CN114199049B - 一种聚丙烯粉料的冷却方法及装置 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种粉料的冷却方法，特别涉及一种聚丙烯粉料的冷却方法及装置，该冷却装置主体分为三段，上部为粉料进料段，中部为冷却段，下部为出料段，粉料进料段上设有洁净氮气排气口，粉料进料段的进料口为锥台结构，锥台斜边与水平夹角为25°‑50°，进料段设置有抽屉式过滤网，抽屉式过滤网的孔径为10mm‑30mm；冷却段设有至少一层垂直安装的板式换热组件；下料段为倒锥台结构，倒锥台斜边与垂直夹角为25°‑45°，该倒锥台内置一圆锥体，圆锥体的锥部朝向冷却段，圆锥斜边与垂直夹角为25°‑45°。该装置使聚丙烯粉料快速连续降温，免热氧降解造成性能下降，从而提高了聚丙烯粉料的产能。

Description

一种聚丙烯粉料的冷却方法及装置

技术领域

本发明涉及一种粉料的冷却方法，特别涉及一种聚丙烯粉料的冷却方法及装置，属于合成树脂生产技术领域。

背景技术

离开聚合反应器的聚丙烯粉料先经过高温脱挥发份和氮气置换处理，然后输送至粉料仓或储罐等进行氮气保护储存，聚丙烯粉料温度仍超过65℃。

众所周知，聚丙烯粉料因其结构特性，极易发生热氧降解。且温度每增加10℃，聚丙烯粉料的热氧降解速度就会增加一倍。发生热氧降解的聚丙烯粉料机械性能会出现明显下降，例如冲击强度和拉伸强度降低，弯曲性能降低。同时，发生热氧降解的聚丙烯还会出现显著的异味，例如酸味。另外，发生热氧降解的聚丙烯粉料还会发生黄变，影响外观。

一般的，控制聚丙烯粉料出现热氧降解的主要方法是聚丙烯粉料与抗氧剂混合均匀后再进行高温挤出造粒成形。该方法存在能耗高的明显缺点，且挤出造粒不太适用于流动性过高或过低聚丙烯粉料。目前，随着国内熔喷型超高流动性聚丙烯粉料和车用改性聚丙烯等专用料的需求不断增加，聚丙烯粉料产能也逐步提高，为保证聚丙烯粉料的产品质量，避免热氧降解造成性能下降，亟需对目前的聚丙烯粉料冷却方法及装置进行改进。

发明内容

本发明的目的在于提供一种聚丙烯粉料的冷却装置，该装置使聚丙烯粉料快速连续降温，免热氧降解造成性能下降，从而提高了聚丙烯粉料的产能。

本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：

一种聚丙烯粉料的冷却装置，该冷却装置主体分为三段，上部为粉料进料段，中部为冷却段，下部为出料段，粉料进料段上设有洁净氮气排气口，粉料进料段的进料口为锥台结构，锥台斜边与水平夹角为25°-50°，进料段设置有抽屉式过滤网，抽屉式过滤网的孔径为10mm-30mm；冷却段设有至少一层垂直安装的板式换热组件；下料段为倒锥台结构，倒锥台斜边与垂直夹角为25°-45°，该倒锥台内置一圆锥体，圆锥体的锥部朝向冷却段，圆锥斜边与垂直夹角为25°-45°。

本发明中，锥台结构的进料口可使聚丙烯粉料铺满粉料进料段的抽屉式过滤网，提高滤网面积使用率。抽屉式过滤网可将聚丙烯粉料中夹带的片料、块料等过滤下来，以防止堵塞板式换热组件。抽屉式过滤网需定期打开清理过滤网上的聚丙烯片料、块料。来自粉料仓或储罐的聚丙烯粉料中夹带的氮气，经过布袋除尘器过滤掉聚丙烯粉料，洁净的氮气排至大气。布袋除尘器还可维持聚丙烯粉料冷却装置为微正压，防止空气串入聚丙烯粉料冷却装置。

