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聚乙醇酸PGA单体乙交酯干燥设备的选型设计与改进

信息来源:本站 | 发布日期: 2023-02-13 20:20:20 | 浏览量:307858
摘要:现有聚乙醇酸PGA单体乙交酯干燥设备在运行过程中存在产品含湿量不均匀等问题,常州百得研制成功了新型重载式真空单锥干燥机,可有效解决物料粘结设备筒体内壁问题,适用性强,粘度大、热穿透性差,易滚球、易抱团成块…

    面对日益严重的白色污染问题,各国对可降解塑料产业的发展都很重视。国家发改委、工信部均大力鼓励可降解塑料产业的发展,吉林、海南三亚也已实行了严格的“禁塑令”。市场上主流的可降解材料主要有聚乳酸(PLA)、聚羟基脂肪酸(PHA)、聚丁二酸丁二醇酯(PBS)、聚丁二酸/己二酸丁二醇酯(PBAT)、聚碳酸亚丙酯(PPC)等,但因其制造成本昂贵,市场价格大多在2~3万元/吨,市场推广难度较大。面对此类严峻问题,如何寻求一种新型低成本的可降解材料已经成为摆在行业面前的一大课题。
    在现有化工技术条件下,聚乙醇酸是已知的一种单元碳数zui少,具有可完全分解的酯结构,降解速度zui快的脂肪族聚酯类高分子材料,还可以通过乙二醇装置联产乙醇酸甲酯再进行聚合生成。聚乙醇酸作为一种新型环保可降解材料已受到国家政策的鼓励和支持。

    聚乙醇酸(PGA),也称聚乙交酯,又称聚羟基乙酸,是zui简单的线性脂肪族聚酯。该材料不仅具有简单规整的线性分子结构,主链上还具有可完全分解酯基化学基团,是一种高结晶、可生物降解的脂肪族聚合物,具有良好生物降解性和生物相容性,同时具有较高的机械强度、优异的可成型性以及优良的气体阻隔性。在乙二醇联产工艺中, 由草酸二甲酯与氢气反应生成乙醇酸甲酯,再由乙醇酸甲酯脱醇生成乙醇酸甲酯低聚物,解聚反应后生成乙交酯,乙交酯再经过开环聚合后便可得到高分子量的PGA。在此生产过程中,乙交酯的纯度对PGA的分子量具有非常重要的影响,为此聚乙醇酸行业急需一种乙交酯干燥设备,通过对乙交酯进行干燥提纯,为后续乙交酯的开环聚合创造条件,达到提高PGA产品质量的目的。

现有聚乙醇酸PGA单体乙交酯干燥设备的流程设计
    现有乙交酯干燥设备结构示意图如图所示。其上部为两级料仓,料仓Ⅰ具有搅拌功能,可以防止湿料沉积粘结,料仓Ⅱ中保持合适的料位以保证真空系统的真空度;料仓Ⅱ下布置有螺旋进料器(保证物料均匀进料)和球阀(具有及时停止进料的作用),用于将料仓和卧式双轴干燥机进料端相连。物料进入干燥机中依次经过耙齿区和桨叶区进行逐步干燥,经U形结构保证足够的停留时间后逐渐由排料板排出设备进入缓冲罐;干燥机上部布置四组布袋除尘器以达到清洗尾气和回收溶剂的作用;缓冲罐通过行星卸料阀连接到出料仓,出料仓上端连接布袋过滤器用于过滤干燥后的物料粉尘。

现有聚乙醇酸PGA单体乙交酯干燥设备的工作原理
    卧式双轴干燥机主要由壳体、端盖、夹套、传动链轮、搅拌轴和叶片组成。干燥机的第 一搅拌系统设于壳体内的一侧,包括进料轴、进料刮刀、桨叶和耙齿;进料轴与壳体连接,桨叶和耙齿设于进料轴上,进料轴、桨叶和耙齿的内部为中空结构,并填充有加热介质;进料刮刀设于进料轴的一端。 第二搅拌系统设于壳体内的另一侧,包括出料轴、出料刮刀、桨叶和耙齿;出料轴与壳体连接,桨叶和耙齿设于出料轴上,出料轴、桨叶和耙齿的内部为中空结构,并填充有加热介质;出料刮刀设于出料轴的一端。
    在实际工作中,首先需要对卧式双轴干燥机进行抽真空操作。进料轴和出料轴开始搅拌后,物料从进料口进入,进料刮刀可防止物料停留在壳体一端的端盖上,同时在进料轴前端耙齿的搅拌作用下,物料逐渐进入桨叶区,桨叶上分布有方向性的非金属刮板从而推动物料前进,物料在桨叶区进行充分预热,当物料随耙齿转动到进料轴后端的耙齿时,在出料刮刀的作用下进入出料轴侧进行二次干燥,并继续随着出料轴的转动到达出料口,以此形成物料的U形行程。

