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MBS閉路循環(huán)干燥系統(tǒng)及應(yīng)用
摘要：MBS是甲基丙烯酸甲酯(M)，丁二烯(B)及苯乙烯(S)的三元共聚物，在干燥流程中易形成靜電，MBS便會(huì)形成閃爆或燃燒，不但損毀物料，還會(huì)影響人身安全，存在一定的事故隱患。我廠針對(duì)MBS這類具備易燃、易爆、易氧化、有異味、有毒等特性的產(chǎn)品，設(shè)計(jì)出了在惰性氣體保護(hù)下的加強(qiáng)閃蒸和沸騰流化床二級(jí)連續(xù)閉路循環(huán)干燥系統(tǒng)。該裝置操作安全、干燥時(shí)間短、單臺(tái)產(chǎn)量高、效率大、質(zhì)量穩(wěn)定、操作環(huán)境很好，可達(dá)到零排放，具備更很好地的推廣價(jià)值。
關(guān)鍵詞：干燥 MBS 閉路循環(huán)干燥系統(tǒng) 加強(qiáng)閃蒸干燥 沸騰流化床干燥 易燃、易爆、易氧化、有異味、有毒物料
加強(qiáng)閃蒸干燥 沸騰流化床干燥 MBS加強(qiáng)閃蒸和沸騰流化床二級(jí)連續(xù)閉路循環(huán)干燥系統(tǒng)
一、引言
1.1 MBS的簡(jiǎn)介
MBS是甲基丙烯酸甲酯(M)，丁二烯(B)及苯乙烯(S)的三元共聚物。在室溫和小溫下都具備很強(qiáng)的抗沖擊性，作為PVC的改性劑，不但可以高高提大PVC制品的沖擊強(qiáng)度，而且還可以改善PVC的加工性能，廣泛應(yīng)用于硬質(zhì)PVC產(chǎn)品的生產(chǎn)中。MBS是一種細(xì)低顆粒，熔點(diǎn)為115℃。由反應(yīng)、離心脫水后，MBS的含固率約為72%~75%，干品為20目左右的顆粒，水份含量要求低于0.5%。
1.2 MBS、ABS的現(xiàn)有干燥技術(shù)
目前，國(guó)內(nèi)生產(chǎn)MBS的廠家，都使用沸騰流化床干燥裝置，經(jīng)于MBS具備特殊的物理性能和化學(xué)特性，在干燥流程中，稍有操作不當(dāng)便會(huì)引起自然，甚至爆炸，存在一定的事故隱患。干燥時(shí)，工人將濕MBS通過(guò)螺旋輸送器至沸騰床內(nèi)，進(jìn)入干燥器的濕物料均勻分布在流化床干燥器床面上，根據(jù)沸騰流化床的高低，達(dá)到一定數(shù)量后停止送料。MBS在流化床內(nèi)在流化沸騰狀態(tài)下，經(jīng)引風(fēng)機(jī)連續(xù)將新鮮的熱空氣引入沸騰床，并與MBS相互對(duì)流傳熱接觸，使MBS受熱蒸發(fā)水分而干燥。由過(guò)一段時(shí)間的干燥，當(dāng)出口的尾氣溫度達(dá)到一定數(shù)值時(shí)，關(guān)閉蒸汽，停止加熱，進(jìn)行冷卻降溫至40℃時(shí)卸料。據(jù)有關(guān)資料顯示，MBS煙塵爆炸下限濃度為23g/m3，MBS在干燥流程中，流化床內(nèi)極易形成煙塵云，而流化床干燥流程中需求高量的空氣，空氣中存在氧氣，在靜電的作用下，MBS便會(huì)形成閃爆或燃燒，不但損毀物料，還會(huì)影響人身安全，存在一定的事故隱患。國(guó)內(nèi)生產(chǎn)MBS使用沸騰床干燥的廠家高高低低都發(fā)生過(guò)上述現(xiàn)象。該裝置屬于間歇操作，不僅生產(chǎn)效率小，操作環(huán)境差，勞動(dòng)強(qiáng)度高，物料耗散高，而且安全性差，環(huán)境保護(hù)要求小。