每块双层不锈钢换热板都能独立的从下部向双层不锈钢换热板内通入冷却介质(冷冻水或循环水)，冷却介质与双层不锈钢换热板外的高温聚丙烯粉料进行逆向间接热交换，降低聚丙烯粉料温度。升温后的冷却介质从双层不锈钢换热板上部离开。

下料段及其内置的圆锥体可使聚丙烯粉料在出料段实现均匀的活塞流下料，即聚丙烯粉料在出料段的停留时间都是均一的，则聚丙烯粉料在冷却段与冷却介质接触的时间也是均匀的，没有短路，也不会过冷。

聚丙烯粉料在本发明所述的冷却装置中的停留时间通过出料速度控制，停留时间要求在3-20分钟(优选的，停留时间要求在8-15分钟)，以使聚丙烯粉料在随重力流经中部的板式换热组件时有足够的时间与冷却介质进行热交换。

所述冷却段垂直安装的板式换热组件可以是一层，也可以是多层板式换热组件串联组合。采用多层板式换热组件串联操作时，每层换热板组可单独通入不同温度的冷却介质。

作为优选，粉料进料段设置至少2个用于排放氮气的布袋除尘器，布袋除尘器的过滤精度为5微米，所述洁净氮气排气口设置在布袋除尘器的端部。

本发明的技术难点在于：1、冷却段板式换热组件冷却板尺寸与间距的控制，因聚丙烯粉料的导热系数很小，如果板间距过大，则粉料通过冷却板时会出现靠近冷却板的粉料温度降低了，但是中间粉料还未冷却。如果板间距过小，一是为了保证粉料处理量，需要增加冷却板的数量，二是可能造成粉料因相互挤压，下料不流畅。2、下料段如何使粉料均匀流出。下料段是倒锥台结构，其内置一圆锥体。两个锥体的斜边与垂直夹角A略大于聚丙烯粉料的安息角，使粉料在重力作用下“层流”。

作为优选，所述板式换热组件是由多块垂直安装的双层不锈钢换热板组成，每两块双层不锈钢换热板的中心距为20mm-65mm；每块双层不锈钢换热板宽度1.0米-2.6米，高度为1.8米-3.0米。优选的，每两块双层不锈钢换热板的中心距为25mm-35mm，每块双层不锈钢换热板宽度1.4米-2.0米，高度为2.2米-2.6米。板与板之间的距离非常重要，距离过小，粉料流不动；过大，使设备体积变大，而对于粉料冷却，设备体积过大毫无意义，并不能实现效率的提高。

作为优选，每块双层不锈钢换热板均可独立的从下部向双层不锈钢换热板内通入冷冻介质。

作为优选，进料口的锥台斜边与水平夹角为35°-45°。

作为优选，抽屉式过滤网的孔径为15mm-25mm，滤网材质为不锈钢。

作为优选，下料段为不锈钢材质，下料段所述倒锥台斜边与垂直夹角为28°-33°。优选的，所述圆锥斜边与垂直夹角为28°-33°。

作为优选，下料段的圆锥体与倒锥台两个锥体的斜边与垂直夹角A略大于聚丙烯粉料的安息角，使粉料在重力作用下“层流”。

作为优选，下料段的圆锥体与倒锥台同轴，且两者的斜边与垂直夹角相同。该设置使粉料实现活塞流。

作为优选，下料段的圆锥体高度为倒锥台高度的二分之一，且圆锥体的顶点与倒锥台底部，圆锥体的锥底与倒锥台顶部的距离相等。

本发明下料段的目的是使粉料均匀流出，避免局部粉料流速过快或者过慢，进而使经过冷却段的粉料也均匀下料，以确保粉料在流经冷却段板式换热组件间的停留时间一致，与冷却介质热交换的时间一致，则粉料离开冷却段板式换热组件的温度才能保持一致，设计细节见图3，该方案为最佳情况，其中下料段的倒锥台高度为h，圆锥体高度为0.5h，且处于倒锥台的中心处，圆锥体距离倒锥台的上方和下方均为0.25h；下料段的圆锥体与倒锥台同轴，且两者的斜边与垂直夹角A相同。