    整套乙交酯干燥设备的工作原理为:来自上游的乙交酯通过上游设备进入料仓,料仓设置刮料轴将物料均匀送入干燥机的给料装置,物料经过给料装置后进入真空连续干燥机内,乙交酯在干燥机内与通有热水的叶片充分接触干燥,使物料中的湿分被不断被蒸发,完成干燥后的乙交酯从干燥机入口向出口方向运动,当物料到达干燥机出口时成为溶剂含量小于2000ppm(1ppm=0.001‰)的产品;产品从干燥机下料口进入一级出料仓并通过一级旋转阀进入二级出料仓,再经二级出料仓的旋转阀后进入下游气力输送入口。干燥尾气经布袋除尘器净化后通过一级真空泵组和文丘里洗涤器进入尾气处理系统,尾气经过文丘里和洗涤塔的二级洗涤后利用两级换热器对尾气进行二次冷却,冷却后的尾气和少量溶剂通过真空泵排出,zui后进入后续处理系统。

    常州百得在单锥干燥机的工艺结构上进行进一步的探索和研究,对结构工艺进行优化设计与改进,研制成功了新型重载式真空单锥干燥机(发明专 利号:202111275944.6),通过在下锥体内设置了双内加热螺带搅拌器,尤其是设置了变螺距螺带,从而运转时螺带带面上的各点线速度不同,物料在其作用下产生了不规则的对流、剪切、掺混、扩散,形成全方位的三维运动,而且内加热螺带还设置了新型内倾斜式结构,可有效解决物料粘结设备筒体内壁问题,适用性强,粘度大、热穿透性差,易滚球、易抱团成块的物料能得到高效的强制传热性能。

新型重载式真空单锥干燥机 结构改进与工艺调整
    针对热敏性工程改性塑料等物料,我们从以下两点出发,对真空单锥干燥机结构及工艺进行改进:
    (1) 增加整个设备的换热面积,这样可以加快干燥速度,提高效率。
    通过研究分析,我公司采用将加热介质通入搅拌螺带来提高换热面积的方法,加热介质沿轴和螺带腔体进行循环换热,这样,在螺带转动过程中,瞬时的换热面积比理论换热面积还将增加约40%。 在这个改进过程中,我们将螺带和轴做成中空,轴中间带有中心管,轴顶端配旋转接头来实现整个过程。在中心管的设计上,要注意考虑中心管底部在轴中的深度,而且中心管内的截面积要小于空心热轴的流道截面积,防止出现螺带内热介质无法循环的问题;此外空心螺带的制作要求非常严格,不得有泄漏,整条螺带焊接完毕后做压力试验,如果出现漏点进行补焊后继续试压。

    (2) 干燥过程锥形筒体内抽真空,在负压状态下溶点沸点都随着真空度的提高而降低,同时用真空泵间隙抽湿降低湿份含量,使得物料内水等溶液获得足够的动能脱离物料表面。
    通过计算,锥形筒体结构按压力容器设计;并在封头上加布袋除尘器并预留抽真空口,除尘器带有反吹口,由电磁脉冲阀定时对布袋进行反吹,保持布袋的清洁度;将普通取样阀改为真空取样阀,这样在整个取样过程可以不影响锥形筒体内的真空度;密封结构由原来的填料密封改为机械密封,并且要考虑机械密封、轴承和轴之间的热膨胀间隙。

    所有结构按要求改进后对设备进行试运转及压力试验,运转稳定,气密性较高。加入同种热敏性物料进行试验,我们可以得出结构改进前后的参数可以看出,换热面积比原来增加23%,干燥时间比原来缩短0.9h,干燥效率比改进前提高了一倍,而且物料物理化学性质均满足工艺要求。


    改进后的新型重载式真空单锥干燥机工作效率大幅提升,不仅可以用于聚乙醇酸PGA单体乙交酯等热敏性物料的干燥,还可以用于粉体和粉体、粉体和液体的混合、反应与干燥;并且彻底改变了传统干燥设备体积大、能耗高、工时长、效率低、噪音高、易结块、多漏点以及清洁维护不便等缺陷;是目前同类设备中能耗低、效率高、效果好的一款多用途干燥设备,常州百得还在单锥干燥机的工艺结构上进行进一步的探索和研究,在现有的一机多能的基础上展开思路,开发出新的结构,例如可以考虑将单锥干燥机转变为筒锥式反应、结晶、过滤、洗涤、干燥等多功能一体机,可以满足溶剂分离、提取,固液置换、干燥等工艺要求,真正实现多能一体机在工业化生产中的应用。

    未来,常州百得将在单锥干燥机的研发和生产上投入更多的资源,为行业发展注入更多科技活力,助合作伙伴打通更多的发展通道,一起向智能化制造业迈进!



    常州百得致力于推动闭路循环干燥机、多功能过滤洗涤干燥机的技术创新,珍视客户给予的充分信赖。知识产权是百得干燥和客户共同的生命线。在常州百得,我们坚持诚实敬业的立业之本,坚持对侵权行为零容忍,严厉打击任何侵犯知识产权的犯罪行为。这是常州百得至高的责任、义务和承诺。我们必须精诚回报客户的信任,彻底杜绝任何侵权行为。
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