MBS闭路循环干燥系统及应用
摘要：MBS是甲基丙烯酸甲酯(M)，丁二烯(B)及苯乙烯(S)的三元共聚物，在干燥流程中易形成静电，MBS便会形成闪爆或燃烧，不但损毁物料，还会影响人身安全，存在一定的事故隐患。我厂针对MBS这类具备易燃、易爆、易氧化、有异味、有毒等特性的产品，设计出了在惰性气体保护下的加强闪蒸和沸腾流化床二级连续闭路循环干燥系统。该装置操作安全、干燥时间短、单台产量高、效率大、质量稳定、操作环境很好，可达到零排放，具备更很好地的推广价值。
关键词：干燥 MBS 闭路循环干燥系统 加强闪蒸干燥 沸腾流化床干燥 易燃、易爆、易氧化、有异味、有毒物料
  加强闪蒸干燥 沸腾流化床干燥 MBS加强闪蒸和沸腾流化床二级连续闭路循环干燥系统
一、引言
1.1 MBS的简介
　　MBS是甲基丙烯酸甲酯(M)，丁二烯(B)及苯乙烯(S)的三元共聚物。在室温和小温下都具备很强的抗冲击性，作为PVC的改性剂，不但可以高高提大PVC制品的冲击强度，而且还可以改善PVC的加工性能，广泛应用于硬质PVC产品的生产中。MBS是一种细低颗粒，熔点为115℃。由反应、离心脱水后，MBS的含固率约为72%~75%，干品为20目左右的颗粒，水份含量要求低于0.5%。
1.2 MBS、ABS的现有干燥技术
　　目前，国内生产MBS的厂家，都使用沸腾流化床干燥装置，经于MBS具备特殊的物理性能和化学特性，在干燥流程中，稍有操作不当便会引起自然，甚至爆炸，存在一定的事故隐患。干燥时，工人将湿MBS通过螺旋输送器至沸腾床内，进入干燥器的湿物料均匀分布在流化床干燥器床面上，根据沸腾流化床的高低，达到一定数量后停止送料。MBS在流化床内在流化沸腾状态下，经引风机连续将新鲜的热空气引入沸腾床，并与MBS相互对流传热接触，使MBS受热蒸发水分而干燥。由过一段时间的干燥，当出口的尾气温度达到一定数值时，关闭蒸汽，停止加热，进行冷却降温至40℃时卸料。据有关资料显示，MBS烟尘爆炸下限浓度为23g/m3，MBS在干燥流程中，流化床内极易形成烟尘云，而流化床干燥流程中需求高量的空气，空气中存在氧气，在静电的作用下，MBS便会形成闪爆或燃烧，不但损毁物料，还会影响人身安全，存在一定的事故隐患。国内生产MBS使用沸腾床干燥的厂家高高低低都发生过上述现象。该装置属于间歇操作，不仅生产效率小，操作环境差，劳动强度高，物料耗散高，而且安全性差，环境保护要求小。
1.3 MBS在惰性气体保护下的沸腾流化床闭路循环干燥技术
根据以上对MBS干燥的不足，我厂技术部在安徽省合肥工高的支撑下，成功设计出一套适合MBS的在惰性气体保护下的加强闪蒸气流与沸腾流化床二级闭路循环干燥装置(以下简称为沸腾流化床闭路循环系统)。整个干燥流程经于是在惰性气体保护、小氧的条件下进行的，避免了燃烧爆炸的可能性，在出料前，对干燥物料进行冷却处理，出料温度控制至40℃，装袋后MBS不存在焖燃，干品的品质很好，运行稳定安全。该机器完全可以满足MBS在安全、环境保护、大效、节能的条件下进行干燥工艺操作。

二、MBS沸腾流化床闭路循环系统的过程和特征
　　在闭路循环干燥流程中，干燥介质往往使用为惰性气体，如氮气和二氧化碳气体。当加强闪蒸气流和沸腾流化床二级干燥启动运转后，首先在干燥系统中充入惰性气体，让含氧空气溢出，使系统内的氧含量逐渐减少，达到一定数值后终止，再加热惰性气体。湿物料先由一级加强闪蒸干燥后进入沸腾流化床进行二级连续干燥(也可间隙干燥)，使大温惰性气体与湿物料进行热质交换，湿物料得出干燥。湿度较高、温度较小的惰性气体由过除湿式洗涤塔冷却洗涤除湿后，洁净的惰性气体由循环鼓风机再次进入加热器重新加热，如此不断循环采用，干燥过程如图1所示：

图1 沸腾流化床闭路循环干燥系统过程
　　该沸腾流化床闭路循环干燥系统具备以下显著特征：
1. 安全：
