顺丁橡胶水析凝聚法工艺的理解与探讨

1、顺丁橡胶水析凝聚法工艺的理解与探讨顺丁车间 李振华摘要：本论文简述了齐鲁石化公司橡胶厂顺丁橡胶水析凝聚法的生产工艺和凝聚机理，并分别从设备和工艺两方面分析了影响凝聚效果的几点因素，最后就节能降耗和优化工艺两个方面提出两点建议。关键词: 顺丁橡胶 水析凝聚 凝聚效果 能耗 1工艺流程概述及装置生产特点1.1 工艺流程概述 来自胶罐岗的顺丁胶液除了含有一定量的顺丁胶外，还有大量的溶剂油和少量未反应的丁二烯以及残存的催化剂等。凝聚岗的任务就是将胶液凝聚成胶粒，并脱除其中的溶剂油和丁二烯。胶液喷入凝聚釜后，在釜内蒸汽和机械搅拌的作用下发生传质传热过程，散入水中的胶液从釜内中吸收热量形成胶粒后从热水中析

2、出，经颗粒泵送干燥工序处理。汽化后的溶剂油和丁二烯被水蒸气带出，经釜顶冷凝器冷凝、冷却后进入油水分层罐分离。1.2 装置生产特点水析凝聚法工艺比较简单，两釜由溢流管联接，物料传递靠进料推动力实现，采用的是双釜温差式工艺，首末釜温度分别控制（95±2）OC和（100±2）OC。在凝聚过程中，釜内存在汽水胶粒三相平衡，水蒸气提供了釜内能量传递的热量，包括使水、胶、溶剂升温所需的显热，溶剂的汽化潜热以及能量损失部分。由于闪蒸出的气相带有的大量热量，进入换热器发生相变时造成了大量的热量损失，并且增加了软化水、循环水的使用量，这一因素成为制约生产成本降低的一大瓶颈，所以说，本装置在节

3、能降耗方面存在着很大的潜力。2 水析凝聚法的机理探讨水析凝聚的目的是从胶液中析出橡胶，并且脱除其中的溶剂油和丁二烯。在这个过程中，顺丁橡胶经历了分散、汽化和胶粒形成等几个阶段。2.1胶液分散形成液滴阶段 胶液进入凝聚釜后，与热水和水蒸气通过分子碰撞、剪切、拉伸等方式将其破碎成一个个小液滴，此阶段为胶液分散过程，胶粒的粒度大小及分布主要由流体的流量、流速及胶液的物性等因素决定。产生的液滴大小及分布对凝聚效果和整个凝聚过程的能耗均有重要影响。在生产中，喷嘴处加一定量的热水来强化这一过程，通过调整热水流量来控制胶粒的大小，取得了很好的效果。2.2溶剂汽化形成含油粒阶段 喷入釜内的胶液吸收热量后，使其

4、中的溶剂油汽化，进入周围液相，研究表明，溶剂汽化后形成自液滴内部至表面的众多细孔，使胶液液滴转变成溶剂油含量大大降低的疏松海绵状的含油胶粒；从胶粒脱除的溶剂油、丁二烯随水蒸气到达釜顶气相出口。研究发现，胶滴中溶剂汽化的速率由传热速率决定，与胶滴直径和胶含量等因素无关，生产中，1#釜的温度控制95±2OC，因此该过程在1#釜基本完成。2.3固体胶粒的形成阶段上阶段形成的仍含少量溶剂油的胶粒在传质传热过程中继续脱油，直到油含量降至工艺允许值，然后含油胶粒转变成固体胶粒。此过程先是胶粒内部的溶剂向胶粒表面的分子扩散，然后发生表面蒸发、膜内扩散、主体运动过程。此阶段分子扩散过程速率最慢，是胶

5、粒形成的关键控制步。3分析影响凝聚效果的影响因素主要从设备和工艺两方面探讨影响凝聚效果的各种因素。3.1凝聚釜结构3.1.1搅拌器搅拌器用于分散、混合胶液和热水，促进胶粒在釜内的循环，形成合理的流型强化传热传质过程提高凝聚效果。由于胶颗粒密度小于水的密度，当搅拌混合不充分时，无法形成良好的整体循环，导致胶粒在釜内分布不均匀，从而削弱了凝聚效果。搅拌器转速的大小对釜内液位有较大的影响，搅拌速度过快，就会缩短了物料在釜内的实际停留时间，使凝聚效果差；搅拌速度过慢，则会造成釜内物料不均匀，导致凝聚效果差，且极易发生闷釜现象，给正常生产造成了严重威胁。此外，搅拌桨的制造型式、桨间距离、搅拌桨直径与凝聚

6、釜直径的比值以及安装位置等对釜内流体的流型、混合效率、传热效率等也均有影响，这些因素都会直接影响影响凝聚效果。3.1.2挡板釜壁焊接的四块挡板改善了釜内流体的流型，强化传质传热过程，延长胶粒在釜内的停留时间，使物料更充分、有效地混合，这大大提高了凝聚效果。3.1.3喷嘴釜内流体在搅拌轴和釜底蒸汽的作用下，有沿轴向向上的流动，进料口与水平方向成45.°向下时，入釜的物料与釜内流体恰好直接作用；且喷嘴出口应接近下层搅拌叶，这样胶液入釜后运行轨迹的延长线恰好与下层搅拌桨叶的外沿相交，结果使胶粒受力更充分，分散更均匀。3.2喷胶量喷胶量的大小与直接影响到凝聚效果的好坏，喷胶量过大，造成釜中胶

