1、概述
  PTA即精對(duì)苯二甲酸，是生產(chǎn)聚酯薄膜、纖維及包裝樹(shù)酯的主要原料，也是一種應(yīng)用十分廣闊的基礎(chǔ)化工原料。本中試裝置是通過(guò)∮1000×8000mm干燥烘干機(jī)及其附屬工藝系統(tǒng)設(shè)備，模擬實(shí)際生產(chǎn)中PTA在不同工況下的干燥過(guò)程，研究PTA物料在干燥過(guò)程中的物性變化規(guī)律，從而優(yōu)化選取工藝條件、設(shè)計(jì)參數(shù)、結(jié)構(gòu)型式，確定不同條件下干燥的數(shù)學(xué)模型、熱力學(xué)模型及相關(guān)參數(shù)的變化規(guī)律，為PTA干燥烘干機(jī)的放大提供依據(jù)，為完成“十一五”國(guó)家重大技術(shù)裝置-60萬(wàn)噸／年P(guān)TA裝置干燥烘干機(jī)的國(guó)產(chǎn)化積累經(jīng)驗(yàn)。
3、中試裝置方案的確定
    根據(jù)技術(shù)開(kāi)發(fā)協(xié)議的要求，2005年8月，中國(guó)紡織工業(yè)設(shè)計(jì)院與北京化工大學(xué)提出了中試裝置的放大原則、工藝流程、工藝參數(shù)、試驗(yàn)方案及測(cè)試方法，錦化機(jī)承擔(dān)了中試裝置的全部設(shè)機(jī)械設(shè)計(jì)、制造、安裝調(diào)試及試驗(yàn)任務(wù)。
3、中試干燥烘干機(jī)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)特點(diǎn)
    中試干燥烘干機(jī)是PTA中試裝置中的核心設(shè)備，其結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)只有滿(mǎn)足工藝條件的要求，才能確保試驗(yàn)結(jié)果的準(zhǔn)確性和完整性，富通新能源銷(xiāo)售生產(chǎn)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。  3.1進(jìn)料部分
  PTA濕物料通過(guò)喂料機(jī)進(jìn)入干燥烘干機(jī)內(nèi)進(jìn)行干燥。喂料機(jī)采用減速機(jī)與傳動(dòng)軸直連，聯(lián)軸器為彈性套柱銷(xiāo)聯(lián)軸器，能吸收一定的震動(dòng)與沖擊；傳動(dòng)軸為雙支點(diǎn)懸壁軸，軸伸入機(jī)體內(nèi)部，軸末端沒(méi)有軸承支承，消除了末端軸承不易維護(hù)的缺點(diǎn)傳動(dòng)軸上焊有連續(xù)螺帶，有利于PTA濕物料的輸送；采用進(jìn)料與載氣通道分開(kāi)的設(shè)計(jì)方式，最大限度保證載氣暢通。軸與殼體法蘭之間為填料密
封，同時(shí)向密封內(nèi)吹入帶有一定壓力的密封氮?dú)猓�盡量減少密封的泄漏。
  3.2進(jìn)料密封部分
  該進(jìn)料密封是一種新型密封裝置。它采用大型回轉(zhuǎn)支承軸承，保證了V型填料處的旋轉(zhuǎn)精度，降低了填料的磨損及干燥烘干機(jī)驅(qū)動(dòng)功率的消耗；采用壓力氮?dú)馔ㄈ朊芊馓盍咸帲�降低了干燥烘干機(jī)轉(zhuǎn)筒的泄漏，防止外部空氣進(jìn)入筒內(nèi)及筒內(nèi)物料的泄漏，避免了易燃易爆氣體爆炸的可能性。同時(shí)填料密封處有單獨(dú)的潤(rùn)滑系統(tǒng)、水冷卻系統(tǒng)，減少了填料密封的摩擦阻力，延長(zhǎng)了密封填料的使用壽命。
  3.3機(jī)體部分
