粗對(duì)苯二甲酸( CTA)通過(guò)加氫精制和離心分離制成精對(duì)苯二甲酸( PTA)，它是生產(chǎn)聚酯和纖維的主要原料。中國(guó)石化上海石油化工股份有限公司PI'A裝置1983年從日本引進(jìn)，經(jīng)過(guò)增量改造，生產(chǎn)能力從原設(shè)計(jì)的225 kt/a增至400 kt/a。原設(shè)計(jì)采用日本三井化學(xué)株式會(huì)社的專(zhuān)利技術(shù)，該技術(shù)特點(diǎn)是以醋酸為溶劑，醋酸鈷、錳及四溴乙烷為催化劑，對(duì)二甲苯( PX)氧化生成CTA，再經(jīng)加氫精制，然后經(jīng)過(guò)離心分離、真空過(guò)濾和干燥等過(guò)程，最終生成PTA。CTA回轉(zhuǎn)式干燥烘干機(jī)是生產(chǎn)CTA的關(guān)鍵設(shè)備，該設(shè)備的運(yùn)行好壞直接影響到PTA裝置的生產(chǎn)能力和產(chǎn)品質(zhì)量穩(wěn)定，也是影響整個(gè)裝置運(yùn)行成本的關(guān)鍵，富通新能源生產(chǎn)銷(xiāo)售木屑顆粒機(jī)、木屑烘干機(jī)等生物質(zhì)燃料成型、木屑烘干等機(jī)械設(shè)備。
1、主要參數(shù)和工作原理
1.1結(jié)構(gòu)與主要參數(shù)
    CTA回轉(zhuǎn)式干燥烘干機(jī)由筒體（包括殼體、蒸汽管、蒸汽分配器及錘擊器）、進(jìn)料螺旋、進(jìn)出料端密封、旋轉(zhuǎn)接頭及傳動(dòng)系統(tǒng)（包括電機(jī)、減速機(jī)、齒輪、托輪等）組成。
CTA回轉(zhuǎn)式干燥烘干機(jī)中蒸汽管以同心圓方式沿筒體方向進(jìn)行排管，蒸汽管一端與汽室端蓋的法蘭焊接固定，另一端為自由端，采用填料密封，運(yùn)行時(shí)可補(bǔ)償管的熱膨脹。簡(jiǎn)體成一定傾斜度安裝，一般斜度約為2 mm /100cm。
1.2工作原理
    CTA回轉(zhuǎn)式干燥烘干機(jī)是蒸汽列管臥式回轉(zhuǎn)型干燥烘干機(jī)，屬于密閉型間接加熱式回轉(zhuǎn)干燥烘干機(jī)范疇。與常規(guī)回轉(zhuǎn)干燥烘干機(jī)的差別在于筒內(nèi)安置了蒸汽加熱管，進(jìn)出料兩端安裝了特殊的密封結(jié)構(gòu)，加熱管貫穿整個(gè)干燥烘干機(jī)機(jī)身，以同心圓方式排成4圈，干燥所需熱量主要由加熱管提供，簡(jiǎn)體旋轉(zhuǎn)中通過(guò)金屬管壁將熱能傳遞給物料，同時(shí)存在著蒸汽列管與載氣、載氣與物料顆粒之間的對(duì)流換熱，該干燥烘干機(jī)加熱系統(tǒng)結(jié)構(gòu)如圖1所示。
    CTA濕料從入料口進(jìn)入進(jìn)料螺旋腔體，由螺旋推進(jìn)到干燥烘干機(jī)回轉(zhuǎn)筒體內(nèi)，CTA濕料接觸管壁等吸收熱量增焓，CTA濕料中水、酸等組分不斷蒸發(fā)。同時(shí)在簡(jiǎn)體內(nèi)通有載氣(N2)，載氣從出料系統(tǒng)進(jìn)入，與物料逆向動(dòng)作，在加熱CTA的同時(shí)攜帶走蒸發(fā)出來(lái)的組分，使CTA濕料逐步干燥，隨著簡(jiǎn)體的回轉(zhuǎn)CTA物料不斷翻動(dòng)和向前傾方向逐步推進(jìn)，到達(dá)筒體出料端的CTA已是具備指標(biāo)要求的粉沫成品，再由靜止出料螺旋推出到出口回轉(zhuǎn)閥，然后進(jìn)入氣送系統(tǒng)到料倉(cāng)。
    其排液原理是：蒸汽從中心管內(nèi)管經(jīng)由“加熱蒸汽進(jìn)入管”進(jìn)入“汽室”；然后蒸汽再?gòu)?ldquo;汽室”進(jìn)入“加熱管”，在“加熱管”內(nèi)冷凝放熱，變?yōu)槟�液；凝液�?ldquo;加熱管”流回“汽室”。當(dāng)汽室轉(zhuǎn)動(dòng)到適當(dāng)位置時(shí)，凝液在“隔板”的作用下在“汽室”內(nèi)匯聚到“凝液排出管”附近，當(dāng)液位高于“凝液排出管”時(shí)排人中心管，最后凝液通過(guò)中心管外管流出干燥烘干機(jī)。其中汽室被隔板分成3個(gè)腔，在干燥烘干機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)過(guò)程中，每二個(gè)腔依次按上述步驟工作，干燥烘干機(jī)每轉(zhuǎn)動(dòng)一周，每根排液管排液一次。
