CN1018672B - 干燥方法和装置 - Google Patents

Abstract

一种用干燥器干燥颗粒材料的方法，装置和系统包括：圆柱形上部、锥台形下部，大致穿过干燥器全长的转动轴，若干同轴排列周向分开径向延伸的搅拌杆附着到轴上，起码有两个打孔的锥台形分离器以相互固定、倒置和隔开的形式装在干燥器内；将加热气体引入干燥器以接触和干燥颗粒材料的构件，搅拌杆与分离器合作以延缓颗粒材料的结块。

Description

本发明关于一种干燥装置，尤其是用来干燥聚合物的装置。本发明一方面是专门关于干燥晶状聚合物，诸如聚对苯二甲酸乙酯小球或颗粒的装置。另一方面关于聚酯和聚酰胺那样的后凝聚缩聚合物的装置。

需要一种能充分而有效地减少微粒材料所含的湿气干燥器，这是众所周知的。在干燥这类材料时通常遇到的一个问题是板结或结块。在一些已有的装置中，干燥时已采用转动轴和搅拌杆来搅拌颗粒材料。而用其他现有技术的装置进行干燥时则采用注入高压热气体使颗粒材料悬浮起来。还有一些采用搅动装置和注入热气联合起来进行干燥。然而，一般市售的干燥器仍遇到许多问题。

这些问题包括，例如由转动的搅拌杆压紧潮湿的颗粒状物：由于气沟导致不完全干燥，结块和少量的过热;将干燥器内的气体携带的固体带入过滤器和过热回收系统，不能充分地带走不需要的反应产物，能量使用太多及类似问题。

为了满意地制备非晶体或晶体的聚合物以进行模制或挤压操作，常常需要干燥。例如，在模制碳酸饮料瓶采用聚对苯二甲酸乙酸时（PET）在注入模制型坯，以后再吹制成瓶之前特别要进行干燥。

美国专利系列号为U.S4585366及其引用参考文献公开了用以非晶体聚合物后凝聚的一般装置。在后凝聚非晶体聚合物、尤其是聚荑酯时，过去遇到两个主要的问题。一是结块，二是除去如乙醛的不需要的气态反应产物。在美国的U.S4230819中专 门叙述了由加力气体或惰性气体从晶体的PET的静态固定床除去乙醛的问题。

在已公开的克服了这两个主要问题的系统中，又出现了另外的问题。这些问题也限制了它们的使用和效率。为限制结块，采用了转动鼓式的干燥器，但由于尘土形成、高能耗，需要分批操作而不是连续加工，因而妨碍了它们的有效性。

采用简单的轴状或柱状物作干燥容器会使其上部的颗粒结块，必须在卸料部分使用破碎或剥离装置来打碎结块，这又大大增加了能耗，並会产生尘土。

为避免这个问题，在再凝聚前预晶体化聚合物时，另一些人采用了悬浮床。然而，对采用悬浮床来说，难以控制颗粒的滞留时间，能量要求很大，两级加工的每一步要求分开的容器。

美国专利U.S.4584366公开了一种装置，由具有两个重迭部分的单个容器组成。上部包括一个搅拌器，最好包括装有平的搅拌杆的转动轴。在重力作用下聚合物从上部流入下部，下部是圆柱形容器，聚合物通过它没有分离或干扰。热的惰性气体注入每个部分的下部，向上通过聚合物床到收集系统，在该系统中过滤、干燥、重新加热再通到容器中。然而，美国的U.S.4584366中公开的装置要求五小时滞留时间来进行充分的干燥和再凝聚PET颗粒。

因此，一个聚合物干燥器、干燥系统及操作方法要求使微粒物、具体地说象PET小球或颗粒那样的聚合物材料能够在少于5小时的很短时间内干燥，从而获得相应的较大的生产量，而且无需增加投资和生产成本，产量的增加不会被其它因素相抵消。另外，产量的增加还必须在不牺牲产品物理性能的前提下获得。因为PET颗粒可能用 于食品方面，作为一个例子，这就是说，再凝聚的聚合物中的乙醛含量应保持在规定的最大量级以下。另外，再凝聚聚合物的可模制性和模制产品结构整体性可要求干燥后和再凝聚后的聚合物内的粘度保持在规定的可接受的范围之内。