一种采用所述装置进行的聚丙烯粉料的冷却方法，该方法包括以下步骤：

S1、聚丙烯粉料的进料

聚丙烯粉料从冷却装置的顶部进入，锥台结构的进料口使聚丙烯粉料铺满粉料进料段的抽屉式过滤网，将聚丙烯粉料中夹带的片料、块料等过滤清除后，聚丙烯粉料随重力进入冷却段；

聚丙烯粉料中夹带的氮气，经过布袋除尘器过滤掉聚丙烯粉料，洁净的氮气经洁净氮气排气口排至大气；

S2、聚丙烯粉料的冷却

聚丙烯粉料进入冷却段的板式换热组件之间，随重力向下自流，与冷却介质进行热交换后冷却，

离开冷却段的聚丙烯粉料温度为30-55℃(优选为35-45℃)，降温后的聚丙烯粉料随重力进入出料段；

每块双层不锈钢换热板都能独立的从下部向双层不锈钢换热板内通入冷却介质(冷冻水或循环水)，冷却介质与双层不锈钢换热板外的高温聚丙烯粉料进行逆向间接热交换，降低聚丙烯粉料温度。升温后的冷却介质从双层不锈钢换热板上部离开；

S3、聚丙烯粉料的出料

聚丙烯粉料经出料段底部排出。离开出料段的聚丙烯粉料随重力进入聚丙烯粉料分袋包装或直接装车运输。

作为优选，所述的待冷却处理的聚丙烯粉料是离开聚合反应器经高温脱挥发份和氮气置换处理，然后输送至粉料仓或储罐等进行氮气保护储存的、温度超过65℃的粉料。

作为优选，通过出料速度控制聚丙烯粉料在冷却装置中的停留时间，停留时间为3-20分钟。

目前成熟的用于物料热交换的换热器，例如翅片换热器、列管换热器都是用于流体的热交换，并没有用于聚丙烯粉体(固体)降温的换热器。为降低聚丙烯粉料的温度，一般通过压缩机向储罐、料仓、缓冲罐等存放聚丙烯粉料的容器内连续通入氮气、空气等降低聚丙烯粉料温度。因氮气、空气等热值较低，所需的气体量较大，压缩机的能耗高。且大量氮气、空气会夹带聚丙烯粉料，存在环境污染。

与现有技术相比，本发明的有益效果是：

1、冷却段板式换热组件的特殊结构设计，板间距的控制，实现了聚丙烯粉体分布均匀，避免局部堆积或挤压，换热效率达到最大；

2、下料段的倒锥台结构，及其内置一圆锥体的设计，使粉料在重力作用下“层流”，实现了粉料的均匀流出；

3、本发明所述的粉体冷却装置整体为封闭式结构，依据其实现的粉体冷却方法，具有不需要气源，能耗低，对环境友好，热交换效率高的优点。

附图说明

图1是本发明所述聚丙烯粉料的冷却装置的结构示意图，

图2是实施例3所述聚丙烯粉料的冷却装置的结构示意图，

图3是本发明所述聚丙烯粉料的冷却装置下料段的结构示意图，

标号说明：01进料口，02粉料进料段，03抽屉式过滤网，04板式换热组件，04A上层板式换热组件，04B下层板式换热组件，05冷却段，06布袋除尘器，07出料段，08圆锥体，09冷却介质出口，10冷却介质入口，11洁净氮气排气口。

具体实施方式

下面通过具体实施例，对本发明的技术方案作进一步的具体说明。应当理解，本发明的实施并不局限于下面的实施例，对本发明所做的任何形式上的变通和/或改变都将落入本发明保护范围。

