近年来,中国的染料工业发展十分迅速,一跃成为世界染料生产第一大国。据估计,2001年,我国的染料产量约为40万t,占世界染料需求量的一半左右,已经成为世界染料生产的重要基地。 据国家统计局最近公布的数据表明,2001年全国纺织工业产值比上一年均有不同程度的增加。加入WTO后,给染料生产带来了前所未有的机遇。从此后我国成为世贸组织正式成员国,公平合理地参与世界贸易竞争。据推测,这将增加我国纺织品出口额,带动了染料的消耗。另一方面,随着我国对外贸易政策与世界接轨,也推动了染料的出口。近年来,世界染料工业发达的国家在逐年减少染料的生产量,客观上也给中国让出了一定的市场份额。 众所周知,染料的生产需要各类干燥设备。染料产量的扩大必然需要大量的干燥设备。所以,干燥设备在染料工业的应用前景仍然十分乐观。 许多干燥机在开发成功后,都较早地在染料行业应用,也就是说,染料行业所需要干燥设备型式和规格都是比较多的。正因为如此,这一领域吸引了众多干燥设备厂。20世纪50年代的耙式干燥机要从原苏联引进,70年代的喷雾干燥机要从日本、丹麦进口,80年代的闪蒸干燥机(旋转快速干燥机)要从丹麦进口,90年代桨叶干燥机要从日本引进,今天,所有这些干燥机的设计技术我国基本掌握了,目前这些机型都已国产化。可以这样说,在染料工业使用的干燥机,国外有的机型我们也都能生产。经过广大工程技术人员的努力,我国大量从国外引进干燥设备的年代已经过去了。 同时,干燥技术的进步也有力地推动了染料商品化技术的发展。新型干燥机的出现,使染料的剂型、溶解度、润湿速度等许多应用性能都有明显提高,干燥技术的应用对染料行业的贡献是巨大的。 目前我国染料工业所使用的干燥设备有二类:第一类是早年从国外引进的干燥设备,第二类是国内自行设计的干燥装置和早年遗留下来较落后的干燥装置。较老染料厂干燥装置的技术水平差距较大,既有较先进的设备也有较落后的。而新建的染料厂设备一般都比较好。从发展角度看,由于我国加入WTO后,纺织品的出口量会明显增加,染料的产量也不断增加。另外,染料生产厂家在逐年减少,但产量越来越大,这说明单品种染料的生产规模在扩大,从而导致干燥设备也向大型化方向发展。以喷雾干燥为例,十年前多数蒸发水量为200kg/h以下,干燥机直径不超过3m,而现在,设备直径可达6m以上,蒸发水量在1000kg/h左右。闪蒸干燥机直径也达到1.4m,蒸发水量在800kg/h以上。染料单一品种垄断生产的形成,生产规模的不断扩大,客观上也推动了干燥设备向大型化方向发展。 近年来,人们把开发干燥机的重点向开发组合干燥机的方向发展,力图把现有的干燥机进行优化组合,发挥每种干燥机的优点。组合多级干燥机与单级干燥机相比有如下优势: (1)组合干燥机更容易节约能源; (2)组合干燥机更容易保证产品质量,干燥过程可以同时进行分级、粉碎等操作,对热敏性物料干燥后可进行及时冷却; (3)操作更加灵活,可以根据物料干燥的特定规律对多种干燥机进行科学组合。 干燥机的组合大致有如下几个方面: (4)组合各种干燥方法的组合式干燥机,如喷雾—流化干燥机等; (5)结合各种传热过程的组合式干燥机,如薄膜—流化床干燥机等; (6)多级同类型干燥机的组合,如多级气流干燥机等。 但是,干燥设备制造中所出现的问题也比较多,主要是设备制造厂家对染料的加工工艺不了解所致。染料干燥是工艺性很强的操作过程,原染料品种繁多,商品指标复杂。近年来,染料干燥的难度越来越大。例如,过去商品分散染料强度大多数要求100%,现在则要求200%,这就意味着助剂的加入量在减少而染料的耐热性能也随之下降。如果加工配方质量不佳,干燥的难度会更大。 干燥设备厂往往需要染料厂提供被干燥物料的理化指标,如果染料厂无相应经验,所提供的参数很难保证是最恰当的。