本发明提供的干燥器和干燥系统，能获得所有上述优点而没有任何因使用本发明而获得好处带来的缺点。

本发明的干燥器设计使通过一圆柱形容器向下流动的热气体相接触。

在本发明的一个实施例中，提供了一种改进的单级聚合物干燥器，它采用一种特殊设计的转动搅拌器，伴之以若干特殊设计的导流片和带小孔的分离器，以获得改进干燥和通过它不结块的聚合物。本发明采用的转动搅拌器最好由一中间放置的可转动的轴组成，轴上固定若干轴向排列的、园周向隔开的向下倾斜的搅拌杆。当采用本发明的方法时，该装置在干燥和从缩聚物中除去气态反应产物方面呈现出效果极佳。

在本发明的另一个实施例，公开了一种改进的干燥系统，它采用本发明的一种新型单级干燥器与特殊设计的气流控制结构相结合，来防止在通过干燥器输出口的流动停止时留在干燥器内的颗粒材料过热和结块问题。

本发明的另一种实施例公开了一种通过采用本干燥器和干燥系统来干燥聚合物的装置，按照此装置的一种特殊的优选实施例，通过使向下流动的聚合物与向上流动的空气或惰性气体如氮气流相接触取得了良好的结果，其中气流温度范围是大约170-200℃之间，对每小时1磅聚合物来说，速率大约0.0283立方米-0.04245立 方米，最好是大约0.03679立方米的气体/分钟。

下面将参照附图进一步描述和说明本发明，其中在每个图中采用同样的数字表示同一部件。

图1是本发明的干燥系统的简化流程图。

图2是本发明的干燥器内部结构的剖视图。

图3是沿图2中3-3线剖开的本发明干燥器的剖视平面图。

图4是图2中本发明干燥器的轴固定板116的平面视图。

图5是表示气流控制板的平面视图，该板采用了本发明的干燥系统的气流控制机构。

干燥器系统10最好由干燥器14和由如图1所示的有关的辅助设备组成。参照图1，干燥器系统10最好还包括进料漏斗12，集尘器34，过滤器38，高架冷凝器40，鼓风机46，气流控制机构50，干燥箱64、68，进口方向流动控制阀60，出口方向流动控制阀74和气体加热器78。

特殊材料通过进料口22从进料漏斗供入干燥器14，这些颗粒状原料可以是任何一类细小分隔的颗粒状的固体材料或其混合物，例如谷物，谷类产品，沙子，食用面粉，肥料和其它化合物：聚合物颗粒、片或小球（不论是非晶体状的、特殊晶体状的或晶体状的，首次使用或重新研磨过的都行）及其类似材料。

通过进口22进入干燥器14的颗粒材料在重力的作用下向下通过容器，通常由出口24流出。热气体通过气体进口28由供气线26吹进干燥器14。热气最好由空气或象氮气那样的便宜的惰性气体组成。热气从干燥器14内穿过颗粒材料向上升。加热並干燥它们，同时带走湿气、微粒，以及在有些情况下的反应产物。

在向上穿过颗粒材料以后，用过的气体通过气体出口30、集尘器34和微粒过滤器38，首先除去携带的微小的颗粒材料。然后过滤后的气体流入冷凝器40，由冷却塔冷却，在进入干燥箱64、68之前冷凝出大部分液体。冷凝液通过冷凝液排放口42流出，未冷凝的气体向上通过鼓风机送风管44进入鼓风机46。鼓风机46通过其排放管48、气体控制机构50和干燥箱送气管52排放气体。

通过干燥箱送气管52的气流由进口气流控制阀60交替地送入干燥箱64或68。在干燥系统10中最好这样使用两个干燥箱，一个用来去除空气中多余的水份，另一个进行再生。按照本发明的一个优选实施例，干燥箱64、68每个都含有联合碳化公司销售的476.28公斤4ADG1/8颗粒的Microseive干燥剂，在连续操作时，气流每隔4小时从一个干燥箱转换到另一个干燥箱。每4小时以后，不处于使用状态时的干燥箱内的干燥剂用通用的辅助加热器和鼓风机系统（图中未示）进行再生。