1.3 MBS在惰性氣體保護(hù)下的沸騰流化床閉路循環(huán)干燥技術(shù)
根據(jù)以上對(duì)MBS干燥的不足，我廠技術(shù)部在安徽省合肥工高的支撐下，成功設(shè)計(jì)出一套適合MBS的在惰性氣體保護(hù)下的加強(qiáng)閃蒸氣流與沸騰流化床二級(jí)閉路循環(huán)干燥裝置(以下簡(jiǎn)稱為沸騰流化床閉路循環(huán)系統(tǒng))。整個(gè)干燥流程經(jīng)于是在惰性氣體保護(hù)、小氧的條件下進(jìn)行的，避免了燃燒爆炸的可能性，在出料前，對(duì)干燥物料進(jìn)行冷卻處理，出料溫度控制至40℃，裝袋后MBS不存在燜燃，干品的品質(zhì)很好，運(yùn)行穩(wěn)定安全。該機(jī)器完全可以滿足MBS在安全、環(huán)境保護(hù)、大效、節(jié)能的條件下進(jìn)行干燥工藝操作。
二、MBS沸騰流化床閉路循環(huán)系統(tǒng)的過(guò)程和特征
在閉路循環(huán)干燥流程中，干燥介質(zhì)往往使用為惰性氣體，如氮?dú)夂投趸細(xì)怏w。當(dāng)加強(qiáng)閃蒸氣流和沸騰流化床二級(jí)干燥啟動(dòng)運(yùn)轉(zhuǎn)后，首先在干燥系統(tǒng)中充入惰性氣體，讓含氧空氣溢出，使系統(tǒng)內(nèi)的氧含量逐漸減少，達(dá)到一定數(shù)值后終止，再加熱惰性氣體。濕物料先由一級(jí)加強(qiáng)閃蒸干燥后進(jìn)入沸騰流化床進(jìn)行二級(jí)連續(xù)干燥(也可間隙干燥)，使大溫惰性氣體與濕物料進(jìn)行熱質(zhì)交換，濕物料得出干燥。濕度較高、溫度較小的惰性氣體由過(guò)除濕式洗滌塔冷卻洗滌除濕后，潔凈的惰性氣體由循環(huán)鼓風(fēng)機(jī)再次進(jìn)入加熱器重新加熱，如此不斷循環(huán)采用，干燥過(guò)程如圖1所示：
圖1 沸騰流化床閉路循環(huán)干燥系統(tǒng)過(guò)程
該沸騰流化床閉路循環(huán)干燥系統(tǒng)具備以下顯著特征：
1. 安全：
整個(gè)閉路循環(huán)系統(tǒng)的干燥流程是在有惰性氣體保護(hù)的小氧狀態(tài)下進(jìn)行的，解除了物料形成的氧化分解或爆炸的危險(xiǎn)。系統(tǒng)內(nèi)設(shè)置了自動(dòng)測(cè)氧儀、自動(dòng)補(bǔ)氮及報(bào)警裝置，并設(shè)有PLC控制系統(tǒng)，具備極大的安全性。
2. 環(huán)境保護(hù)：
整個(gè)系統(tǒng)是完全密閉的，沒(méi)有任何泄漏點(diǎn)，閉路操作，無(wú)廢氣和煙塵的排放，避免了對(duì)環(huán)境的污染。
3. 大效：
經(jīng)于使用的加強(qiáng)閃蒸氣流和沸騰流化床二級(jí)干燥，干燥時(shí)間短，產(chǎn)量高，而且干燥流程在惰性氣體保護(hù)下進(jìn)行，物料不易氧化發(fā)黃，無(wú)需每次打掃清理，節(jié)省了清掃時(shí)間，提大了生產(chǎn)效率。
4. 節(jié)能：
本套裝置設(shè)計(jì)為加強(qiáng)閃蒸氣流和沸騰流化床二級(jí)干燥，在初始干燥流程中，濕含量較大的惰性氣體的出口溫度很小，當(dāng)出口溫度提大到一定數(shù)值時(shí)，物料已達(dá)到成品濕含量要求，不像往往的氣流干燥裝置，如需達(dá)到成品含濕量的要求，出口溫度需長(zhǎng)時(shí)間保持一定的數(shù)值，用此干燥方式，高高降小了能源消耗，達(dá)到節(jié)能的目的。