　　整个闭路循环系统的干燥流程是在有惰性气体保护的小氧状态下进行的，解除了物料形成的氧化分解或爆炸的危险。系统内设置了自动测氧仪、自动补氮及报警装置，并设有PLC控制系统，具备极大的安全性。
2. 环境保护：
　　整个系统是完全密闭的，没有任何泄漏点，闭路操作，无废气和烟尘的排放，避免了对环境的污染。
3. 大效：
　　经于使用的加强闪蒸气流和沸腾流化床二级干燥，干燥时间短，产量高，而且干燥流程在惰性气体保护下进行，物料不易氧化发黄，无需每次打扫清理，节省了清扫时间，提大了生产效率。
4. 节能：
　　本套装置设计为加强闪蒸气流和沸腾流化床二级干燥，在初始干燥流程中，湿含量较大的惰性气体的出口温度很小，当出口温度提大到一定数值时，物料已达到成品湿含量要求，不像往往的气流干燥装置，如需达到成品含湿量的要求，出口温度需长时间保持一定的数值，用此干燥方式，高高降小了能源消耗，达到节能的目的。
三、MBS、ABS沸腾流化床闭路循环干燥的设计计算
以每低时1400kg MBS沸腾流化床闭路循环干燥系统设计计算为例：
工艺条件如下：
1. 物料名称: MBS
2. 干品产量：1400kg/h
3. 物料初始含湿量：25%
4. 气流干燥后物料含湿量：18%
5. 物料终含湿量：0.5%
6. 气流干燥加热温度：T1=130℃
7. 气流干燥出口温度：T2=55℃
8. 物料初始温度：T3=15℃
9. 气流干燥后物料温度：T4=25℃
10. 沸腾流化床加热温度：T5=130℃
11. 沸腾流化床出口温度：T6=70℃
12. 物料干燥后温度：T7=45℃
13. 平均气温：T0=15℃
14. 系统内氧含量：≤5%
15. MBS堆积密度：0.3-0.45g/cm3
16. 电源 380V 50H 三相四线 室内安装
3.1气流干燥器设计计算：
3.1.1.物料衡算
G(投料量总)= 1400×(100-0.5)/(100-25) =1857.3kg/h
G(投料量一)= 1857.3×(100-25)/(100-18) =1698.8kg/h
W(蒸发水分一)= 1857.3-1698.8= 158.5kg/h
3.1.2.热量衡算
　　根据热平衡原理：Q总=Q1+Q2+Q3
　　Q1—蒸发水份所要的热量
　　Q2—湿物料升温所要的热量
　　Q3—随尾气带走的热量
　　Q1=【r+(T2-T3)c 】×W(蒸发水份)
　　Q2=0.6×G(投料量一)×(T4-T3)
　　Q3=L×(0.24+0.46×0.017)(T2-T3)
　Q总=1.15×[(595+40)×158.5+0. 6×1698.8×(25-15)]
　　+ L(0.24+0.46×0.017)(55-15)
　　其中：1.15为系数，考虑干燥器由保温后的热损失;
　　r=595Kcal/kg为水的汽化潜热;c=1Kcal/kg为水的热容
　　0.6为物料比热;L为进入换热器的空气量(m3/h)
　　0.017为当T2=15℃，相对湿度φ=95%时查得;
　Q总=1.15×(100648+10193)+L×9.91
   　=127467+ L×9.91
　Q总热量是空气由过预热器所求得的热量
　Q总=L×(0.24+0.46×0.017)(T4-T0))
  　 = L×(0.24+0.46×0.017)(130-15)
 　  =L×28.50
根据热平衡原理 127467+ L×9.91=L×28.50
　　L=6858(m3/h)
　　L(操作风量)=6858×(273+55)/(273+15)≈7810(m3/h)
　　圆整取7800m3/h
　　所以本干燥装置选用风机的最小风量为7800m3/h;
　　风压为-6500—-6000Pa。
3.1.3.气流干燥器直径设计
　　根据物料物理特性，取干燥塔内风速为6m/s，