在本发明中，若非特指，所有的份、百分比均为重量单位，所采用的设备和原料等均可从市场购得或是本领域常用的。下述实施例中的方法，如无特别说明，均为本领域的常规方法。

实施例 冷却装置

一种聚丙烯粉料的冷却装置，如图1所示，该冷却装置主体分为三段，上部为粉料进料段02，中部为冷却段05，下部为出料段07，粉料进料段上设有洁净氮气排气口11，

粉料进料段的进料口01为锥台结构，锥台斜边与水平夹角为25°-50°，最佳情况下，该夹角为35°-45°。粉料进料段设置有抽屉式过滤网03，抽屉式过滤网的孔径为10mm-30mm；最佳情况下，抽屉式过滤网的孔径为15mm-25mm，滤网材质为不锈钢。粉料进料段设置至少2个用于排放氮气的布袋除尘器06，所述洁净氮气排气口11设置在布袋除尘器的端部。

冷却段设有至少一层垂直安装的板式换热组件04；所述板式换热组件是由多块垂直安装的双层不锈钢换热板组成，每两块双层不锈钢换热板的中心距为20mm-65mm；每块双层不锈钢换热板宽度1.0米-2.6米，高度为1.8米-3.0米。

最佳情况是，每块双层不锈钢换热板均可独立的从下部向双层不锈钢换热板内通入冷冻介质。

下料段为倒锥台结构，倒锥台斜边与垂直夹角为25°-45°，该倒锥台内置一圆锥体08，圆锥体的锥部朝向冷却段，圆锥斜边与垂直夹角为25°-45°。下料段为不锈钢材质，最佳情况下，下料段所述倒锥台斜边与垂直夹角为28°-33°。

下料段的最佳设计如图3所示，下料段的倒锥台高度为h，圆锥体高度为0.5h，且处于倒锥台的中心处，圆锥体距离倒锥台的上方和下方均为0.25h；下料段的圆锥体与倒锥台同轴，且两者的斜边与垂直夹角A相同。

实施例 冷却方法

一种本发明所述装置实现的聚丙烯粉料的冷却方法，该方法步骤是：

S1、聚丙烯粉料的进料

所述的待冷却处理的聚丙烯粉料是离开聚合反应器经高温脱挥发份和氮气置换处理，然后输送至粉料仓或储罐等进行氮气保护储存的、温度超过65℃的粉料。

聚丙烯粉料从冷却装置的顶部进入，锥台结构的进料口使聚丙烯粉料铺满粉料进料段的抽屉式过滤网，将聚丙烯粉料中夹带的片料、块料等过滤清除后，聚丙烯粉料随重力进入冷却段；

聚丙烯粉料中夹带的氮气，经过布袋除尘器过滤掉聚丙烯粉料，洁净的氮气经洁净氮气排气口排至大气；

S2、聚丙烯粉料的冷却

聚丙烯粉料进入冷却段的板式换热组件之间，随重力向下自流，与冷却介质进行热交换后冷却，

离开冷却段的聚丙烯粉料温度为30-55℃，降温后的聚丙烯粉料随重力进入出料段；

S3、聚丙烯粉料的出料

下料段的圆锥体与倒锥台两个锥体的斜边与垂直夹角A略大于聚丙烯粉料的安息角，使粉料在重力作用下“层流”，最终，聚丙烯粉料经出料段底部排出。

通过出料速度控制聚丙烯粉料在冷却装置中的停留时间，停留时间为3-20分钟。

实施例1

采用如图1所示的聚丙烯粉料冷却装置进行20吨/h、65℃的聚丙烯粉料的冷却：

65℃的聚丙烯粉料从进料口01进入粉料进料段02，经过孔径为15mm的抽屉式过滤网03过滤聚丙烯粉料中夹带的聚丙烯片料和块料后进入冷却段05，并随重力在冷却段单层板式换热组件之间向下自流并进行降温冷却。聚丙烯粉料夹带的氮气经过进料段布袋除尘器06过滤后，洁净的氮气从洁净氮气排气口11排至大气。

单层板式换热组件04由40块垂直安装的双层不锈钢换热板组成的，每两块双层不锈钢换热板的中心距为30mm。每块双层不锈钢换热板宽度为1.5米，高度为2.5米，独立的向每块双层不锈钢换热板下部通入循环水，循环水温度32℃，循环水总流量为45吨/h。离开单层板式换热组件的循环水回水温度为36℃。经过与循环水逆向间接热交换，聚丙烯粉料温度从进入单层板式换热组件时的65℃降低至离开单层板式换热组件时的45℃。

