CN114508903A - 一种一体化纺锤式流化干燥塔及应用和干燥方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种一体化纺锤式流化干燥塔及应用和干燥方法，包括：干燥塔，顶部为进料口，底部为出料口；至少一个纺锤内件，固定在干燥塔的内部，若干纺锤内件矩形阵列排布，纵向相邻两排纺锤内件错开设置；所述纺锤内件由导流板围成的顶部导流角、导流角两侧的斜导流板和下部两侧的竖直导流板组成。是物料在干燥塔内下行的聚碳酸酯薄片更好的分散、流化。含水量2％～3％的聚碳酸酯薄片，被干燥后含水量降至800ppm以内。

Description

一种一体化纺锤式流化干燥塔及应用和干燥方法

技术领域

本发明属于聚碳酸酯薄片制备技术领域，具体涉及一种一体化纺锤式流化干燥塔及应用和干燥方法。

背景技术

公开该背景技术部分的信息仅仅旨在增加对本发明的总体背景的理解，而不必然被视为承认或以任何形式暗示该信息构成已经成为本领域一般技术人员所公知的现有技术。

高分子聚合材料聚碳酸酯在生产过程中经过脱挥工序将二氯甲烷含量降至合格范围内，然后需要通过干燥塔将聚碳酸酯薄片中的水含量降至1000ppm以内。目前聚碳酸酯生产工序中的普通干燥塔多为塔与换热器分开布置，每一层氮气加热器均设有一台风机，风机与加热器之间以及加热器与干燥塔之间均通过管道连接，增大了泄露风险，同时设备占地面积大，过程热损失多，能源利用率不高。聚碳酸酯薄片在普通干燥塔内普遍存在薄片分散不均匀，偏流严重等问题，导致薄片与氮气接触时间短、接触面积小，达不到干燥效果，影响产品质量，同时氮气换热效率低、利用率低、浪费严重。各级风机和氮气加热器运行及控制情况不统一，导致干燥塔内各层温度不统一，温度波动区间大，不利于聚碳酸酯薄片的恒温持续干燥。

发明内容

针对上述现有技术中存在的问题，本发明的目的是提供一种一体化纺锤式流化干燥塔及应用和干燥方法。

为了解决以上技术问题，本发明的技术方案为：

第一方面，一种一体化纺锤式流化干燥塔，包括：

干燥塔，顶部为进料口，底部为出料口；

至少一个纺锤内件，固定在干燥塔的内部，若干纺锤内件矩形阵列排布，纵向相邻两排纺锤内件错开设置；

所述纺锤内件由导流板围成的顶部导流角、导流角两侧的斜导流板和下部两侧的竖直导流板组成。

本发明的一体化纺锤式流化干燥塔，在干燥塔的内部设计了纺锤内件，所述纺锤内件在干燥塔内设置若干个，并呈矩形陈列排布，纵向相邻两排纺锤内件错开设置的形式，并且纺锤内件的结构进行了设计，包括导流角和导流板的设计，是通过FLUENT计算机流场模拟多次模拟运行后确定，其作用是让在干燥塔内下行的聚碳酸酯薄片更好的分散、流化。

第二方面，上述一体化纺锤式流化干燥塔在聚碳酸酯薄片干燥领域中的应用。

第三方面，利用上述一体化纺锤式流化干燥塔进行聚碳酸酯薄片的干燥方法，所述方法为：

聚碳酸酯薄片从干燥塔的顶部进入后沿着S型线路逐渐下落，氮气进入到干燥塔后进入到纺锤内件的内通道，与聚碳酸酯薄片间接换热，少部分氮气从纺锤内件的内通道底部开口溢出并向上进入运动与聚碳酸酯薄片直接换热；

氮气从干燥塔的氮气出口排出进入到氮气换热器中被加热，然后从上游相邻的氮气入口中进入到干燥塔中。

本发明一个或多个技术方案具有以下有益效果：

本发明设计的一体化纺锤式流化干燥塔，在干燥塔的内部阵列设置纺锤内件，纵向相邻两排纺锤内件错开设置；所述纺锤内件由导流板两侧向下弯折形成顶部的导流角、上部的两侧的斜导流板和下部两侧的竖直导流板组成，两侧斜导流板的夹角即为导流角。使被干燥物能够呈S型下降路线，使被干燥物被充分分散，与纺锤内件充分接触，被充分的干燥。使被干燥物的水分降低。含水量2％～3％的聚碳酸酯薄片，被干燥后含水量降至800ppm以内。