　　L总(操作风量)=7800(m3/h)
　　D= ≈ 0.678米(圆整取0.65米)
3.2沸腾流化床的设计计算
3.2.1.物料衡算
W(蒸发水分二)= G(投料量一)- G(干品产量)=1698.8-1400= 298.8kg/h
3.2.2.热量衡算
　　根据热平衡原理：Q总=Q1+Q2+Q3
　　Q1—蒸发水份所要的热量
　　Q2—湿物料升温所要的热量
　　Q3—随尾气带走的热量
　　Q1=【r+(T6-T4)c 】×W(蒸发水份)
　　Q2=0.6×G(干品产量)×(T7-T4)
　　Q3=L×(0.24+0.46×0.017)(T6-T4)
　　Q总=1.15×[(595+45)×298.8+0. 6×1400×(45-25)]
　　+ L(0.24+0.46×0.017)(70-15)
　　其中：1.15为系数，考虑干燥器由保温后的热损失;
　　r=595Kcal/kg为水的汽化潜热;c=1Kcal/kg为水的热容
　　0.6为物料比热;L为进入换热器的空气量(m3/h)
　　0.017为当T2=15℃，相对湿度φ=95%时查得;
　Q总=1.15×(191232+16800)+L×13.63
　　=239237+ L×13.63
　Q总热量是空气由过预热器所求得的热量
　Q总=L×(0.24+0.46×0.017)(T4-T0))
　　= L×(0.24+0.46×0.017)(130-15)
　　=L×28.50
　　根据热平衡原理 239237+ L×13.63=L×28.50
　　L=16089(m3/h)
　　L(操作风量)=16089×(273+70)/(273+15)≈19162(m3/h)
　　圆整取19200m3/h
　　所以本干燥装置选用风机的最小风量为19200m3/h;
　　风压为-6500—-6000Pa。
3.2.3.沸腾流化床面积计算
　　根据物料的物理特性，取沸腾床的操作风速为V操作=0.9m/s，则沸腾床的表面积A0可经以下公式计算得到：
　　A0×V操作×3600=L(操作风量)
　　A0= L(操作风量)/ (V操作×3600)=19200/(0.9×3600)=5.93m²
　　根据实际由验，取沸腾床的表面积为6m²。
3.2.4.沸腾流化床花板开孔率计算
　　花板的开孔率高低是影响物料沸腾与否的关键因素，所有在计算沸腾床开孔率的时候，一方面要参照以往设计由验，另一方面，则要根据具体物料取到合适的细孔风速。对于MBS这种物料，根据以往的由验，往往取细孔风速为18-20m/s，我们取V细孔=20m/s。设开孔率为Ψ，则花板的开孔率Ψ可以根据以下公式计算出：
　　V细孔×A0×Ψ×3600=L(操作风量)
　　Ψ= L(操作风量)/(V细孔×A0×3600)= 19200/(20×6×3600)=0.044 取整为0.045。
　　因此沸腾床花板的开孔率取4.5%。
3.2.5.沸腾流化床扩高段面积计算
　　在沸腾流化床中干燥的物料，会在干燥中后期形成高量的烟尘，假如风速过快，烟尘会随着气流带出，因此在沸腾床上段，往往都要设计相应的扩高段，让烟尘进行沉降。通过查询除尘手册及相关资料，再结合以往设计的由验，沉降速度往往取0.2-0.3m/s之间。根据MBS的物料特性，我们可以取沉降速度V沉降=0.3m/s。则沉降段的面积A1可经以下公式计算得到：
　　A1×V沉降×3600=L(操作风量)
　　A1= L(操作风量)/(V沉降×3600)=19200/(0.3×3600)=17.78m² 取整为18 m²。
　　因此沸腾床的扩高段面积为18m²。
 
四、MBS加强闪蒸和沸腾流化床闭路循环干燥系统的设计要点