  機(jī)體規(guī)格∮1000×8000mm，壁厚lOmm，其中前后滾圈處壁厚20mm。機(jī)頭及固定端滾圈附近帶有錘擊器，減少物料粘壁。在機(jī)尾部設(shè)有手動(dòng)翻轉(zhuǎn)閥，控制調(diào)整物料的停留時(shí)間及出料量。同時(shí)，在機(jī)體的側(cè)壁上有如下裝置：10個(gè)測(cè)溫?zé)犭娪纾ㄆ渲袃蓚�(gè)同時(shí)具有濕度顯示的功能），隨時(shí)顯示機(jī)體內(nèi)各段物料的溫度及濕度；9個(gè)手動(dòng)取樣口，能夠在每組工藝參數(shù)試驗(yàn)過(guò)程中抽取機(jī)體內(nèi)物料樣品；3對(duì)視鏡，便于試驗(yàn)人員直接觀察機(jī)體內(nèi)物料的狀態(tài)，上述結(jié)構(gòu)使干燥烘干機(jī)可進(jìn)行不同物料或同一物料不同工藝參數(shù)的干燥試驗(yàn)，并得出可靠的試驗(yàn)數(shù)據(jù)。
    3.4傳動(dòng)部分
    考慮到中試干燥烘干機(jī)直徑比較小，大齒圈采用整體形式，其傳動(dòng)平穩(wěn)，精度高。減速機(jī)與電機(jī)直聯(lián)，體積緊湊，同時(shí)直連的電機(jī)為變頻調(diào)速電機(jī)，通過(guò)變頻器實(shí)現(xiàn)不同工藝條件下的轉(zhuǎn)速要求。
    3.5托擋輪部分
    托輪裝置承受整個(gè)回轉(zhuǎn)部分的重量，不僅工作在重負(fù)荷下，而且還要確保筒體滾圈在托輪上轉(zhuǎn)動(dòng)平穩(wěn)。該干燥烘干機(jī)滾圈下的每對(duì)托輪中心線(xiàn)夾角為60°，托輪裝置的軸承采用滾動(dòng)軸承，托輪結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)為心軸式，結(jié)構(gòu)緊湊。
    3.6汽室及出料部分
    加熱管與汽室管板采用強(qiáng)度脹+密封焊。加熱管末端采用針形閥自動(dòng)排出不凝汽。加熱管與機(jī)頭端板之間采用填料型密封，密封可靠。采用重力中心出料形式，汽室中心為出料管，出料管帶有螺旋葉片，依靠機(jī)體轉(zhuǎn)動(dòng)將物料排出。出料與汽室之間密封采用與進(jìn)料密封相同的結(jié)構(gòu)。
    4研制過(guò)程中解決的技術(shù)難題
    4.1進(jìn)料密封及冷凝水排放系統(tǒng)設(shè)計(jì)
    由于中試干燥烘干機(jī)與工業(yè)化干燥烘干機(jī)相比外形尺寸較小、結(jié)構(gòu)緊湊，設(shè)計(jì)、制造難度大。為此在設(shè)計(jì)上運(yùn)用了錦化機(jī)兩項(xiàng)新型專(zhuān)利技術(shù)，較好地解決中試干燥烘干機(jī)進(jìn)料密封及冷凝水排放系統(tǒng)兩大技術(shù)難題，試驗(yàn)過(guò)程表明密封性能安全可靠，動(dòng)密封點(diǎn)磨損輕，摩擦功率消耗��；冷凝水排放順暢，氣水分離效果明顯。圖1為進(jìn)料密封結(jié)構(gòu)圖，圖2為冷凝水排放結(jié)構(gòu)圖。
   4.2工藝氣源蒸汽、氮?dú)夤芫�(xiàn)的設(shè)計(jì)