降低温度后的聚丙烯粉料随重力进入出料段07，经过内置不锈钢圆锥体08的分布作用，聚丙烯粉料形成活塞流并均匀下料。离开出料段的聚丙烯粉料随重力进入分袋包装或直接装车运输。

实施例2：

采用如图1所示的聚丙烯粉料冷却装置进行20吨/h、65℃的聚丙烯粉料的冷却：

65℃的聚丙烯粉料从进料口01进入粉料进料段02，经过孔径为15mm的抽屉式过滤网03过滤聚丙烯粉料中夹带的聚丙烯片料和块料后进入冷却段05，并随重力在冷却段单层板式换热组件之间向下自流并进行降温冷却。聚丙烯粉料夹带的氮气经过进料段布袋除尘器06过滤后，洁净的氮气从洁净氮气排气口11排至大气。

本实施例中，单层板式换热组件04由40块垂直安装的双层不锈钢换热板组成的，每两块双层不锈钢换热板的中心距为30mm。每块双层不锈钢换热板宽度为1.5米，高度为2.5米，独立的向每块双层不锈钢换热板下部通入冷冻水，冷冻水温度12℃，冷冻水总流量为25吨/h。离开单层板式换热组件的冷冻水回水温度为20℃。经过与冷冻水逆向间接热交换，聚丙烯粉料温度从进入单层板式换热组件时的65℃降低至离开单层板式换热组件时的40℃。

降低温度后的聚丙烯粉料随重力进入出料段07，经过内置不锈钢圆锥体08的分布作用，聚丙烯粉料形成活塞流并均匀下料。离开出料段的聚丙烯粉料随重力进入分袋包装或直接装车运输。

实施例3：

本实施例中，与实施例1所述冷却装置不同之处是，冷却段设有上、下两层板式换热组件，分别为上层板式换热组件04A和下层板式换热组件04B，

每层板式换热组件的结构同实施例1，具体如图3所示。采用如图3所示的聚丙烯粉料冷却装置进行20吨/h、80℃的聚丙烯粉料的冷却：

80℃的聚丙烯粉料从进料口01进入粉料进料段02，经过孔径为15mm的抽屉式过滤网03过滤聚丙烯粉料中夹带的聚丙烯片料和块料后依次进入冷却段的上层板式换热组件04A、下层板式换热组件04B并进行降温冷却。聚丙烯粉料夹带的氮气经过进料段布袋除尘器06过滤后，洁净的氮气从洁净氮气排气口11排至大气。

本实施例中，上层板式换热组件04A和下层板式换热组件04B结构是一样的，均由35块垂直安装的双层不锈钢换热板组成的，每两块双层不锈钢换热板的中心距为30mm。每块双层不锈钢换热板宽度为1.5米，高度为2.5米。但是上层板式换热组件04A和下层板式换热组件04B的冷却介质不同。

向上层板式换热组件04A的每块双层不锈钢换热板下部通入循环水，循环水温度32℃，循环水总流量为45吨/h。离开上层板式换热组件04A的循环水回水温度为36℃。经过与循环水逆向间接热交换，聚丙烯粉料温度从80℃降低至65℃后进入上层板式换热组件04B。

向下层板式换热组件04B的每块双层不锈钢换热板下部通入冷冻水，冷冻水温度12℃，冷冻水总流量为25吨/h。离开下层板式换热组件04B的冷冻水回水温度为20℃。经过与冷冻水逆向间接热交换，离开下层板式换热组件04B的聚丙烯粉料温度从65℃降低至40℃。

降低温度后的聚丙烯粉料随重力进入出料段07，经过内置不锈钢圆锥体08的分布作用，聚丙烯粉料形成活塞流并均匀下料。离开出料段的聚丙烯粉料随重力进入分袋包装或直接装车运输。

