)量PVC粉水含量。

3.1 加裝揮發(fā)分分析儀后的干燥工藝調(diào)整

揮發(fā)分分析儀投用后，干燥床運(yùn)行仍存在水含量總體偏低的問(wèn)題，如果通過(guò)床溫進(jìn)行調(diào)整，干燥床運(yùn)行穩(wěn)定性較差。通過(guò)技術(shù)分析發(fā)現(xiàn)干燥床末端擋板過(guò)高，樹(shù)脂在干燥床內(nèi)停留時(shí)間過(guò)長(zhǎng)，造成水含量偏低。因而對(duì)干燥床末端的擋板進(jìn)行改造，由一塊整板分割成若干條，分別固定，逐條取下以降低擋板高度，減少物料在干燥床的停留時(shí)間，最終使干燥床的運(yùn)行更加穩(wěn)定。通過(guò)干燥床擋板技改和干燥相關(guān)參數(shù)的配合調(diào)整，已能將PVC成品含水質(zhì)量分?jǐn)?shù)控制在0.2%～0.35%，數(shù)據(jù)見(jiàn)表3。

表3 2017年P(guān)VC成品揮發(fā)分(包括水)含量統(tǒng)計(jì)Table 3 Statistics of volatiles (including water) content of finished PVC products in 2017 %

3.2 2015—2017年P(guān)VC成品揮發(fā)分(包括水)含量對(duì)比

2015—2017年P(guān)VC成品揮發(fā)分(包括水)含量對(duì)比見(jiàn)表4。

表4 2015—2017年P(guān)VC成品揮發(fā)分(包括水)含量平均值對(duì)比Table 4 Comparison of average volatiles (including water) content of finished PVC products produced between 2015 and 2017 %

4 加裝在線(xiàn)揮發(fā)分分析儀后的運(yùn)行效果

(1)成品水含量增加，產(chǎn)生了可觀的經(jīng)濟(jì)效益。

加裝在線(xiàn)揮發(fā)分分析儀后，以 PVC樹(shù)脂年產(chǎn)量40萬(wàn)t計(jì)算，含水質(zhì)量分?jǐn)?shù)提高了0.2百分點(diǎn)左右，每年可增加PVC產(chǎn)量約640 t。

(2)成品流動(dòng)性增強(qiáng)，物料輸送更加穩(wěn)定。

隨著水含量的提高，干燥床、送料管壁PVC粉的靜電附著力降低，樹(shù)脂流動(dòng)性增強(qiáng)。水含量由原來(lái)每2.5 h人工檢測(cè)1次，變?yōu)檫B續(xù)實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)，減少了人為因素的影響。

(3)蒸汽用量減少，降低了能耗。

由于成品水含量增加，蒸汽用量減少，進(jìn)床蒸汽壓力由原來(lái)的0.12 MPa降低至0.06 MPa，蒸汽冷凝水量明顯減少，能耗顯著降低。

(4)客戶(hù)反饋效果較好。

對(duì)水含量提高后的樹(shù)脂進(jìn)行跟蹤，客戶(hù)明顯覺(jué)得成品的流動(dòng)性增加，混料速度加快，生產(chǎn)效率提高。

5 結(jié)語(yǔ)

加裝在線(xiàn)揮發(fā)分分析儀的改造投資少、見(jiàn)效快，解決了人工檢測(cè)分析數(shù)據(jù)滯后、DCS中控監(jiān)控調(diào)整參數(shù)不及時(shí)的弊端，降低了床溫，相應(yīng)地使水、蒸汽等的消耗降低，不僅在一定程度上降低了PVC樹(shù)脂的生產(chǎn)成本，而且使其產(chǎn)量增加了600 t/a以上，給企業(yè)帶來(lái)了可觀的經(jīng)濟(jì)效益。