气体通过干燥剂床后，再经过使用的出口管70、72、出口方向的气流控制阀74离开干燥箱进入加热器送气管76。

加热气送气管76将过滤后並干燥过的气体供到加热器78，在加热器78中，气体又一次加热到所要求的温度，通过供气管26和入口28注入到干燥器14中。反复循环的气体系统用以补偿漏泄或其它损失所需的添加气体在鼓风机46入口附近引入该系统。根据干燥的颗粒材料、所用的温度和气流速度的不同，在气体进入气体加热器78之前，可以通过循环离开干燥箱64，68的气体，即使其经过转换干燥器14和冷凝器40之间的某一点上传输过热气流的热能 的气体-气体热交换器，在某些情况下得到进一步的能量守恒。

现在参照图2到图4进一步描述干燥器14，干燥器14最好是由顶壁80和侧壁82组成的基本是圆柱形的容器。构成其长度的主要部分的侧壁82的上部，最好基本是圆柱体，构成长度较小部分的侧壁82的下部最好在从侧壁82的基本圆柱形的上部向下延伸时向内倾斜。因此侧壁82的较低部分构成一圆锥台，顶部直径与上部直径相对应，底部直径对应于出口24的直径，搅拌轴16最好可转动地安装并与侧壁82的垂直轴同轴。

按照本发明的优选实施例，轴16的直径是12.7厘米，轴16的下端安装在靠近出口24的容器内侧，由螺接到轴固定板116上的轴承114支撑，参见图4，轴16穿过孔118向下延伸，轴承114通过螺栓孔123螺接到轴固定板116上，如图1所示，轴16的顶部穿过顶壁80向上延伸，由马达18通过链式驱动器20来驱动。按照本发明的一个优选实施例，马达18额定功率为20马力。

在轴16上最好固定地连接若干轴向排列、圆周向隔开的搅拌杆，搅拌杆的数量和位置可以按照干燥器14的整个尺寸来调整，但按照本发明的一个优选实施例，图中所示的外形可满意地用于每小时产量约453.6公斤的装置中。

参见图2和3，搅拌杆的最上部分由杆84、85和86组成，它们连接到轴16上的连接点靠近、最好稍低于干燥器14内的下平面，这样在连续操作时，颗粒材料将持续注入干燥器中，每根搅拌杆的直径最好小于轴16的直径，並向下倾斜，从而与轴16形成约40～60度的夹角。在搅拌杆84、85、86的端部装有端盖88，支撑杆90、92、94横向延伸在搅拌杆84、85、86 之间以提供横向结构支撑，搅拌杆84、85、86的长度最好是：杆子伸到离侧壁82内面约6.35厘米以内。

下一组轴向排列、圆周隔开的搅拌杆由搅拌杆102、104和第三根搅拌杆组成，第三根杆位于搅拌杆85的下方，在图2、图3中见不到，搅拌杆102、104和第三根杆的端部都有端盖106。第三组同轴放置的搅拌杆由搅拌杆108、110和第三根搅拌杆组成，这第三根杆亦位于搅拌杆85的下方，在图2、图3中亦不可见。搅拌杆108、110和第三根杆的端部都装有端盖112。

在图2中，为便于显示各组同轴放置的搅拌杆是分层对准的，应该看到，各组相应的同轴放置的搅拌杆能这样定位到轴16上，即相对于下一组邻近的搅拌杆作圆周转动的位置，这样在容器内可得到较多重迭的搅拌模式。还应看到，在图1中，每组同轴放置的搅拌杆由三根杆组成，每组同轴隔开的搅拌杆中可改变搅拌杆的数量，按照本发明的优选实施例，每组同轴放置的搅拌杆沿轴16的圆周均匀分布，在干燥器14内的所有搅拌杆均用直径2.54厘米的Schedule80管制成。

正如图2所示，下面两组搅拌杆的长度比上面这组或数组搅拌杆的短。按照本发明的一个优选实施例，每组轴向放置的搅拌杆的长度将是相等的，並且装成使搅拌杆延伸部分的最外端与固定的聚合物干燥器内部结构最靠近部的径向距离在大约2.54-7.62厘米之间，最好在大约5.08-6.35厘米之间，作为较短搅拌杆的横向支杆可以采用，这取决于搅拌杆的长度和搅拌时加在它们上面力的大小。