   以往錦化機(jī)開(kāi)發(fā)設(shè)計(jì)的蒸汽加熱管式回轉(zhuǎn)干燥烘干機(jī)，在工廠(chǎng)內(nèi)只能做空負(fù)荷冷態(tài)試運(yùn)轉(zhuǎn)，合格后交付用戶(hù)，由用戶(hù)在現(xiàn)場(chǎng)進(jìn)行熱態(tài)負(fù)荷試運(yùn)轉(zhuǎn)。顯而易見(jiàn)，完成中試必須解決工藝氣源供給這一難題，為此我們結(jié)合錦化機(jī)現(xiàn)有的基礎(chǔ)條件，經(jīng)過(guò)數(shù)次論證，最終確定利用現(xiàn)有35t蒸汽鍋爐及空壓站提供蒸汽及氮?dú)�，并架設(shè)了專(zhuān)用管線(xiàn)。按照工藝條件的要求，通過(guò)理論計(jì)算，優(yōu)化設(shè)計(jì)了蒸汽、氮?dú)夤芫�(xiàn)的直徑及結(jié)構(gòu)形式。圖3為蒸汽管線(xiàn)布置簡(jiǎn)圖，圖4為氮?dú)夤芫�(xiàn)布置簡(jiǎn)圖。
  4.2.1針對(duì)冬季試驗(yàn)的特點(diǎn)，在蒸汽管線(xiàn)上加裝旁路排空裝置，使中試干燥烘干機(jī)開(kāi)、停機(jī)時(shí)管線(xiàn)排空順暢，避免了蒸汽管線(xiàn)被凍現(xiàn)象的發(fā)生。
  4.2.2考慮到氮?dú)夤芫�(xiàn)壓力、流量波動(dòng)較大的客觀現(xiàn)實(shí)，在氮?dú)膺M(jìn)入中試裝置管線(xiàn)前設(shè)計(jì)安裝了氮?dú)饩彌_罐，有效地解決氮?dú)鈮毫Α⒘髁坎环�(wěn)定的現(xiàn)象。
   試驗(yàn)過(guò)程表明：采用上述兩項(xiàng)措施，確保了蒸汽、氮?dú)夤芫�(xiàn)壓力平穩(wěn)，流量調(diào)節(jié)靈活，保證了試驗(yàn)的順利進(jìn)行。
  4.3電器控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)
  中試裝置上有大小電機(jī)、減速機(jī)、變頻器共計(jì)11臺(tái)，每一臺(tái)電器設(shè)備的開(kāi)啟正確與否，都直接影響到試驗(yàn)的正常進(jìn)行。因此我們對(duì)中試裝置上所有電器設(shè)備，按開(kāi)啟的先后順序進(jìn)行連鎖控制設(shè)計(jì)，并應(yīng)用鑰匙開(kāi)關(guān)啟動(dòng)干燥烘干機(jī)，作為安全防范措施對(duì)設(shè)備進(jìn)行了靜電接地處理，所有電器設(shè)備的操作控制均在控制室內(nèi)完成，為試驗(yàn)的順利進(jìn)行提供了安全技術(shù)保障。
5、技術(shù)調(diào)查分析
  從目前掌握的信息，日本TSK月島機(jī)械株式會(huì)社對(duì)PTA物料干燥有較深的研究，干燥過(guò)程中的基礎(chǔ)數(shù)據(jù)均來(lái)源于實(shí)驗(yàn)，具有完善的冷模和熱模試驗(yàn)條件，能進(jìn)行中間試驗(yàn)和工業(yè)試驗(yàn)。
  據(jù)了解國(guó)內(nèi)僅一些重點(diǎn)大學(xué)能做PTA物料的冷模試驗(yàn)，如此規(guī)模的中試裝置在國(guó)內(nèi)尚屬首次。
6、中試過(guò)程及出現(xiàn)問(wèn)題的解決措施
  6.1第一階段試驗(yàn)
  6.1.1試驗(yàn)內(nèi)容見(jiàn)表一。
  6.1.2采用間歇式投料方式。每次投300kgPTA干粉，按比例加水后混料，時(shí)間8—10分鐘，然后進(jìn)行投料，待料投完后將手動(dòng)放料閥關(guān)閉，再混下一次料，共進(jìn)行5組，每組重復(fù)做5～7次。每組取2～3次樣品，循環(huán)投PTA干粉量8100kg。
    6.1.3采集的試驗(yàn)數(shù)據(jù)：
    6.1.3.1氮?dú)狻⒄羝麎毫Α�溫度、流量�?br />     6.1.3.2喂料機(jī)、主電機(jī)電流、電壓；