本说明书中各个实施例采用递进的方式描述，每个实施例重点说明的都是与其它实施例的不同之处，各个实施例之间相同或相似部分互相参见即可。对于实施例公开的装置而言，由于其与实施例公开的方法相对应，所以描述的比较简单，相关之处参见方法部分说明即可。

以上对本发明所提供的一种聚丙烯粉料的冷却方法及装置进行了详细介绍。本文中应用了具体个例对本发明的原理及实施方式进行了阐述，以上实施例的说明只是用于帮助理解本发明的方法及其核心思想。应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以对本发明进行若干改进和修饰，这些改进和修饰也落入本发明权利要求的保护范围内。

Claims (9)

1.一种聚丙烯粉料的冷却装置，其特征在于：该冷却装置主体分为三段，上部为粉料进料段（02），中部为冷却段（05），下部为出料段（07），粉料进料段上设有洁净氮气排气口（11），

粉料进料段的进料口（01）为锥台结构，锥台斜边与水平夹角为25°-50°，进料段设置有抽屉式过滤网（03），抽屉式过滤网的孔径为10mm-30mm；

冷却段设有至少一层垂直安装的板式换热组件（04）；

出料段为倒锥台结构，倒锥台斜边与垂直夹角为25°-45°，该倒锥台内置一圆锥体（08），圆锥体的锥部朝向冷却段，圆锥斜边与垂直夹角为25°-45°；

粉料进料段设置至少2个用于排放氮气的布袋除尘器（06），所述洁净氮气排气口（11）设置在布袋除尘器的端部。

2.根据权利要求1所述的聚丙烯粉料的冷却装置，其特征在于：所述板式换热组件是由多块垂直安装的双层不锈钢换热板组成，每两块双层不锈钢换热板的中心距为20mm-65mm；每块双层不锈钢换热板宽度1.0米-2.6米，高度为1.8米-3.0米。

3.根据权利要求2所述的聚丙烯粉料的冷却装置，其特征在于：每块双层不锈钢换热板均可独立的从下部向双层不锈钢换热板内通入冷冻介质。

4.根据权利要求1所述的聚丙烯粉料的冷却装置，其特征在于：进料口的锥台斜边与水平夹角为35°-45°；抽屉式过滤网的孔径为15mm-25mm，滤网材质为不锈钢。

5.根据权利要求1所述的聚丙烯粉料的冷却装置，其特征在于：出料段为不锈钢材质，出料段所述倒锥台斜边与垂直夹角为28°-33°。

6.根据权利要求1所述的聚丙烯粉料的冷却装置，其特征在于：出料段的圆锥体与倒锥台同轴，且两者的斜边与垂直夹角相同。

7. 一种采用权利要求1所述装置进行的聚丙烯粉料的冷却方法，其特征在于该方法包括以下步骤：

S1、聚丙烯粉料的进料

聚丙烯粉料从冷却装置的顶部进入，锥台结构的进料口使聚丙烯粉料铺满粉料进料段的抽屉式过滤网，将聚丙烯粉料中夹带的片料、块料过滤清除后，聚丙烯粉料随重力进入冷却段；

聚丙烯粉料中夹带的氮气，经过布袋除尘器过滤掉聚丙烯粉料，洁净的氮气经洁净氮气排气口排至大气；

S2、聚丙烯粉料的冷却

聚丙烯粉料进入冷却段的板式换热组件之间，随重力向下自流，与冷却介质进行热交换后冷却，

离开冷却段的聚丙烯粉料温度为30-55℃，降温后的聚丙烯粉料随重力进入出料段；

S3、聚丙烯粉料的出料

聚丙烯粉料经出料段底部排出。

8.根据权利要求7所述的冷却方法，其特征在于：所述的待冷却处理的聚丙烯粉料是离开聚合反应器经高温脱挥发份和氮气置换处理，然后输送至粉料仓或储罐进行氮气保护储存的、温度超过65℃的粉料。

9.根据权利要求7所述的冷却方法，其特征在于：通过出料速度控制聚丙烯粉料在冷却装置中的停留时间，停留时间为3-20分钟。

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