再参照图2和图3，干燥器14最好还装有主流分离器12A， 它最好是一个锥台形的带小孔的金属结构，形状由顶边128和底边130确定，具有第一个向上向内的表面和第二个向下向外的表面，结构厚度大约是0.32厘米，顶部边缘128最好采用诸如焊接的方法焊到侧壁82上，位置在侧壁82向内倾斜时平面的上方，底边130最好与圆柱形输出流分离器126的顶边同样大小，输出流分离器126最好采用与主流分离器124同样的金属制造，采用焊接或类似有效的手段固定在一起，输出流分离器126的基极最好采用焊接或沿它的底边通过孔122螺接一个法兰（图2中未示），来固定到聚合物孔120的轴固定板116径向外侧上。主流分离器124和输出流分离器126上最好每个都打上穿过表面的孔132，134孔的直径为0.32厘米，孔呈棱形分布，间隔为0.48厘米，孔132和134的直径可以按颗粒材料的平均直径在这里叙述的尺寸基础上加以改变，最好大约与平均颗粒直径相同或略小于平均颗粒直径。为简化起见，在图2和3中仅画出了代表性的孔132，134。

当主流分离器124和输出流分离器126做成如上面已公开的样子时，它们共同合作确定一个充气箱154，较热的气体通过气体进口28引入该箱中，分布到干燥器14的基本上整个的截面区域，这样向上穿过分布在它的截面区域的聚合物。在充气箱154内热气的循环和分布还得到在充气箱安装普通的导流片（图中未示）的协助，导流片可装在侧壁82的内部。

辅助分离器136是另一个锥台形有孔金属结构，最好装在干燥器14的侧壁82内。用来与上述搅拌杆和主流分离器124合作，从而使向下流动的颗粒材料和向上流动的热气建立良好的接触，同时又能延迟结块。辅助分离器136的底边142最好置于离主流分离 器124的上表面大约7.62厘米处，並最好采用沿底边142圆周分开的若干安装托架固定到主流分离器124上，辅助分离器136的顶边140最好贴近、但不接触轴16。辅助分离器136最好在其所有表面都打上孔144，孔径0.32厘米，间隔0.48厘米。如果颗粒材料的尺寸太大使得相当多的向下流动的颗粒不能通过辅助分离器136，可以在其上面分布若干直径大于颗粒材料平均尺寸的间隔开的孔144，从而与小直径孔144一起提供通过干燥器14的较好的流动分布。

向下倾斜的导风罩146最好装到辅助分离器136顶边稍上的转动轴16上，它径向向外延伸，从而有效地防止向下流动的颗粒材料不均匀地流过顶边10和轴16之间的气体。这样安装的导风罩也起到防止加热气体不均匀地沿轴16向上流动的问题。

三角形的导流极96、98、100焊接到搅拌杆84、85、86和轴16上，它们也有效地限制沿轴16向上流动的热气不均匀，并为支搅拌杆提供附加的横向支撑。当然，在轴16沿轴向分开的其它点上，安装象导风罩146那样的导风罩，直径可以不同，仍可获得类似的作用。

按照本发明，制成象上面描述的干燥器14能有效地进行工作。按照本发明的一个优选实施例，晶体的PET小球通过进料口22进入干燥器14，进料流速约每小时453.6公斤。经验表明，如果进料口22的下端大约低于顶壁80为12.7厘米，可以获得所想要的结果。

搅拌杆控制成每分钟少于10转，最好每分钟少于3.5转。

加热气体最好是露点在-34℃和-51℃之间，最佳的约为 -46℃的空气或氮气，在加热器78内加热到171℃和196℃之间，最好约193℃，然后加热后的气体通入干燥器14的充气箱154中，注入速度范围在约每分钟28.32-42.48立方米，最好是每分钟约38.23立方米。这个流速相当于每0.4536公斤颗粒材料注入约1.7-2.55立方米的加热气体，最好是每0.4536公斤颗粒材料2.27立方米的加热气体。