本发明的干燥塔采用了氮气加热器与干燥塔一体化设计的理念，空间利用率高，过程热损失少，节省了材料费用与制作费用。纺锤式塔内件结构合理布局，使聚碳酸酯薄片流化更为均匀和充分，干燥氮气在塔内水平运动，在塔内停留时间长，能充分和聚碳酸酯薄片接触，换热效率高。五级氮气加热器与干燥塔直接连接，可稳定、持续的提供热量，温度波动区间小，有利于聚碳酸酯薄片的恒温干燥，在保证产品质量的同时，节省运行费用，更加节能。

本发明投入运行后，风机数量减少5台，氮气用量减少65％，大大节省了投资资金，节约了运行成本；设备布置更加紧凑，节约占地约40％，对于工业用地资源紧张的地区，具有很大的优势；纺锤内件设计及布置更加科学合理，聚碳酸酯薄片流化效果好，换热效率提高约55％，能源利用率高，能耗下降，优势明显；该干燥塔结构简单、操作维护方便、投资少、推广性强。

附图说明

构成本发明的一部分的说明书附图用来提供对本申请的进一步理解，本发明的示意性实施例及其说明用于解释本发明，并不构成对本发明的不当限定。

图1为一体化纺锤式流化干燥塔的整体结构图；

图2为一体化纺锤式流化干燥塔的整体结构侧面图；

图3为干燥塔的剖面俯视图；

图4为支撑件的局部正视图；

图5为第一种纺锤内件结构图；

图6为第二种纺锤内件结构图；

图7为第三种纺锤内件结构图；

其中，1、氮气入口，2—筒体法兰，3—第一筒节，4—一级氮气加热器，5—第二筒节，6—二级氮气加热器，7—第三筒节，8—三级氮气加热器，9—耳座筒节，10—第四筒节，11—四级氮气加热器，12—第五筒节，13—五级氮气加热器，14—第六筒节，15—分料筒节，16—纺锤内件，17—连接管道，18、氮气出口，19、支撑件，20、氮气换热器接口，21、氮气开口，22、内件接口，23、导流角，24、斜导流板，25、竖直导流板。

具体实施方式

应该指出，以下详细说明都是例示性的，旨在对本发明提供进一步的说明。除非另有指明，本文使用的所有技术和科学术语具有与本发明所属技术领域的普通技术人员通常理解的相同含义。

需要注意的是，这里所使用的术语仅是为了描述具体实施方式，而非意图限制根据本申请的示例性实施方式。如在这里所使用的，除非上下文另外明确指出，否则单数形式也意图包括复数形式，此外，还应当理解的是，当在本说明书中使用术语“包含”和/或“包括”时，其指明存在特征、步骤、操作、器件、组件和/或它们的组合。

第一方面，一种一体化纺锤式流化干燥塔，包括：

干燥塔，顶部为进料口，底部为出料口；

至少一个纺锤内件16，固定在干燥塔的内部，若干纺锤内件16矩形阵列排布，纵向相邻两排纺锤内件16错开设置；

所述纺锤内件16由导流板围成的顶部导流角23、导流角两侧的斜导流板24和下部两侧的竖直导流板25组成。

如图3所示，物料从干燥塔的顶部进入，然后从底部排出，在干燥塔的内部时，经过阵列排布的纺锤内件，由于相邻两排的纺锤内件16错开设置，所以上一排落下的物料直接落到下一排的纺锤内件16上。纺锤内件具有导流角，所以物料落到纺锤内件16的顶部后，被分流为两股，然后沿着斜导流板向下流动，横向相邻的竖直导流板直接形成夹流通道，然后物料在夹流通道中流动，再落到下一级的纺锤内件上。整体来说，物料的流动是曲折的，大致为S型或者由于取向不同形成多个波折的流动路线。通过这样的流动方式，使物料延长了向下落的时间，同时延长了物料与换热介质接触的时间，延长了物料蒸发水分的时间。使物料被充分蒸发，使水分降到要求的范围内。