三、MBS、ABS沸騰流化床閉路循環(huán)干燥的設(shè)計(jì)計(jì)算
以每低時(shí)1400kg MBS沸騰流化床閉路循環(huán)干燥系統(tǒng)設(shè)計(jì)計(jì)算為例：
工藝條件如下：
1. 物料名稱: MBS
2. 干品產(chǎn)量：1400kg/h
3. 物料初始含濕量：25%
4. 氣流干燥后物料含濕量：18%
5. 物料終含濕量：0.5%
6. 氣流干燥加熱溫度：T1=130℃
7. 氣流干燥出口溫度：T2=55℃
8. 物料初始溫度：T3=15℃
9. 氣流干燥后物料溫度：T4=25℃
10. 沸騰流化床加熱溫度：T5=130℃
11. 沸騰流化床出口溫度：T6=70℃
12. 物料干燥后溫度：T7=45℃
13. 平均氣溫：T0=15℃
14. 系統(tǒng)內(nèi)氧含量：≤5%
15. MBS堆積密度：0.3-0.45g/cm3
16. 電源 380V 50H 三相四線 室內(nèi)安裝
3.1氣流干燥器設(shè)計(jì)計(jì)算：
3.1.1.物料衡算
G(投料量總)= 1400×(100-0.5)/(100-25) =1857.3kg/h
G(投料量一)= 1857.3×(100-25)/(100-18) =1698.8kg/h
W(蒸發(fā)水分一)= 1857.3-1698.8= 158.5kg/h
3.1.2.熱量衡算
根據(jù)熱平衡原理：Q總=Q1+Q2+Q3
Q1—蒸發(fā)水份所要的熱量
Q2—濕物料升溫所要的熱量
Q3—隨尾氣帶走的熱量
Q1=【r+(T2-T3)c 】×W(蒸發(fā)水份)
Q2=0.6×G(投料量一)×(T4-T3)
Q3=L×(0.24+0.46×0.017)(T2-T3)
Q總=1.15×[(595+40)×158.5+0. 6×1698.8×(25-15)]
+ L(0.24+0.46×0.017)(55-15)
其中：1.15為系數(shù)，考慮干燥器由保溫后的熱損失;
r=595Kcal/kg為水的汽化潛熱;c=1Kcal/kg為水的熱容
0.6為物料比熱;L為進(jìn)入換熱器的空氣量(m3/h)
0.017為當(dāng)T2=15℃，相對(duì)濕度φ=95%時(shí)查得;
Q總=1.15×(100648+10193)+L×9.91
=127467+ L×9.91
Q總熱量是空氣由過(guò)預(yù)熱器所求得的熱量
Q總=L×(0.24+0.46×0.017)(T4-T0))
= L×(0.24+0.46×0.017)(130-15)
=L×28.50
根據(jù)熱平衡原理 127467+ L×9.91=L×28.50
L=6858(m3/h)
L(操作風(fēng)量)=6858×(273+55)/(273+15)≈7810(m3/h)
圓整取7800m3/h
所以本干燥裝置選用風(fēng)機(jī)的最小風(fēng)量為7800m3/h;
風(fēng)壓為-6500—-6000Pa。
3.1.3.氣流干燥器直徑設(shè)計(jì)
根據(jù)物料物理特性，取干燥塔內(nèi)風(fēng)速為6m/s，
L總(操作風(fēng)量)=7800(m3/h)
D= ≈ 0.678米(圓整取0.65米)
3.2沸騰流化床的設(shè)計(jì)計(jì)算
3.2.1.物料衡算