当颗粒材料通过干燥器14向下流动时，它会受到转动轴16的搅拌，並接触搅拌杆，这些材料同时还与通过容器向上的加热气体接触，加热气体加在向下流动的颗粒上的力最好是以穿过整个干燥器14，在不大到悬浮颗粒材料或携带大量的颗粒（不是微粒）通过气体出口30进入排气通路的情况下，与每个颗粒相接触。

按照本发明干燥PET小球，与类似的现有装置相比，在获得令人满意的高的内粘度和低乙醛量级方面得到了极佳的效果。

按照本发明的系统的另一优选实施例，在延长停止通过出口24的颗粒流期间需要用图1和5所简示的阻挡机构50，以限制热气流通过干燥器14。阻挡机构50最好由气流控制板150构成，气流控制板150固定到可转动的轴148上。气流控制板150最好安置在吹风机出口管48内，气流控制板150的直径最好稍小于鼓风机出口管48的内径。可转动的轴148最好穿过鼓风机出口管48的壁，再配置普通的可买到的电机控制机构（图中未示），该控制机构有选择地在第一和第二位置之间转动。第一个位置时，气流控制板150的主要表面不大妨碍气流通过鼓风机出口管48，第二个位置时，气流控制板的主表面基本上横在通过鼓风机出口管48的气流方向上。气流控制板150上最好还打有若干孔152，从而在它处于 横位时与在它处于第一位置时通过的气流量相比，能允许一半，最好是约40-60%的气流通过阻挡机构。

使用本发明的阻挡机构50，打开进料口22起动主干燥系统，同时起动马达18以转动干燥器14内的轴16，起动鼓风机46並设定气体加热器78，使循环气体加热到所需温度，该干燥系统最好按下述方式操作，出口24关闭1小时，以加热干燥器14，使之达到稳态工作条件，然后打开出口24，开始卸出干燥的颗粒材料，如果将来需要停止从出口24卸出干燥的颗粒材料，在干燥器14内流动停止或中止期间的热量和/或材料的结块量可通过控制轴16的转动速度、控制限制气流速度的阻挡机构50和控制循环气体的温度来有选择地进行控制。

当颗粒材料是PET小球，输出口24喷出料送到注模机上，在注模机象下述那样的短期停机时间，本发明得到了成功的使用。首先，本发明采用已知的可买到的装置，一个扳扭开关，在注模机停止时，扭动开关起动一延时器，停止时间在两分钟之内，本发明的干燥系统的操作不必改变，然而在两分钟以后，通用的微处理机信号马达18关闭，于是干燥器14内的轴16和搅拌杆停止转动，该微处理机同时给阻挡机构50一个信号（阻挡机构采用本专业技术人员熟悉的诸如气缸类的普通装置），使气流控制板150转到横向位置，于是将气流速度限制到大约每分钟18.4立方米。在连续操作时大约是每分钟38.23立方米。如果停止时间基本上长于2分钟，还需要通过设定气体加热器78来降低温度，以避免烤焦干燥器14内的PET小球，一旦从出口24接收材料的注模机重新起动，上述步骤倒过来，温度回升，气流控制板150转到打开位置，马达18起 动，轴16开始转动。

采用本发明公开的干燥的PET小球制造的注模PGT零件，在减少乙醛含量方面，本装置特别有效，在本发明的装置中，同时采用下列方法，用空气作加热气体，气体进口温度约193℃，气流速度约每分钟38.23立方米，PET流动速度约每小时453.6公斤，轴转速大约是每分钟3.5转，这样干燥的PET小球模制成的PET零件中乙醛含量始终如一地少于百万分之三。

另外，通过使用本发明，在能耗方面与最相关的普通干燥器相比，节省了约30%，取得了理想的结果，采用本发明在能量效率方面取得的重大改进可归因于：通过改进现有干燥器内搅拌和流体的分布、並伴之的特殊的有利的气流速度，改进了加热气体和颗粒材料之间的接触和热能传导。这种能量的节省，很容易转换成大大地减少工本，并使所得产品的获得高的理想的物理性能，为模塑者使用本发明的装置提供了具有吸引力的经济上的刺激。

对于本专业人员来说，在阅读了这篇公开物之后，对于本干燥器和干燥系统所作的其它置换和改型都是显而易见的，同时还期望仅由发明人可以依法给予附属权利要求的广泛解释来限制本发明。