同时，纺锤内件16的设置，不会导致物料堵塞，在斜导流板、导流角的作用下，物料能够具有向下流动的动力。

在本发明的一些实施方式中，所述纺锤内件16的导流角的角度为50-90度；进一步可以为50度、60度、67度、70度、80度、90度等。如图5和图6、图7所示。所述导流角不超过90度，能够让物料能够充分的向下流动，同时能够延长时间，提高其中的水分的蒸发效果。

在本发明的一些实施方式中，所述纺锤内件16的两侧竖直导流板25的间距为140-200mm，所述纺锤内件16的高度为180-230mm。所述纺锤内件16的宽度和高度设置，如果导流角的角度变大，那么宽度会变大，相应的时间会进一步延长。纺锤内件的角度较小，物料下落速度会变快。

在本发明的一些实施方式中，导流角23不同的纺锤内件16在干燥塔的内部纵向间隔设置或连续设置。由于导流角23不同，物料下落的速度不同，而且为了延长物料的下落时间，所以可以考虑在干燥塔内设置多个不同导流角的纺锤内件，能够更好的进行平衡。

在本发明的一些实施方式中，所述纺锤内件16的两侧的竖直导流板25之间开口设置，纺锤内件16由导流板围成底部开口的内通道。导流板围成一个纺锤内件的结构，并且底部开口，底部开口可以有两个好处，第一可以通过换热的氮气，第二下落的物料如果被扬起，向上进入到内通道，然后在重力的作用下再下落，也不会产生更多的噪音。

在本发明的一些实施方式中，横向上相邻的纺锤内件16的竖直导流板25的间距为110-130mm，纵向上相邻的纺锤内件16的间距为30-50mm。进一步，横向上相邻的纺锤内件16的竖直导流板25的间距为120mm，纵向上相邻的纺锤内件16的间距为40mm。所述间距的设置，可以让物料更多的接触纺锤内件16，有利于进行换热。

在本发明的一些实施方式中，还包括氮气换热器，沿着干燥塔的纵向上设置若干级氮气换热器，氮气换热器的进气口和出气口分别与干燥塔相接，相邻的氮气换热器中、下游的氮气换热器的出气口与上游的氮气换热器的进气口通过干燥塔的内部间接连接。

所述氮气换热器，提供氮气被加热的地方，氮气在干燥塔内被冷却之后，在氮气换热器内被重新加热。氮气向上走，依次经过各级氮气换热器，下游的氮气换热器的出气口排出的氮气进入到干燥塔内进行换热，然后进入到相邻的上游的氮气换热器中被加热。

进一步，共设置五级的氮气换热器，按照从上到下依次为五级氮气换热器13、四级氮气换热器11、三级氮气换热器8、二级氮气换热器6、一级氮气换热器4。进一步，干燥塔的下部与最下方的氮气换热器相对的一侧设置氮气入口1，干燥塔的上部与最上方的氮气换热器相对的一侧设置氮气出口18。

干燥塔分为若干筒节，若干筒节中通过筒体法兰2连接，一级氮气换热器4对应的筒节为第一筒节3，二级氮气加热器6对应第二筒节5，三级氮气换热器8对应第三筒节，四级氮气换热器11对应第四筒节，五级氮气换热器13对应第五筒节。第五筒节的上方设置第六筒节，第六筒节设置氮气出口18。第六筒节的上方设置分料筒节15，分料筒节15的内部设置纺锤内件，用于进行物料的分散。干燥塔设置耳座筒节9，所述耳座筒节位于干燥塔的中部。

一级氮气换热器4的氮气入口与第一筒节连接，所述氮气入口对应如图3所示的氮气换热器接口20，一级氮气换热器4的氮气出口通过连接管道17与第二筒节连接，将加热后的氮气输送到上一筒节中。

在本发明的一些实施方式中，干燥塔的内部设置两个支撑件19，两个支撑件19将干燥塔的内部分隔为三个竖向的独立空间，纺锤内件16的两端与两个支撑件19连接，支撑件19上设置氮气开口21，所述氮气开口21设置在对应纺锤内件16的位置。

进一步，所述支撑件为支撑板，支撑板竖向设置。将干燥塔的内部分别为三个空间，如图3所示，分别为中间的物料和氮气的换热空间，两侧分别为氮气进入和排出空间。氮气进入后通过支撑件19上的氮气开口进入到纺锤内件16的内通道中，与物料间接换热。所述氮气开口21与纺锤内件16的内侧相通，所述纺锤内件16的内侧为导流板弯折后形成的内侧空间。并且由于纺锤内件16底部开口，所以会有氮气排出，由于气体流速的原因，仅有少量的氮气排出，向上运动与物料直接接触换热。

