1、概述
PTA即精對苯二甲酸，是生產(chǎn)聚酯薄膜、纖維及包裝樹酯的主要原料，也是一種應用十分廣闊的基礎化工原料。本中試裝置是通過∮1000×8000mm干燥烘干機及其附屬工藝系統(tǒng)設備，模擬實際生產(chǎn)中PTA在不同工況下的干燥過程，研究PTA物料在干燥過程中的物性變化規(guī)律，從而優(yōu)化選取工藝條件、設計參數(shù)、結構型式，確定不同條件下干燥的數(shù)學模型、熱力學模型及相關參數(shù)的變化規(guī)律，為PTA干燥烘干機的放大提供依據(jù)，為完成“十一五”國家重大技術裝置-60萬噸／年PTA裝置干燥烘干機的國產(chǎn)化積累經(jīng)驗。
3、中試裝置方案的確定
根據(jù)技術開發(fā)協(xié)議的要求，2005年8月，中國紡織工業(yè)設計院與北京化工大學提出了中試裝置的放大原則、工藝流程、工藝參數(shù)、試驗方案及測試方法，錦化機承擔了中試裝置的全部設機械設計、制造、安裝調試及試驗任務。
3、中試干燥烘干機結構設計特點
中試干燥烘干機是PTA中試裝置中的核心設備，其結構設計只有滿足工藝條件的要求，才能確保試驗結果的準確性和完整性，富通新能源銷售生產(chǎn)木屑顆粒機、木屑烘干機等生物質燃料成型、木屑烘干等機械設備。
3.1進料部分
PTA濕物料通過喂料機進入干燥烘干機內進行干燥。喂料機采用減速機與傳動軸直連，聯(lián)軸器為彈性套柱銷聯(lián)軸器，能吸收一定的震動與沖擊；傳動軸為雙支點懸壁軸，軸伸入機體內部，軸末端沒有軸承支承，消除了末端軸承不易維護的缺點傳動軸上焊有連續(xù)螺帶，有利于PTA濕物料的輸送；采用進料與載氣通道分開的設計方式，最大限度保證載氣暢通。軸與殼體法蘭之間為填料密
封，同時向密封內吹入帶有一定壓力的密封氮氣，盡量減少密封的泄漏。
3.2進料密封部分
該進料密封是一種新型密封裝置。它采用大型回轉支承軸承，保證了V型填料處的旋轉精度，降低了填料的磨損及干燥烘干機驅動功率的消耗；采用壓力氮氣通入密封填料處，降低了干燥烘干機轉筒的泄漏，防止外部空氣進入筒內及筒內物料的泄漏，避免了易燃易爆氣體爆炸的可能性。同時填料密封處有單獨的潤滑系統(tǒng)、水冷卻系統(tǒng)，減少了填料密封的摩擦阻力，延長了密封填料的使用壽命。
3.3機體部分
機體規(guī)格∮1000×8000mm，壁厚lOmm，其中前后滾圈處壁厚20mm。機頭及固定端滾圈附近帶有錘擊器，減少物料粘壁。在機尾部設有手動翻轉閥，控制調整物料的停留時間及出料量。同時，在機體的側壁上有如下裝置：10個測溫熱電隅（其中兩個同時具有濕度顯示的功能），隨時顯示機體內各段物料的溫度及濕度；9個手動取樣口，能夠在每組工藝參數(shù)試驗過程中抽取機體內物料樣品；3對視鏡，便于試驗人員直接觀察機體內物料的狀態(tài)，上述結構使干燥烘干機可進行不同物料或同一物料不同工藝參數(shù)的干燥試驗，并得出可靠的試驗數(shù)據(jù)。
3.4傳動部分
考慮到中試干燥烘干機直徑比較小，大齒圈采用整體形式，其傳動平穩(wěn)，精度高。減速機與電機直聯(lián)，體積緊湊，同時直連的電機為變頻調速電機，通過變頻器實現(xiàn)不同工藝條件下的轉速要求。
3.5托擋輪部分
托輪裝置承受整個回轉部分的重量，不僅工作在重負荷下，而且還要確保筒體滾圈在托輪上轉動平穩(wěn)。該干燥烘干機滾圈下的每對托輪中心線夾角為60°，托輪裝置的軸承采用滾動軸承，托輪結構設計為心軸式，結構緊湊。
3.6汽室及出料部分
加熱管與汽室管板采用強度脹+密封焊。加熱管末端采用針形閥自動排出不凝汽。加熱管與機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，依靠機體轉動將物料排出。出料與汽室之間密封采用與進料密封相同的結構。
4研制過程中解決的技術難題
4.1進料密封及冷凝水排放系統(tǒng)設計
由于中試干燥烘干機與工業(yè)化干燥烘干機相比外形尺寸較小、結構緊湊，設計、制造難度大。為此在設計上運用了錦化機兩項新型專利技術，較好地解決中試干燥烘干機進料密封及冷凝水排放系統(tǒng)兩大技術難題，試驗過程表明密封性能安全可靠，動密封點磨損輕，摩擦功率消耗小；冷凝水排放順暢，氣水分離效果明顯。圖1為進料密封結構圖，圖2為冷凝水排放結構圖。
4.2工藝氣源蒸汽、氮氣管線的設計