Claims (8)

1、一种用作干燥颗粒材料的干燥器，该干燥器包括：一个封闭的容器，它具有垂直指向的基本为圆柱形侧壁的上部分和具有向下向内倾斜的锥台形侧壁的同轴对准的下部分，上述上部分的底边与上述下部分的顶边基本相等：

一根同轴放置于所述容器内的可转动的轴：

在上述容器内转动上述轴的构件；

若干根轴向排列、周向隔开的搅拌杆，它们连接並固定在上述轴上，並且相互之间基本固定；

在上述容器的顶部附近将要干燥的颗粒材料填入上述容器的进口构件；

在上述容器的底部将干燥后的颗粒材料从上述容器内卸出的出口构件；

将加热气体引入上述容器的构件；

其特征在于，起码两个带孔的基本为锥台形的分离器构件，它们同轴安置在上述容器内，相互固定並固定到上述容器的侧壁上：上述第一个分离器构件向下、向内倾斜，它的顶部边缘基本上与上述容器的侧壁等长，其底部边缘在靠近上述容器的底部终结，上述第一个分离器构件包括第一个向上、向内的倾斜的表面和第二个向下、向外倾斜的表面，上述第二个表面还与上述容器的第二个表面配合以在上述容器的下部分上形成一个环形的充气箱，上述充气箱用于接收引入上述容器下部分内的加热气体並扩散上述加热气体，使其向上通过上述容器，上述第一个分离器上的孔用以允许热气向上通过，並且一般不大于上述颗粒材料的尺寸，上述第二个分离器构件相对于上述第一个分离器构件倒置，它的顶部边缘靠近上述轴但离开上述轴，底部边缘朝向上述第一个他离器构件的顶部边缘内部，并低于该构件顶部边缘，并与上述第一个分离器构件的内表面上有足够的距离，以允许颗粒材料通过其间，在上述第二个分离器构件中，起码有一些孔大到足够允许要通过的颗粒材料穿过。

2、按照权利要求1的干燥器，其特征在于上述搅拌杆中起码有一组应用构件进一步连接，以便在上述搅拌杆在上述容器内转动时提供横向支撑。

3、按照权利要求1的干燥器，其特征在于起码有一个导流构件固定到上述轴上，以防止上述热气通过上述容器沿上述轴上升。

4、按照权利要求2的干燥器，其特征在于上述轴的下部可移动地安装在上述容器内部并靠近底部，通过固定到一块固定板上的轴承构件保持与上述容器同轴对准，这样允许颗粒材料向下穿过。

5、按照权利要求1的干燥器，其特征在于上述容器宜用于接纳每小时约453.6公斤的颗粒材料的流体和每分钟约38.25立方米的加热气体流。

6、按照权利要求5的干燥器，其特征在于上述颗粒材料是聚合物小球，上述加热气体可由空气构成。

7、按照权利要求1的干燥系统，还包括在经上述干燥器的颗粒材料中止一预定时间后下调上述轴的转速的构件。

8、一种用以干燥颗粒材料的方法，上述方法包括的步骤是：

将上述颗粒材料引入一个容器，该容器具有垂直布置的基本为圆柱形的上部分和锥台形下部分，上述容器还包括同轴安置的可转动的轴，该轴向下延伸穿过上述空容器，基本上伸过上述容器的整个长度;若干轴向排列、周向分开、径向延伸、向下倾斜、安装到上述轴上的搅拌杆;若干同轴放置的打孔的锥台形分离器，它们固定到上述容器上，并互相倒置，以允许上述颗粒材料向下流过上述容器，上述分离器与上述搅拌杆合作来延缓上述颗粒材料在上述容器内结块;

以下述方法将较干燥的加热气体引入上述容器的下部分;气体散布在上述容器的基本上整个横截面区域并向上通过上述容器;

在用转动上述轴来搅拌上述颗粒材料的同时，使上述向下流动的颗粒材料与上述向上导入的热气相接触;

通过置于上述容器下部分上的出口卸出上述颗粒材料;

通过上述容器顶部的出口回收上述加热气体;

过滤上述回收气体中携带的颗粒材料;

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