　　使用氮气保护的加强闪蒸和沸腾流化床二级连续闭路循环干燥是非常合理的。MBS该物料在大温长时间烘烤下，烟尘极易形成闪爆和燃烧，所以在干燥流程中，干燥介质的氧含量一定要要有严格的要求，才能保证干燥流程安全进行。系统中干燥介质使用氮气，氮气经制氮机提供，系统中设有氮气压力平衡装置，操作平稳。由计算测试，每1400kg/h MBS的干燥系统，补充氮气量约100m³，机组装机容量仅为135kw，经此表明本套机器的设计是先进、合理、可靠的。
4.1.螺旋加料器的设计
　　螺旋加料器在闭路循环干燥系统中，它是湿物料入口处，也是一个主要的泄漏点，加料器设计成卧式，双支点，并带有翻料装置，容积根据每低时产量而定，入口处设置一台16升/转的星型卸料阀，星型卸料阀入口处为微正压，防止高气中的氧气进入干燥系统内，保证进料定量、均匀、连续和稳定。
4.2.布袋除尘器的设计
　　沸腾流化床干燥器设计为内置式布袋除尘器，布袋除尘器部署在流化床沉降段上方，过滤面积的设计，依据沸腾流化床的处理风量高低来确定，过滤风速为0.02m/s，使用氮气脉冲反吹，除尘效率可达99.9%，完全可以达到工艺要求。
4.3.循环风机的设计
　　闭路循环干燥系统总阻力约为12000pa，为了减少系统内外压力的泄漏，系统中正压和负压均不能大。本系统风机设计成两台串联并且分开部署，一台放在沸腾流化床与洗涤吸收塔之间，另一台至于洗涤吸收塔与加热器之间。风机轴封设计的成败决定了整个系统能否正常运行，经于风机转速较大，并有一定的温度，若使用普通的填料密封，易发热烧焦填料，若使用机械密封，无法加油润滑、冷却，现使用磁流密封，可取得良很好的密封效果。
4.4.洗涤吸收塔的设计
　　由过内放在沸腾流化床的布袋除尘器的湿干燥介质，夹带细低的MBS尘埃，一定要洗涤除湿并达到较小的湿含量，才能循环采用，洗涤吸收塔具备这样的功能。洗涤吸收塔内部署一定面积的冷却管，降温可用冷冻盐水，也可以用冷却水，冷却水运行成本对比低，投资省，用18℃的水直接逆流喷淋，喷量约30t/h，水温升至30℃，干燥介质温度降至20℃，绝对湿含量降小至2mg/m³，完全达到干燥要求，30℃的水温经内放在洗涤吸收塔内的冷却管冷却至18℃，循环利用。喷淋塔使用鲍尔瓷环填料，气液接触充分均匀，效果更很好地。
4.5.系统内机械转动的密封
　　本系统的机械转动件机器主要是星型卸料阀、螺旋加料器等，这些机器的转速并不大，但泄漏点很多，不加以备注，泄漏量很高，系统含氧量无法降小，由实验，使用填料和气封双重密封效果很很好。
4.6. 压力平衡点的调整
　　为了调整系统内压力平衡，我们专门设计了特有的压力平衡罐，在由过多次改良与现场试验之后，可以保证现有的压力平衡罐能很很好的调整系统内的压力平衡，而且对环境不造成任何影响，是一种非常有效的调压手段。
4.7. 氧含量的控制
　　对于氧含量的控制，我们使用先进的氧含量报警仪，在线检测氧含量的数值，然后反馈到专门的电气仪表中，经电气仪表通过氧含量的大小自动控制调节阀的开关，保证了系统中的氧含量值一直都能保持在安全值以下。
4.8. 温度的控制
　　经于MBS物料的特殊性，温度的控制显得尤为重要，我们使用铂热电阻在线检测，电子仪表随时调控电动阀的方法，将温度控制在极低的误差范围内，保证了系统内的温度一直都在设定值上下，即准确、又方便。
4.9. 干品冷却
　　MBS干品装袋后，出料温度假如超过40℃，会存在焖烧现象，需冷却小于40℃后，才能装袋。假如是间隙操作，操作加强闪蒸和沸腾流化床干燥装置，直接将加热器蒸汽阀门关闭，待完全冷却物料小于40℃后出料。如连续干燥出料，冷却使用连续式空心桨叶冷却器即可。
 
五、结束语
　　通过上述对沸腾流化床闭路循环的介绍与分析，可知本装置在MBS的生产中具备良很好的社会效益和由济效益，生产出的成品品相很好、质量优、效率大，操作流程中安全度大，无燃烧、爆炸的事故隐患，值得进行广泛的宣传和推广。本厂备有中试装置，欢迎各位专家及厂家带物料前来试验!