2、結(jié)構(gòu)分析與改進(jìn)
2.1進(jìn)料螺旋結(jié)構(gòu)
    進(jìn)料螺旋是干燥烘干機(jī)主要部件之一，是CTA濕料的推進(jìn)器，原結(jié)構(gòu)如圖2所示，其外端采用滾珠軸承，內(nèi)端采用滑動(dòng)軸承。因滑動(dòng)軸承在進(jìn)料腔的內(nèi)部，與腔內(nèi)介質(zhì)酸氣、水、固體顆粒等接觸，溫度在90℃左右，所以一般的自潤(rùn)滑軸承無(wú)法適用。當(dāng)時(shí)采用材料為四氟的滑動(dòng)軸承，在軸承支架上開(kāi)通孔，通入冷的N2來(lái)冷卻潤(rùn)滑摩擦副。但生產(chǎn)波動(dòng)或載氣中夾帶的CTA粉塵，很容易堵住冷卻N2孔，造成軸承與軸異常磨損，從而經(jīng)常導(dǎo)致螺旋中心下墜磨損進(jìn)料腔和螺旋，嚴(yán)重時(shí)造成了輸送效率降低和軸斷裂等故障。進(jìn)料腔內(nèi)的工況對(duì)軸承來(lái)說(shuō)是極其苛刻的，在這部位的軸承配對(duì)磨擦副必須同時(shí)具備良好自潤(rùn)滑性、高防腐性能、耐磨性和一定強(qiáng)度，采用提高材料等級(jí)的選型辦法不可行。因此，應(yīng)用懸臂梁原理，將螺旋軸設(shè)計(jì)成懸臂式，把軸承移到外端來(lái)改善運(yùn)行工況，如圖3所示。設(shè)計(jì)成懸臂粱式時(shí)，因軸將受到扭矩載荷和垂直載荷的綜合作用，它比原簡(jiǎn)支梁形式的軸徑會(huì)略有增加。但軸的最大撓度與軸的慣性矩(I)成反比，因?yàn)槁菪龓Ш椭�撐桿的作用，增加了軸的I，則在該工況下簡(jiǎn)支梁與懸臂梁的y變化不大。
    在PTA項(xiàng)目技術(shù)改造時(shí)，在新制設(shè)備中采用了懸臂式螺旋。該結(jié)構(gòu)使軸承既避免了進(jìn)料腔內(nèi)的苛刻工況，延長(zhǎng)了運(yùn)轉(zhuǎn)周期，又簡(jiǎn)化了腔內(nèi)結(jié)構(gòu)，便于軸承的檢修與維護(hù)，5年的實(shí)際運(yùn)行證明該結(jié)構(gòu)穩(wěn)定可靠。
2.2進(jìn)料和出料端密封結(jié)構(gòu)
    進(jìn)出料端密封是保證該回轉(zhuǎn)式干燥烘干機(jī)長(zhǎng)周期運(yùn)行的主要因素之一。在改造之前，原干燥烘干機(jī)筒體與進(jìn)、出口螺旋簡(jiǎn)體的連接動(dòng)密封是全填料結(jié)構(gòu)加彈簧補(bǔ)償?shù)慕Y(jié)構(gòu)，見(jiàn)圖4所示，該結(jié)構(gòu)雖然簡(jiǎn)單，但安裝的對(duì)中難度大，而且填料函間隙穩(wěn)定性差，容易泄漏造成填料失效，影響生產(chǎn)。該結(jié)構(gòu)中填料還要承擔(dān)一定的筒體間偏心引起的載荷，從而加劇了填料的磨損。
    因此，對(duì)進(jìn)出料端密封結(jié)構(gòu)進(jìn)行了優(yōu)化，優(yōu)化結(jié)構(gòu)如圖5所示；這種結(jié)構(gòu)稱(chēng)它為大軸承定位的填料密封結(jié)構(gòu)。其中定位大軸承是結(jié)構(gòu)的關(guān)鍵部件。定位大軸承結(jié)構(gòu)的引入，使進(jìn)、出料輸送器殼體和干燥烘干機(jī)簡(jiǎn)體間的對(duì)中性能好而且穩(wěn)定，同時(shí)克服了筒體對(duì)填料產(chǎn)生的附加載荷，使填料在較小的徑向載荷下均勻運(yùn)轉(zhuǎn)，提高了其運(yùn)行周期。一般該結(jié)構(gòu)中軸承有滾動(dòng)軸承和滑動(dòng)軸承兩種，滾動(dòng)軸承由軸承內(nèi)外圈、定位板、滾珠組成；而滑動(dòng)軸承結(jié)構(gòu)較簡(jiǎn)單。雖然滾動(dòng)軸承和滑動(dòng)軸承在密閉型蒸汽管回轉(zhuǎn)干燥烘干機(jī)中的使用均比較成熟，但滾動(dòng)軸承更利于大型化。因此，認(rèn)為CTA回轉(zhuǎn)式干燥烘干機(jī)采用滾動(dòng)大軸承結(jié)構(gòu)是可靠的。