在本发明的一些实施方式中，纺锤内件阵列中纵向相邻的两排纺锤内件分别对应设置氮气开口21、设置封口。如图4所示，与支撑件封口连接的纺锤内件，氮气不能进入到相应的纺锤内件中，因为封口的位置设置内件接口22，所述内件接口22与纺锤内件的横截面形状相同，通过与纺锤内件相焊接，使内件接口封堵，形成封口。与纺锤内件对应的支撑件位置设置氮气开口，则氮气进入进行换热。也就是说物料在干燥塔内下落的过程中，间隔一排纺锤内件后，再接触到下一排纺锤内件进行换热。进一步，氮气开口的形状与纺锤内件的横截面形状一致。

在本发明的一些实施方式中，纺锤内件的竖直导流板的底部向内侧弯折，弯折后形成的夹角大于90度。可以有助于氮气的气流在纺锤内件中的流动，减少由纺锤内件的边部逸出的气体，有利于进行间接换热，减少直接换热，使直接换热的氮气量减少，避免影响物料向下流动。

在本发明的一些实施方式中，纺锤内件的导流板的材质为钢板。具体可以为不同型号的不锈钢，S22053不锈钢等。

第二方面，上述一体化纺锤式流化干燥塔在聚碳酸酯薄片干燥领域中的应用。

在本发明的一些实施方式中，聚碳酸酯薄片的含水量2％～3％。可以降低到1000ppm之内。

第三方面，利用上述一体化纺锤式流化干燥塔进行聚碳酸酯薄片的干燥方法，所述方法为：

聚碳酸酯薄片从干燥塔的顶部进入后沿着S型线路逐渐下落，氮气进入到干燥塔后进入到纺锤内件的内通道，与聚碳酸酯薄片间接换热，少部分氮气从纺锤内件的内通道底部开口溢出并向上进入运动与聚碳酸酯薄片直接换热；

氮气从干燥塔的氮气出口排出进入到氮气换热器中被加热，然后从上游相邻的氮气入口中进入到干燥塔中。

在本发明的一些实施方式中，氮气进入到氮气换热器中被加热的温度为120-140℃。

在本发明的一些实施方式中，设置五级氮气换热器，氮气每次经过干燥塔中都会有2-4％的氮气从纺锤内件的内通道底部开口逸出，直接向上运动。

实施例1

含水量2％～3％的聚碳酸酯薄片，通过该干燥塔顶部进料口进入干燥塔内部，整个干燥塔内部布满纺锤内件16，聚碳酸酯薄片被纺锤内件16有效的分散开，与从干燥塔底部第一筒节3氮气进口进入的干燥氮气进行充分流化及换热。换热结束得到的干燥聚碳酸酯薄片含水量降至800ppm以内，通过干燥塔底部出料结构进入下一工序进行处理，换热结束的氮气通过第六筒节14氮气出口进入下一工序。纺锤内件16的形式分为三种，皆由厚度为2mm的S22053材质的钢板一体弯制成型，其结构尺寸的摸索与确定以及纺锤内件的布置，都是通过FLUENT计算机流场模拟多次模拟运行后，选择的最佳方案，目的是让在干燥塔内下行的聚碳酸酯薄片更好的分散开，同时让在干燥塔内上行的干燥氮气不直接向上走，而是呈S形上升路线，分别经过一级氮气加热器4、二级氮气加热器6、三级氮气加热器8、四级氮气加热器11、五级氮气加热器13后通过第六筒节氮气出口排至下一工序，经过FLUENT计算机流场模拟统计出的结果显示，在干燥塔内直接上行的氮气比例降低至15％左右。最大限度的通过少量氮气的多级重复利用，为聚碳酸酯薄片提供稳定、持续的干燥热量。

