專用樹脂自動涂釜技術研發

董 博，劉 巖，張 超，董學立，張勝男

（唐山三友氯堿有限責任公司，河北 唐山 063305）

唐山三友氯堿有限公司聚氯乙烯專用樹脂穩定運行已近五年，目前生產能力為6萬t/a。專用樹脂的生產采用48 m3聚合釜，其涂壁系統一直為手動操作，使用自制手動噴槍在聚合釜入料之前手動往釜壁四周進行噴涂，由于聚合釜內攪拌為中式框架攪拌，聚合釜高徑比為2.81，屬于細長型釜，釜內高度約為8 m。使用手動噴槍涂釜，釜頂及釜底存在部分死角，又由于人為因素造成釜壁以及攪拌等涂釜不均，涂釜后人工用臨時軟管對釜壁進行沖洗，同樣存在沖洗不徹底的問題。由于涂壁效果不佳，造成聚合釜反應結束后渣子料多，清釜困難，釜換熱能力下降，嚴重影響生產。

本文研發了一種新型自動涂釜工藝，分別從DCS控制系統、涂釜技術參數等方面進行研究，有效改善涂釜效果，降低生產損耗的同時，也降低了工人的勞動強度。

1 主要研究內容及方向

1.1 涂釜設備研發

（1）該自動涂釜系統采用雙向高壓噴淋閥，在高壓蒸汽作用下，使涂釜液充分霧化，涂釜均勻且無死角。

（2）加裝文丘里混合噴射器，該設備包括涂釜液噴射管、噴射口連接法蘭、噴射管支撐架、主噴流管、氮氣入口法蘭、氮氣管異徑接頭、氮氣管、后加強管、涂釜液異徑接頭、涂釜液入口法蘭、沖洗水管及沖洗水入口法蘭。與管線普通三通相比，該混合噴射裝置能夠完全實現氣液充分混合均勻，明顯改善涂釜效果，防止了聚合釜涂釜液噴涂效果不好，導致釜壁粘料、反應結束后渣子料多的問題。

1.2 DCS控制技術的研發

開發微懸浮聚合生產專用樹脂的全自動涂釜控制系統，能精確的控制自動涂釜時涂釜液及蒸汽用量、自動涂釜后沖洗水時間、固化時間及固化溫度等工藝條件，降低生產消耗。

2 實驗部分

2.1 專用涂釜設備的加裝

該實驗在專用樹脂48 m3聚合釜釜頂兩端加裝高壓噴淋閥，涂釜液從儲罐通過高壓屏蔽泵加壓經輸送管線至釜頂，與作為涂釜載氣的蒸汽經文丘里噴射器進行充分混合、霧化后進行噴涂，作業完成后釜夾套熱水升溫固化，最后用純水沖洗下多余涂釜液，自動涂釜工藝流程圖見圖1。

2.2 涂釜工藝條件的探索

（1）項目組分別設定涂釜液用量：2kg/釜，3kg/釜，4 kg/釜，5 kg/釜，6 kg/釜，7 kg/釜，觀察涂釜效果，涂釜液用量與清釜效果表見表1。

表1 涂釜液用量與清釜效果表

根據表1可以看出，當涂釜液用量小于5 kg時，隨著涂釜液用量的增加，清渣量減少，涂釜效果明顯增強；當涂釜液用量大于5 kg時，隨著涂釜液用量的增加，清渣量基本上無變化，說明涂釜效果已達到最優，因此，選用涂釜液5 kg作為自動涂釜時最佳用量。

（2）涂釜完成后，多余或未經烘干的涂釜液會以液體的形式殘留在釜壁上，當入料時，會存留于聚合體系中，影響產品的白度，因此進行自動涂釜后沖洗水時間的探究。項目組分別設定自動涂釜后沖洗水時間 3 min/釜，4 min/釜，5 min/釜，6 min/釜，7 min/釜，8 min/釜，觀察涂釜效果，自動涂釜后沖洗水時間效果表見表2。

表2 自動涂釜后沖洗水時間效果表

根據表2可以看出，隨著涂釜液用量的增加，清渣量成上升趨勢，說明水量增加使得部分已經附著在釜壁上的涂釜液被沖下，降低了涂釜效果，但隨著涂釜液用量的增加，樹脂白度成上升趨勢，說明水量增加使得游離的涂釜液被沖洗下去，減小了釜內涂釜液雜質對樹脂白度的影響，且當沖洗水時間為大于等于5 min/釜后，樹脂白度無明顯變化，說明沖洗效果已達到最優，因此，根據沖洗效果，綜合生產成本因素等，選用5 min/釜作為自動涂釜后最佳沖洗水時間。