以往錦化機開發(fā)設計的蒸汽加熱管式回轉干燥烘干機，在工廠內只能做空負荷冷態(tài)試運轉，合格后交付用戶，由用戶在現(xiàn)場進行熱態(tài)負荷試運轉。顯而易見，完成中試必須解決工藝氣源供給這一難題，為此我們結合錦化機現(xiàn)有的基礎條件，經(jīng)過數(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氣，并架設了專用管線。按照工藝條件的要求，通過理論計算，優(yōu)化設計了蒸汽、氮氣管線的直徑及結構形式。圖3為蒸汽管線布置簡圖，圖4為氮氣管線布置簡圖。
4.2.1針對冬季試驗的特點，在蒸汽管線上加裝旁路排空裝置，使中試干燥烘干機開、停機時管線排空順暢，避免了蒸汽管線被凍現(xiàn)象的發(fā)生。
4.2.2考慮到氮氣管線壓力、流量波動較大的客觀現(xiàn)實，在氮氣進入中試裝置管線前設計安裝了氮氣緩沖罐，有效地解決氮氣壓力、流量不穩(wěn)定的現(xiàn)象。
試驗過程表明：采用上述兩項措施，確保了蒸汽、氮氣管線壓力平穩(wěn)，流量調節(jié)靈活，保證了試驗的順利進行。
4.3電器控制系統(tǒng)設計
中試裝置上有大小電機、減速機、變頻器共計11臺，每一臺電器設備的開啟正確與否，都直接影響到試驗的正常進行。因此我們對中試裝置上所有電器設備，按開啟的先后順序進行連鎖控制設計，并應用鑰匙開關啟動干燥烘干機，作為安全防范措施對設備進行了靜電接地處理，所有電器設備的操作控制均在控制室內完成，為試驗的順利進行提供了安全技術保障。
5、技術調查分析
從目前掌握的信息，日本TSK月島機械株式會社對PTA物料干燥有較深的研究，干燥過程中的基礎數(shù)據(jù)均來源于實驗，具有完善的冷模和熱模試驗條件，能進行中間試驗和工業(yè)試驗。
據(jù)了解國內僅一些重點大學能做PTA物料的冷模試驗，如此規(guī)模的中試裝置在國內尚屬首次。
6、中試過程及出現(xiàn)問題的解決措施
6.1第一階段試驗
6.1.1試驗內容見表一。
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，時間8—10分鐘，然后進行投料，待料投完后將手動放料閥關閉，再混下一次料，共進行5組，每組重復做5～7次。每組取2～3次樣品，循環(huán)投PTA干粉量8100kg。
6.1.3采集的試驗數(shù)據(jù)：
6.1.3.1氮氣、蒸汽壓力、溫度、流量；
6.1.3.2喂料機、主電機電流、電壓；
6.1.3.3各測點物料溫度、濕度；
6.1.3.4干燥烘干機表面溫度。
6.1.4出現(xiàn)的問題及解決措施
由于對PTA濕物料的物性認識不深，進料旋轉閥內濕物料粘壁現(xiàn)象嚴重，旋轉閥不能正常落料，為不影響試驗的進行，現(xiàn)場決定采取臨時措施，拆下旋轉閥，改用雙層不透氣的編織袋直接連接，確保了試驗的正常進行。圖5為進料旋轉閥拆除前后比較圖。
6.2第二階段試驗
6.2.1試驗內容主要對表一中的4個參數(shù)進行了調整，分別做正交試驗、氮氣流量比較試驗及120%超負荷試驗。
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，同時按比例加水混料，共進行18組，每組取樣一次，循環(huán)投PTA干粉量27300kg。
6.2.3采集的試驗數(shù)據(jù)：
6.2.3.1—4同6.1.3.1~4；
6.2.3.5取樣及稱重；
6.2.3.6測2組物料停留時間；
6.2.3.7測2組氮氣流量比較；
6.2.3.8測1組120%超負荷；
6.2.3.9測3組冷凝水排放量；
6.2.3.10測2組出料旋轉閥排料量。
6.2.4出現(xiàn)的問題及解決措施
6.2.4.1由于采用連續(xù)投料方式，原混料機放料閥的結構不能滿足落料速度，經(jīng)仔細分析后決定，將原扇形孔落料改為插板式手動調節(jié)落料，增大落料口尺寸，提高了落料能力，改進后效果顯著，滿足了試驗要求。
6.2.4.2隨著試驗的進一步深入，從已完成的幾組試驗取樣分析后得知，靠近加料端一側第三個取樣口濕含量偏大，影響試驗的準確性，經(jīng)現(xiàn)場分析對比，問題可能出在加水混料這一環(huán)節(jié)上，當即決定將原來的人工控制加水混料改為旋轉噴淋加水混料，控制好投料速度，并采取相應措施（如：每次試驗前進行充分地曖機，試驗后使干燥烘干機內物料充分干燥），解決了混料不均造成的取樣處物料濕含量波動較大的難題。圖6為旋轉噴淋混料圖。
7、結束語
實踐證明該中試裝置設計合理、結構新穎，能夠完成PTA中試的全部內容，各項技術指標達到了設計要求，通過對PTA中試裝置的設計與開發(fā)，使我們對PTA干燥烘干機設計有了全新的認識，積累了經(jīng)驗，增強了自主開發(fā)60萬噸／年PTA干燥烘干機的信心。