该干燥塔的工作流程为：130℃左右的干燥氮气通过第一筒节3氮气入口进入干燥塔内部，与下行的聚碳酸酯薄片进行流化换热，98％的氮气通过干燥塔内分部的纺锤内件16引流，进入一级氮气加热器4，一级氮气加热器4将换热后的氮气温度再加热至130℃左右，氮气通过连接管道进入第二筒节5。与下行的聚碳酸酯薄片进行流化换热后，95％的氮气通过干燥塔内分部的纺锤内件16引流，进入二级氮气加热器6，二级氮气加热器6将换热后的氮气温度再加热至130℃左右，氮气通过连接管道17进入第三筒节7。与下行的聚碳酸酯薄片进行流化换热后，92％的氮气通过干燥塔内分部的纺锤内件16引流，进入三级氮气加热器8，三级氮气加热器8将换热后的氮气温度再加热至130℃左右，氮气通过连接管道17进入第四筒节10。与下行的聚碳酸酯薄片进行流化换热后，89％的氮气通过干燥塔内分部的纺锤内件16引流，进入四级氮气加热器11，四级氮气加热器11将换热后的氮气温度再加热至130℃左右，氮气通过连接管道进入第五筒节12。与下行的聚碳酸酯薄片进行流化换热后，85％的氮气通过干燥塔内分部的纺锤内件引流，进入五级氮气加热器13，五级氮气加热器13将换热后的氮气温度再加热至130℃左右，氮气通过连接管道17进入第六筒节14。与下行的聚碳酸酯薄片进行流化换热后，干燥氮气完成换热使命，所有氮气通过第六筒节14氮气出口离开流化干燥塔。干燥塔每一层筒节(耳座筒节除外)均设置有温度传感器及视镜，以便于实时监测与监测干燥塔内部的运行参数，观察干燥塔内部运行情况。

以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种一体化纺锤式流化干燥塔，其特征在于：包括：

干燥塔，顶部为进料口，底部为出料口；

至少一个纺锤内件，固定在干燥塔的内部，若干纺锤内件矩形阵列排布，纵向相邻两排纺锤内件错开设置；

所述纺锤内件由导流板围成的顶部导流角、导流角两侧的斜导流板和下部两侧的竖直导流板组成。

2.如权利要求1所述的一体化纺锤式流化干燥塔，其特征在于：所述纺锤内件的导流角的角度为50-90度。

3.如权利要求1所述的一体化纺锤式流化干燥塔，其特征在于：所述纺锤内件的两侧竖直导流板的间距为140-200mm，所述纺锤内件的高度为180-230mm。

4.如权利要求2所述的一体化纺锤式流化干燥塔，其特征在于：导流角不同的纺锤内件在干燥塔的内部纵向间隔设置或连续设置。

5.如权利要求1所述的一体化纺锤式流化干燥塔，其特征在于：所述纺锤内件的两侧的竖直导流板之间开口设置，纺锤内件由导流板围成底部开口的内通道。

6.如权利要求1所述的一体化纺锤式流化干燥塔，其特征在于：横向上相邻的纺锤内件的竖直导流板的间距为110-130mm，纵向上相邻的纺锤内件16的间距为30-50mm。

7.如权利要求1所述的一体化纺锤式流化干燥塔，其特征在于：还包括氮气换热器，沿着干燥塔的纵向上设置若干级氮气换热器，氮气换热器的进气口和出气口分别与干燥塔相接，相邻的氮气换热器中、下游的氮气换热器的出气口与上游的氮气换热器的进气口通过干燥塔的内部间接连接。

8.如权利要求1所述的一体化纺锤式流化干燥塔，其特征在于：干燥塔的内部设置两个支撑件，两个支撑件将干燥塔的内部分隔为三个竖向的独立空间，纺锤内件的两端与两个支撑件连接，支撑件上设置氮气开口，所述氮气开口设置在对应纺锤内件的位置。

9.权利要求1-8任一所述的一体化纺锤式流化干燥塔在聚碳酸酯薄片干燥领域中的应用；

进一步，聚碳酸酯薄片的含水量2％～3％。

10.利用权利要求1-8任一所述的一体化纺锤式流化干燥塔进行聚碳酸酯薄片的干燥方法，其特征在于：所述方法为：

聚碳酸酯薄片从干燥塔的顶部进入后沿着S型线路逐渐下落，氮气进入到干燥塔后进入到纺锤内件的内通道，与聚碳酸酯薄片间接换热，少部分氮气从纺锤内件的内通道底部开口溢出并向上进入运动与聚碳酸酯薄片直接换热；

氮气从干燥塔的氮气出口排出进入到氮气换热器中被加热，然后从上游相邻的氮气入口中进入到干燥塔中。

Images