尼龍切片干燥塔的設計與優化

周鵬飛 , 代永豪 , 李 森

(河南神馬尼龍化工有限責任公司 , 河南 平頂山 467013)

尼龍切片又叫錦綸切片,是以己內酰胺為原料,與加工助劑在一定的工藝條件下進行聚合后,再經注帶、切粒、萃取和真空干燥等過程而制成的高分子化合物。尼龍切片是生產錦綸長絲、短絲、棕絲、漁網及錦綸簾子線等產品的主要原材料,由于尼龍自身具有很強的吸濕性,吸水后彎曲強度和拉伸強度等力學性能隨著吸水率的增大而降低,在切片紡絲生產工藝中,供紡絲的干切片要求含水率<0.06%,原料切片含水量較高,如果不對其進行干燥,去除水分,會大大加速水解反應的進行,使分子質量降低,相對黏度降低,在纖維制備過程中因為水分的存在容易產生毛絲和斷頭等現象,影響了生產的連續正常進行,也會降低生產成品率,甚至影響制品的使用安全性和使用壽命。

為了降低切片的含水量,通常在生產尼龍切片時需要將待處理的含水切片送入干燥塔后,向塔內通過熱空氣以去除切片水分,對尼龍切片進行干燥處理,降低尼龍切片的含水量。

1 裝置現狀

尼龍切片干燥塔結構如圖1所示,主要包括上封頭、塔體和錐體三部分。上封頭內設置有切片入口和第一分布器;塔體內設置有第二分布器;錐體下部設置有切片出口。在第一分布器和第二分布器上設置有與氮氣相連的環形氣道,環形氣道設有環形氣孔;第一分布器和第二分布器之間塔體內壁焊接分布有加熱盤管。首先尼龍切片經過上封頭的切片入口進入到第一分布器,第一分布器上的氮氣對尼龍切片進行氣流沖擊,初步干燥;尼龍切片靠重力下落至加熱盤管區,蒸汽伴熱盤管溫度較高,對尼龍切片進行熱交換,并有下部的第二分布器吹出的氮氣流帶走尼龍切片干燥后的水分,通過蒸汽伴熱盤管與氮氣分布器相結合對切片持續加熱干燥。

1.切片入口 2.上封頭 3.支架 4.第一分布器 5.第一測溫口 6.第一風量流量計 7.第一氮氣入口 8.塔體 9.蒸汽入口 10.加熱盤管 11.冷凝水出口 12.第二測溫口 13.第二風量流量計 14.第二氮氣入口 15.第二分布器 16.錐體 17.切片出口

設備運行主要工藝參數指標：第一氮氣入口N2循環流量2 500～4 500 m3/h;第二氮氣入口N2循環流量6 000～8 000 m3/h,蒸汽伴熱盤管入口溫度125～130 ℃;干燥時間20～24 h,干燥后切片含水率在0.06%～0.09%。

2 存在問題

①當尼龍切片在干燥塔內移動時,與氮氣烘干氣流直接接觸的部分是在尼龍切片堆最外部的尼龍切片,而在運送過程中尼龍切片堆內部的切片不易接觸到氮氣烘干氣流,這就使得整體的干燥效率降低,干燥后切片含水率波動較大(0.06%～0.09%),導致干燥時間大大延長;②現有干燥塔采用氮氣分布器和蒸汽盤管式干燥,在生產過程中的調節余地較小,調節方式復雜,切片干燥后的含水波動大,嚴重影響生產。③在使用時,切片從干燥塔的頂部加入到干燥塔中,切片在下落的過程中與熱氣流接觸,切片得到干燥,但是干燥塔的內部會出現切片堆積的情況,切片沒有供熱氣流順暢流動的間隙,導致切片與熱空氣不能充分接觸,影響干燥效果。

3 改進措施

為了解決上述問題,設計了一種用于干燥尼龍切片的干燥塔,通過設置預備倉、翻轉組件使尼龍切片與烘干后的氣流能夠充分接觸,以期提高尼龍切片的干燥效率。通過將尼龍切片進行翻轉、轉運,并使尼龍切片在干燥塔中與烘干氣流直接接觸的方式,提高尼龍切片的烘干效率,從而使尼龍切片能夠更高效地被烘干。