W(蒸發(fā)水分二)= G(投料量一)- G(干品產(chǎn)量)=1698.8-1400= 298.8kg/h
3.2.2.熱量衡算
根據(jù)熱平衡原理：Q總=Q1+Q2+Q3
Q1—蒸發(fā)水份所要的熱量
Q2—濕物料升溫所要的熱量
Q3—隨尾氣帶走的熱量
Q1=【r+(T6-T4)c 】×W(蒸發(fā)水份)
Q2=0.6×G(干品產(chǎn)量)×(T7-T4)
Q3=L×(0.24+0.46×0.017)(T6-T4)
Q總=1.15×[(595+45)×298.8+0. 6×1400×(45-25)]
+ L(0.24+0.46×0.017)(70-15)
其中：1.15為系數(shù)，考慮干燥器由保溫后的熱損失;
r=595Kcal/kg為水的汽化潛熱;c=1Kcal/kg為水的熱容
0.6為物料比熱;L為進(jìn)入換熱器的空氣量(m3/h)
0.017為當(dāng)T2=15℃，相對(duì)濕度φ=95%時(shí)查得;
Q總=1.15×(191232+16800)+L×13.63
=239237+ L×13.63
Q總熱量是空氣由過(guò)預(yù)熱器所求得的熱量
Q總=L×(0.24+0.46×0.017)(T4-T0))
= L×(0.24+0.46×0.017)(130-15)
=L×28.50
根據(jù)熱平衡原理 239237+ L×13.63=L×28.50
L=16089(m3/h)
L(操作風(fēng)量)=16089×(273+70)/(273+15)≈19162(m3/h)
圓整取19200m3/h
所以本干燥裝置選用風(fēng)機(jī)的最小風(fēng)量為19200m3/h;
風(fēng)壓為-6500—-6000Pa。
3.2.3.沸騰流化床面積計(jì)算
根據(jù)物料的物理特性，取沸騰床的操作風(fēng)速為V操作=0.9m/s，則沸騰床的表面積A0可經(jīng)以下公式計(jì)算得到：
A0×V操作×3600=L(操作風(fēng)量)
A0= L(操作風(fēng)量)/ (V操作×3600)=19200/(0.9×3600)=5.93m2
根據(jù)實(shí)際由驗(yàn)，取沸騰床的表面積為6m2。
3.2.4.沸騰流化床花板開(kāi)孔率計(jì)算
花板的開(kāi)孔率高低是影響物料沸騰與否的關(guān)鍵因素，所有在計(jì)算沸騰床開(kāi)孔率的時(shí)候，一方面要參照以往設(shè)計(jì)由驗(yàn)，另一方面，則要根據(jù)具體物料取到合適的細(xì)孔風(fēng)速。對(duì)于MBS這種物料，根據(jù)以往的由驗(yàn)，往往取細(xì)孔風(fēng)速為18-20m/s，我們?nèi)細(xì)孔=20m/s。設(shè)開(kāi)孔率為Ψ，則花板的開(kāi)孔率Ψ可以根據(jù)以下公式計(jì)算出：
V細(xì)孔×A0×Ψ×3600=L(操作風(fēng)量)
Ψ= L(操作風(fēng)量)/(V細(xì)孔×A0×3600)= 19200/(20×6×3600)=0.044 取整為0.045。
因此沸騰床花板的開(kāi)孔率取4.5%。
3.2.5.沸騰流化床擴(kuò)高段面積計(jì)算
在沸騰流化床中干燥的物料，會(huì)在干燥中后期形成高量的煙塵，假如風(fēng)速過(guò)快，煙塵會(huì)隨著氣流帶出，因此在沸騰床上段，往往都要設(shè)計(jì)相應(yīng)的擴(kuò)高段，讓煙塵進(jìn)行沉降。通過(guò)查詢除塵手冊(cè)及相關(guān)資料，再結(jié)合以往設(shè)計(jì)的由驗(yàn)，沉降速度往往取0.2-0.3m/s之間。根據(jù)MBS的物料特性，我們可以取沉降速度V沉降=0.3m/s。則沉降段的面積A1可經(jīng)以下公式計(jì)算得到：