2.3托輪的結(jié)構(gòu)
    托輪是回轉(zhuǎn)式干燥烘干機(jī)的主要支撐部件，其運(yùn)行的穩(wěn)定性和長(zhǎng)周期性是關(guān)鍵。隨著制造業(yè)和煉鋼技術(shù)的發(fā)展，在材料的選用方面已相對(duì)成熟。目前，國(guó)外引進(jìn)干燥烘干機(jī)的滾圈、托輪材質(zhì)主要為SCM440和FCD700。根據(jù)國(guó)內(nèi)外材質(zhì)分析對(duì)比，滾圈材質(zhì)SCM440相當(dāng)于國(guó)內(nèi)的42CrMo，托輪FCD700相當(dāng)于國(guó)內(nèi)的球墨鑄鐵QT700-2。在多年的運(yùn)行紀(jì)錄中發(fā)現(xiàn)，因托輪故障引起該干燥烘干機(jī)非計(jì)劃停車(chē)搶修的次數(shù)最多，其主要表現(xiàn)為軸承失效為主。軸承損傷的主要因素有變形、不同軸、配合不當(dāng)、潤(rùn)滑不良、外部振動(dòng)、腐蝕、材料缺陷和裝配工藝不當(dāng)?shù)取０l(fā)現(xiàn)結(jié)構(gòu)不合理主要原因是在日常運(yùn)行中托輪表面溫度平均一般在75℃左右，從原結(jié)構(gòu)（如圖6所示）中可見(jiàn)，即軸承外殼的環(huán)境溫度就不會(huì)低于75℃。此外，原結(jié)構(gòu)的潤(rùn)滑脂添加入口距離軸承較遠(yuǎn)，對(duì)兩軸承的潤(rùn)滑狀況判斷要求高，在實(shí)際運(yùn)行維護(hù)中易出現(xiàn)軸承中潤(rùn)滑脂的補(bǔ)給和更新不及時(shí)，而降低潤(rùn)滑效果，嚴(yán)重時(shí)就出現(xiàn)了軸承的短期失效。
    綜上所述，改進(jìn)該托輪的結(jié)構(gòu)來(lái)改善軸承的使用工況是解決問(wèn)題的關(guān)鍵。在增量改造項(xiàng)目引進(jìn)新設(shè)備時(shí)，采用了托輪新結(jié)構(gòu)，如圖7所示。它潤(rùn)滑脂補(bǔ)給較直接，易判斷。同時(shí)，軸承腔外殼直接露裸在大氣中，散熱效果好，易于降低軸承的使用溫度。實(shí)際使用中，測(cè)得新結(jié)構(gòu)軸承腔表面溫度在40—50℃，使用工況明顯好轉(zhuǎn)。
    此外，從另一個(gè)角度對(duì)比定性分析這兩種結(jié)構(gòu)形式的利弊。當(dāng)旋轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)速相同時(shí)，軸承的外圈和內(nèi)圈的線速度是不一樣的，當(dāng)值越大，則線速度越大。從原結(jié)構(gòu)中可以看到，托輪和軸承的外圈是運(yùn)動(dòng)件，而軸承的內(nèi)圈和軸是固定的。但新結(jié)構(gòu)中，軸承內(nèi)圈、軸和托輪是旋轉(zhuǎn)件，而軸承外殼是靜止件。很明顯，雖然滾珠軸承滾珠存在一定的自轉(zhuǎn)，但其繞軸的線速度原結(jié)構(gòu)大于新結(jié)構(gòu)，產(chǎn)生的摩擦熱前者大于后者。因此，新結(jié)構(gòu)中的軸承運(yùn)行工況得到了明顯改善，運(yùn)轉(zhuǎn)5年來(lái)，軸承未出現(xiàn)過(guò)早期失效。
3、結(jié)論
    干燥烘干機(jī)托輪采用軸承兩端支撐，軸與托輪同步一體旋轉(zhuǎn)的結(jié)構(gòu)合理穩(wěn)定和可靠。進(jìn)料螺旋采用懸臂式結(jié)構(gòu)安全可靠，減少因螺旋和進(jìn)料筒體磨損引起的非計(jì)劃停車(chē)或輸送效率的降低。采用大軸承定位方式的簡(jiǎn)體結(jié)構(gòu)，確保填料函的間隙的均勻性和運(yùn)轉(zhuǎn)穩(wěn)定性，減少了填料的偏心磨損，延長(zhǎng)了填料的使用壽命，從而軸封穩(wěn)定性大大提高。但大軸承的維護(hù)保養(yǎng)是至關(guān)重要的。確保其潤(rùn)滑的穩(wěn)定性，定期注入足夠的耐高溫潤(rùn)滑脂，加強(qiáng)巡檢維護(hù)，周期可達(dá)5年以上，富通新能源生產(chǎn)銷(xiāo)售木屑顆粒機(jī)、木屑烘干機(jī)等生物質(zhì)燃料成型、木屑烘干機(jī)等機(jī)械設(shè)備。