改造后尼龍切片的干燥過程見圖2。尼龍切片從進料口11進入到進料盤314內,并經過下料通道進入到攤料臂311,將尼龍切片從攤料口落至第一個隔板6上;攤料臂隨著主軸轉動,尼龍切片被平攤在第一個隔板上,從支撐柱2底端進入的烘干氣流,經過干燥管道21向上對第一隔板6加熱,第一隔板6長時間處于烘干氣流中具有較高的溫度,被攤開的尼龍切片會在第一隔板上進行初步的加熱烘干。

隨著傳動塊傳動,帶動掃料臂315轉動,在第一隔板上被初步加熱烘干的尼龍切片掃至第一過料口61,尼龍切片從第一過料口61進入到主烘干倉4的翻轉組件中。尼龍切片首先落至最頂層翻轉氣板411上端面時,其上的翻轉氣孔413中吹出的烘干氣流會對尼龍切片從下往上進行氣流沖擊,當烘干氣流與尼龍切片接觸后,尼龍切片會發生翻轉,翻轉后的尼龍切片會做自由落體運動,經過翻轉氣孔413換熱后的尼龍切片通過自由落體下落至輔助烘干板42,輔助烘干板上的輔助風孔與板面垂直,對尼龍切片進行側面氣流沖擊;進過輔助烘干板42后的尼龍切片落入加熱擋板412上面,由于加熱擋板長時間處于烘干氣流的沖擊,自身具有較高溫度,尼龍切片會與加熱擋板412發生熱交換,從而帶走切片中的水分;換熱后的尼龍切片通過加熱擋板的第三過料口415進入到下一層翻轉組件,并依照上述方式進行多次翻轉和干燥。

1.塔體 11.進料口 12.出料口 2.支撐柱 21.干燥管道 3.預備倉 31.進料組件 311.攤料臂 312.傳動軸 313.旋轉電機 314.進料盤 315.掃料臂 4.主烘干倉 41.翻轉組件 411.翻轉氣板 412.加熱擋板 413.翻轉氣孔 414.第二過料口 415.第三過料口 42.輔助烘干板 5.出料倉 51.接料組件 511.集料盤 512.出料槽軌 6.第一隔板 61.第一過料口 7.第二隔板 8.出風口

經過若干翻轉組件翻轉、干燥后的尼龍切片從第二隔板7的第四過料口進入到出料倉5中,落入集料盤511,再進入出料槽軌512,最后從出料口12排出至塔體1外。

設備運行主要工藝參數指標：烘干氣流氮氣流量500～1 000 m3/h;烘干氣流的氮氣溫度為80～100 ℃;干燥時間18～20 h;干燥后切片含水率為0.04%～0.05%。

4 實施效果

①尼龍切片在主烘干倉中由上至下依次經過翻轉氣板、輔助烘干板和加熱擋板,翻轉氣孔中吹出的烘干氣流會對尼龍切片從下往上進行氣流沖擊,尼龍切片會發生翻轉,從而使得不同位置、不同溫度的尼龍切片混合均勻,進而加強了尼龍切片的烘干效果,干燥后切片的含水率在0.05%以下。 ②尼龍切片在自由落體下落過程中依次經過若干組翻轉組件的翻轉,同時受到烘干氣流的沖擊,能夠保證尼龍切片經過主烘干倉過程中不存在長時間的堆積狀態,也不存在堆積在內部的尼龍切片與外部干燥氣體無法接觸的情況發生,從而進一步使尼龍切片與烘干氣流充分接觸,縮短了烘干時間。 ③在上下相鄰兩組翻轉組件之間,下層翻轉氣板的翻轉氣孔向上噴出的干燥氣體對上層加熱擋板進行加熱,上層加熱擋板阻擋一部分上升的高溫干燥氣體,干燥氣體在上層加熱擋板的下方聚集,再對加熱擋板進行二次加熱,從而補充由于加熱擋板與尼龍切片接觸發生熱交換而失去的熱量,減少能量損失,可適當降低烘干溫度。 ④翻轉氣板上的翻轉氣孔中吹出的烘干氣流,對尼龍切片從下往上進行氣流沖擊;輔助烘干板上垂直排布的輔助風孔,噴出的烘干氣流對尼龍切片進行側面吹擊,進一步加強對自由落體時尼龍切片的翻轉作用,達到更好的翻轉烘干效果,大大降低了烘干氣流量。

5 結論

通過采用將尼龍切片進行翻轉、轉運,并使尼龍切片在干燥塔中與烘干氣流直接接觸的方式,使得不同位置、不同溫度的尼龍切片混合均勻,減少了烘干氣流量,降低了烘干溫度,提高尼龍切片的烘干效率,使尼龍切片的含水率降到0.05%以下。