圖1 自動涂釜工藝流程圖

（3）自動涂釜需要對涂釜液進行充分霧化，讓其均勻噴涂在聚合釜內壁上，從而達到用量小，涂釜效果好的目標，而自動涂釜采用蒸汽作為載氣，一方面能使得涂釜液充分霧化，另一方面利用蒸汽的溫度烘干噴涂在內壁上的涂釜液，使得其附著在釜壁上，但是，蒸汽溫度較高（160~170℃），高溫氣體會使聚合釜內溫度急劇上升，當到達聚合釜使用溫度高限時，需向夾套內通入冷水進行降溫，這時，多余的蒸汽就會造成浪費，并且，冷凝下來的水也會帶走一部分涂釜液，降低涂釜效果。因此進行自動涂釜蒸汽流量的探究，項目組分別設定自動涂釜蒸汽流量：800 kg/h，900 kg/h，1 000 kg/h，1 100 kg/h，1 200 kg/h，1 300 kg/h，觀察涂釜效果，自動涂釜后沖洗水時間5 min/釜，涂釜液用量5 kg，自動涂釜蒸汽流量效果表見表3。

表3 自動涂釜蒸汽流量效果表

根據表3可以看出涂釜蒸汽流量為1 000 kg/h時，涂釜效果最佳。

（4）蒸汽作為涂釜載氣，會帶走一部分涂釜液中的溶劑，從而使其粘附在釜壁上，但是僅僅靠蒸汽烘干涂釜液是不夠的，這時，涂釜完成后，就需要對釜夾套進行升溫，用夾套溫度帶走涂釜液中剩余的溶劑，使涂釜液完全固化在涂壁上，因此進行涂釜固化時間的研究。項目組分別設定涂釜后通夾套水固化時間：4 min/釜，5 min/釜，6 min/釜，7 min/釜，8 min/釜，觀察涂釜效果，自動涂釜后沖洗水時間：5 min/釜，涂釜液用量5 kg，蒸汽流量1 000 kg/h，涂釜后的固化時間效果表見表4。

表4 涂釜后的固化時間效果表

根據表4可以看出，隨著涂釜后固化時間的增加，清渣量呈現先下降后趨于平穩的趨勢，說明隨著固化時間的增加，涂釜粘附效果提高，但是固化時間繼續增加后，清渣量無變化，說明涂釜后固化效果已達到最優，因此，根據涂釜效果，綜合生產成本因素等，選用6 min/釜作為自動涂釜最佳固化時間。

（5）項目組進行涂釜后的固化溫度，分別選取夾套回水溫度進行測量：50℃，55℃，60℃，65℃，70℃，80℃，觀察涂釜效果，自動涂釜后沖洗水時間5min/釜，涂釜液用量5 kg，蒸汽流量1 000 kg/h，固化時間6 min/釜，涂釜后的固化溫度效果表見表5。

表5 涂釜后的固化溫度效果表

根據表5可以看出，隨著涂釜后的固化溫度的升高，清渣量呈現先下降后趨于平穩的趨勢，說明隨著固化溫度的增加，涂釜粘附效果提高，但是固化溫度繼續增加后，清渣量無變化，說明涂釜后固化效果已達到最優，因此，根據涂釜效果，綜合生產成本因素等，選用65℃作為自動涂釜最佳固化溫度。

3 結論及效果評價

項目組成員根據前期一系列實驗，完成了自動涂釜工藝所有變量控制條件的探究工作，確定出了自動涂釜最佳工藝條件為：自動涂釜后沖洗水時間5 min/釜；涂釜液用量 5 kg；蒸汽流量 1 000 kg/h；固化時間6 min/釜；固化溫度65℃。之后進行試生產工作共進行實驗12釜，試生產效果表見表6。

表6 試生產效果表

試生產結果表明，通過釜頂兩個噴淋的涂壁效果較人工涂壁的效果明顯好轉，涂壁液分布均勻，同時出料過程及清釜過程的清渣量明顯減少，每釜平均減少1袋渣子料。

通過此項自動涂釜技術的研發，提高了涂釜效果，同時也降低了涂釜液的用量，人工涂釜每月消耗涂釜液5 t，實施自動涂釜后每月消耗涂釜液降至2 t，同時出料過程及清釜過程的清渣量明顯減少，每釜平均減少1袋渣子料。

自動涂釜投用后，大大降低了生產的物料消耗。此外，除了上述有形效益外，涂釜液使用量降低，可提高樹脂白度，從而提高樹脂的品質；涂釜效果提高，大大降低了職工勞動強度，可謂一舉多得。