    6.1.3.3各測(cè)點(diǎn)物料溫度、濕度；
    6.1.3.4干燥烘干機(jī)表面溫度。
    6.1.4出現(xiàn)的問(wèn)題及解決措施
    由于對(duì)PTA濕物料的物性認(rèn)識(shí)不深，進(jìn)料旋轉(zhuǎn)閥內(nèi)濕物料粘壁現(xiàn)象嚴(yán)重，旋轉(zhuǎn)閥不能正常落料，為不影響試驗(yàn)的進(jìn)行，現(xiàn)場(chǎng)決定采取臨時(shí)措施，拆下旋轉(zhuǎn)閥，改用雙層不透氣的編織袋直接連接，確保了試驗(yàn)的正常進(jìn)行。圖5為進(jìn)料旋轉(zhuǎn)閥拆除前后比較圖。
  6.2第二階段試驗(yàn)
  6.2.1試驗(yàn)內(nèi)容主要對(duì)表一中的4個(gè)參數(shù)進(jìn)行了調(diào)整，分別做正交試驗(yàn)、氮?dú)饬髁勘容^試驗(yàn)及120%超負(fù)荷試驗(yàn)。
  6.2.2采用連續(xù)投料方式。每組按投料速度1500kg/h連續(xù)均勻投PTA干粉，同時(shí)按比例加水混料，共進(jìn)行18組，每組取樣一次，循環(huán)投PTA干粉量27300kg。
    6.2.3采集的試驗(yàn)數(shù)據(jù)：
    6.2.3.1—4同6.1.3.1~4；
    6.2.3.5取樣及稱(chēng)重；
    6.2.3.6測(cè)2組物料停留時(shí)間；
    6.2.3.7測(cè)2組氮?dú)饬髁勘容^；
    6.2.3.8測(cè)1組120%超負(fù)荷；
    6.2.3.9測(cè)3組冷凝水排放量；
    6.2.3.10測(cè)2組出料旋轉(zhuǎn)閥排料量。
    6.2.4出現(xiàn)的問(wèn)題及解決措施
    6.2.4.1由于采用連續(xù)投料方式，原混料機(jī)放料閥的結(jié)構(gòu)不能滿(mǎn)足落料速度，經(jīng)仔細(xì)分析后決定，將原扇形孔落料改為插板式手動(dòng)調(diào)節(jié)落料，增大落料口尺寸，提高了落料能力，改進(jìn)后效果顯著，滿(mǎn)足了試驗(yàn)要求。
    6.2.4.2隨著試驗(yàn)的進(jìn)一步深入，從已完成的幾組試驗(yàn)取樣分析后得知，靠近加料端一側(cè)第三個(gè)取樣口濕含量偏大，影響試驗(yàn)的準(zhǔn)確性，經(jīng)現(xiàn)場(chǎng)分析對(duì)比，問(wèn)題可能出在加水混料這一環(huán)節(jié)上，當(dāng)即決定將原來(lái)的人工控制加水混料改為旋轉(zhuǎn)噴淋加水混料，控制好投料速度，并采取相應(yīng)措施（如：每次試驗(yàn)前進(jìn)行充分地曖機(jī)，試驗(yàn)后使干燥烘干機(jī)內(nèi)物料充分干燥），解決了混料不均造成的取樣處物料濕含量波動(dòng)較大的難題。圖6為旋轉(zhuǎn)噴淋混料圖。
7、結(jié)束語(yǔ)
    實(shí)踐證明該中試裝置設(shè)計(jì)合理、結(jié)構(gòu)新穎，能夠完成PTA中試的全部?jī)?nèi)容，各項(xiàng)技術(shù)指標(biāo)達(dá)到了設(shè)計(jì)要求，通過(guò)對(duì)PTA中試裝置的設(shè)計(jì)與開(kāi)發(fā)，使我們對(duì)PTA干燥烘干機(jī)設(shè)計(jì)有了全新的認(rèn)識(shí)，積累了經(jīng)驗(yàn)，增強(qiáng)了自主開(kāi)發(fā)60萬(wàn)噸／年P(guān)TA干燥烘干機(jī)的信心。