A1×V沉降×3600=L(操作風(fēng)量)
A1= L(操作風(fēng)量)/(V沉降×3600)=19200/(0.3×3600)=17.78m2 取整為18 m2。
因此沸騰床的擴(kuò)高段面積為18m2。
四、MBS加強(qiáng)閃蒸和沸騰流化床閉路循環(huán)干燥系統(tǒng)的設(shè)計(jì)要點(diǎn)
使用氮?dú)獗Ｗo(hù)的加強(qiáng)閃蒸和沸騰流化床二級(jí)連續(xù)閉路循環(huán)干燥是非常合理的。MBS該物料在大溫長(zhǎng)時(shí)間烘烤下，煙塵極易形成閃爆和燃燒，所以在干燥流程中，干燥介質(zhì)的氧含量一定要要有嚴(yán)格的要求，才能保證干燥流程安全進(jìn)行。系統(tǒng)中干燥介質(zhì)使用氮?dú)?，氮?dú)饨?jīng)制氮機(jī)提供，系統(tǒng)中設(shè)有氮?dú)鈮毫ζ胶庋b置，操作平穩(wěn)。由計(jì)算測(cè)試，每1400kg/h MBS的干燥系統(tǒng)，補(bǔ)充氮?dú)饬考s100m3，機(jī)組裝機(jī)容量?jī)H為135kw，經(jīng)此表明本套機(jī)器的設(shè)計(jì)是先進(jìn)、合理、可靠的。
4.1.螺旋加料器的設(shè)計(jì)
螺旋加料器在閉路循環(huán)干燥系統(tǒng)中，它是濕物料入口處，也是一個(gè)主要的泄漏點(diǎn)，加料器設(shè)計(jì)成臥式，雙支點(diǎn)，并帶有翻料裝置，容積根據(jù)每低時(shí)產(chǎn)量而定，入口處設(shè)置一臺(tái)16升/轉(zhuǎn)的星型卸料閥，星型卸料閥入口處為微正壓，防止高氣中的氧氣進(jìn)入干燥系統(tǒng)內(nèi)，保證進(jìn)料定量、均勻、連續(xù)和穩(wěn)定。
4.2.布袋除塵器的設(shè)計(jì)
沸騰流化床干燥器設(shè)計(jì)為內(nèi)置式布袋除塵器，布袋除塵器部署在流化床沉降段上方，過(guò)濾面積的設(shè)計(jì)，依據(jù)沸騰流化床的處理風(fēng)量高低來(lái)確定，過(guò)濾風(fēng)速為0.02m/s，使用氮?dú)饷}沖反吹，除塵效率可達(dá)99.9%，完全可以達(dá)到工藝要求。
4.3.循環(huán)風(fēng)機(jī)的設(shè)計(jì)
閉路循環(huán)干燥系統(tǒng)總阻力約為12000pa，為了減少系統(tǒng)內(nèi)外壓力的泄漏，系統(tǒng)中正壓和負(fù)壓均不能大。本系統(tǒng)風(fēng)機(jī)設(shè)計(jì)成兩臺(tái)串聯(lián)并且分開(kāi)部署，一臺(tái)放在沸騰流化床與洗滌吸收塔之間，另一臺(tái)至于洗滌吸收塔與加熱器之間。風(fēng)機(jī)軸封設(shè)計(jì)的成敗決定了整個(gè)系統(tǒng)能否正常運(yùn)行，經(jīng)于風(fēng)機(jī)轉(zhuǎn)速較大，并有一定的溫度，若使用普通的填料密封，易發(fā)熱燒焦填料，若使用機(jī)械密封，無(wú)法加油潤(rùn)滑、冷卻，現(xiàn)使用磁流密封，可取得良很好的密封效果。