7、粒密度增大，增加了输送难度，并且不利于溶剂油的脱除，从而降低了溶剂油的回收率，造成了物料损失。喷胶量过小有利于溶剂油的脱除，但是设备利用率较低，生产效率下降。因此，选择合适的喷胶量对于降低生产成本，提高凝聚效果有重要意义。 3.3水胶比水胶比是指进入凝聚釜的热水流量和喷胶量的比值。水胶比大时，胶粒在釜内停留时间短，这就影响了溶剂油的脱出，残留的溶剂油一方面降低了溶剂油的回收率，造成物料损失，另一方面又增加了干燥工序的油气含量，容易造成油气爆炸事故，并且热水流量大时欲保证所需的凝聚温度，须增加蒸汽量，从而增加了能耗；水胶比小时，胶粒在凝聚釜中的停留时间增加，溶剂油的脱出效果比较好，物耗也相应降低

8、，但是釜中胶粒密度增大，胶粒容易粘结成块，输送困难易堵塞管线，严重时甚至会发生“闷釜”事故。因此，兼顾降低能耗和正常生产，水胶比一般控制在35。3.4釜内温度凝聚釜温度主要由热水提供，并且用釜底和溢流管蒸汽补充控制釜温。从水析凝聚法机理我们知道，溶剂油吸收热量从胶粒内部扩散到表面后，仍需要突破胶颗粒表面紧密层的约束阻力，研究表明，1#釜温度在一定范围内越低，胶粒表面的紧密层就越薄，凝聚效果就越好。但是若该釜温度越接近溶剂油汽化温度，溶剂油汽化量就显著减少，因此控制适宜的温度对凝聚效果影响显著。胶粒进入2#釜后，其中的溶剂油含量已经很低，并且在经过1#釜之后，胶粒表面的紧密层明显加厚，所以需要较

9、1#釜更高的温度才能将其脱除，但过高的温度增加了蒸汽消耗，因此兼顾增强能聚效果和减少能量消耗，2#釜温度也应控制适宜的范围。3.5釜内压力凝聚釜压力主要是由釜内上升蒸汽以及出料阻力造成的，蒸汽的上升量主要由凝聚釜温度和胶液中的溶剂油量决定。正常生产中釜内温度控制波动范围不大，可认为恒定不变，所以釜内上升的蒸汽量只与溶剂油含量和出料阻力有关，当出料阻力一定时，胶含量低时胶液中含油量大，釜内上升蒸汽量越大，釜压就越高。根据道尔顿分压定律，提高凝聚釜操作压力，可以同时提高溶剂油和水蒸气的饱和蒸汽压，即可同时提高它们的沸点。实验表明，溶剂油沸点的增加幅度要高于水蒸气，同时工艺上控制1#釜温度在95 O

10、C左右，可大大降低了水蒸汽的闪蒸量。因此，提高凝聚釜操作压力可增加溶剂油的上升量，降低水蒸气的上升量，这样既提高了凝聚效果，又可以降低换热器的冷凝负荷。但是，釜压提高之后，出料速度加快，容易造成液面波动，反而影响正常生产，所以，在生产允许情况下，适当保持一定的釜压对于增强凝聚效果、降低生产能耗具有重要的意义。4关于装置工艺改造的三点建议4.1实现凝聚釜压自控，减少蒸汽用量生产中发现，在保证凝聚釜不超压的前提下，适当保持凝聚釜内较高压力可以减少蒸汽用量。可以用出料阻力控制釜内压力，当前，出料管线出口只是由一闸阀控制，因此生产中釜压发生变化需要调节时既不能及时，又增加了劳动强度。所以，我们可以在出

11、口加一压力调节阀，结合胶含量的变化及时有效地调节釜压，既达到了减少蒸汽消耗的目的，也降低了劳动强度。4.2颗粒泵出口设调节阀，及时调节生产根据上面的分析，水胶比是影响凝聚效果的一个重要因素。由于各种原因造成热水流量波动时，若不及时调节就会影响到凝聚过程，在生产中我们主要通过改变颗粒泵出口阀开度的大小控制凝聚釜液位间接地调节水胶比。但是人工调节往往不及时，经常造成工艺波动影响正常生产。因此，在颗粒泵出口设置流量调节阀可以有效的解决这个问题。4.3采用三釜凝聚工艺节能降耗 目前国内不少顺丁装置均采用三釜凝聚工艺，此工艺的优点在于1#釜采用较低的凝聚温度，可减少水蒸气的挥发量，同时蒸出大部分的溶剂油，主要是胶粒间及胶粒表面的溶剂油；2#釜、3#釜采用较高的凝聚温度，充分将胶粒内部的溶剂油闪蒸出来。且3#釜负压操作，将气相所带的热量引入1#釜作为1#釜的热源，整个凝聚过程不但保证了溶剂油的充分闪蒸，而且还降低了蒸汽和循环水