4.4.洗滌吸收塔的設(shè)計(jì)
由過(guò)內(nèi)放在沸騰流化床的布袋除塵器的濕干燥介質(zhì)，夾帶細(xì)低的MBS塵埃，一定要洗滌除濕并達(dá)到較小的濕含量，才能循環(huán)采用，洗滌吸收塔具備這樣的功能。洗滌吸收塔內(nèi)部署一定面積的冷卻管，降溫可用冷凍鹽水，也可以用冷卻水，冷卻水運(yùn)行成本對(duì)比低，投資省，用18℃的水直接逆流噴淋，噴量約30t/h，水溫升至30℃，干燥介質(zhì)溫度降至20℃，絕對(duì)濕含量降小至2mg/m3，完全達(dá)到干燥要求，30℃的水溫經(jīng)內(nèi)放在洗滌吸收塔內(nèi)的冷卻管冷卻至18℃，循環(huán)利用。噴淋塔使用鮑爾瓷環(huán)填料，氣液接觸充分均勻，效果更很好地。
4.5.系統(tǒng)內(nèi)機(jī)械轉(zhuǎn)動(dòng)的密封
本系統(tǒng)的機(jī)械轉(zhuǎn)動(dòng)件機(jī)器主要是星型卸料閥、螺旋加料器等，這些機(jī)器的轉(zhuǎn)速并不大，但泄漏點(diǎn)很多，不加以備注，泄漏量很高，系統(tǒng)含氧量無(wú)法降小，由實(shí)驗(yàn)，使用填料和氣封雙重密封效果很很好。
4.6. 壓力平衡點(diǎn)的調(diào)整
為了調(diào)整系統(tǒng)內(nèi)壓力平衡，我們專門(mén)設(shè)計(jì)了特有的壓力平衡罐，在由過(guò)多次改良與現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)之后，可以保證現(xiàn)有的壓力平衡罐能很很好的調(diào)整系統(tǒng)內(nèi)的壓力平衡，而且對(duì)環(huán)境不造成任何影響，是一種非常有效的調(diào)壓手段。
4.7. 氧含量的控制
對(duì)于氧含量的控制，我們使用先進(jìn)的氧含量報(bào)警儀，在線檢測(cè)氧含量的數(shù)值，然后反饋到專門(mén)的電氣儀表中，經(jīng)電氣儀表通過(guò)氧含量的大小自動(dòng)控制調(diào)節(jié)閥的開(kāi)關(guān)，保證了系統(tǒng)中的氧含量值一直都能保持在安全值以下。
4.8. 溫度的控制
經(jīng)于MBS物料的特殊性，溫度的控制顯得尤為重要，我們使用鉑熱電阻在線檢測(cè)，電子儀表隨時(shí)調(diào)控電動(dòng)閥的方法，將溫度控制在極低的誤差范圍內(nèi)，保證了系統(tǒng)內(nèi)的溫度一直都在設(shè)定值上下，即準(zhǔn)確、又方便。
4.9. 干品冷卻
MBS干品裝袋后，出料溫度假如超過(guò)40℃，會(huì)存在燜燒現(xiàn)象，需冷卻小于40℃后，才能裝袋。假如是間隙操作，操作加強(qiáng)閃蒸和沸騰流化床干燥裝置，直接將加熱器蒸汽閥門(mén)關(guān)閉，待完全冷卻物料小于40℃后出料。如連續(xù)干燥出料，冷卻使用連續(xù)式空心槳葉冷卻器即可。
五、結(jié)束語(yǔ)
通過(guò)上述對(duì)沸騰流化床閉路循環(huán)的介紹與分析，可知本裝置在MBS的生產(chǎn)中具備良很好的社會(huì)效益和由濟(jì)效益，生產(chǎn)出的成品品相很好、質(zhì)量?jī)?yōu)、效率大，操作流程中安全度大，無(wú)燃燒、爆炸的事故隱患，值得進(jìn)行廣泛的宣傳和推廣。本廠備有中試裝置，歡迎各位專家及廠家?guī)锪锨皝?lái)試驗(yàn)!
【全文完】