这给干燥机的设计、制造带来麻烦。作者见到过一些不成功的例子,表面上看是设备问题,实质是设计者对染料干燥过程的工艺参数不了解所致,应加强对干燥工艺的研究。 干燥在染料生产中是一个十分重要的单元操作,因为在这里不仅是简单的固液分离过程,更重要的干燥是染料生产过程的最后一道工序。产品的质量、剂型在很多情况下取决于干燥技术和设备的综合运用情况。从经济角度考虑,干燥器价格昂贵,工程投资较大。另一方面,干燥又是高耗能过程,热效率在15~80%这样大的范围内波动,而设备的运转费用与干燥器的设计选型有非常密切的关系,所以染料厂的决策者对此历来都比较重视。染料的品种有许多,经常生产的也有450余种,它们的理化性质又有很大差异。甚至同一品种不同的生产工艺、同一品种不同的产品要求,导致干燥条件可能都有区别,所以就造成了干燥工艺的复杂性。由此可见,染料的干燥较其它产品的干燥具有更高的技术性。 近年来又引进许多型式干燥设备并多数已经国产化,发展较快的闪蒸干燥器、振动流化床干燥器、桨叶干燥器等。这几种干燥器可以覆盖大部分的染料品种,不论从技术还是设备各项指标的先进性,都有能力成为染料干燥的主要设备。 6.5.1染料干燥的特点 染料的干燥是一个热分离过程,属于化工单元操作,这一点与其它物料的干燥一样。并没有什么大的区别,但染料的干燥又有它的特殊性: 6.5.1.1染料是精细化工产品,物料有热敏性,对操作温度十分敏感,有些物料干燥温度范围甚至不能超过±5℃,否则就会发生质量问题,所以对操作条件要求严格。 6.5.1.2染料品种多,前面已经提到,染料经常生产的品种多达几百种,加上染料中间体就更难以统计,生产规模小,年生产量200-300吨在绝大多数,所以生产成本相对要高一些。 6.5.1.3更换品种频烦,现在许多染料厂一台设备在一年内要多次更换品种。我国的染料都有严格的质量标准,经常更换品种相互交叉污染很难避免。每当更换品种要经过反复冲洗,有时甚至要重新更换管路或一些设备,所以干燥设备的设计从流程到结构都要考虑一到这一特殊性。 6.5.1.4染料对环境污染严重,固状染料极易起尘,对生产车间或厂区环境容易造成污染。如果染料厂在居民区、风景区附近更要注意生产装置或排放物的可靠性。 6.5.1.5染料干燥是集科学、技术和艺术为一体的单元操作过程,操作经验在某种情况下有时起重要作用,因为操作时许多参数间相互关联,在一定范围内有好的作用,超出某一范围内可能会有不良结果,所以操作经验不可小视。 6.5.2干燥器设计的主要依据 在设计干燥器之前,应撑握下列条件: 6.5.2.1原染料性质 主要包括原染料的色光、强度、流动性、粘度、表面张力、含固率、粒度、亲水性、密度、扩散性能、耐热性、熔点、PH值、毒性、可燃性、含溶剂种类、对金属敏感性等。 6.5.2.2产品要求 产品要求一般是染料厂提出,主要是产品的含水率、粒度及分布、色光、强度、 润湿性能、溶解度、高温分散稳定性、堆积密度、不溶物含量、外观、收率、扬尘性等。除此之外,还可能有其它特殊要求。 6.5.2.3设备安装地点 安装地的空气湿度、年平均温度、最低温度和最高温度、环保要求等。 6.5.2.4设备要求 对设备要求主要有设备型式、扑集器型式、热源种类、设备材质、投资费用、热效率、控制水平等。 6.5.3干燥设备的设计过程 经过多年的努力,现在有许多专业干燥设备制造厂,可以这样说,国外有的干燥设备,我们国内几乎都可以制造,一些常用的干燥设备已经国产化和系列化。所以有些染料厂就象买其它商品一样的去选购。笔者认为,这样做不一定很合适。由于这种做法缺乏对染料个性的了解,常听到有些厂购进设备后开不起来,造成不该有的损失。这并不是设备有什么问题,很可能是对这种物料不合适,所以,选择干燥设备要进行大量的试验,才能确定最佳的干燥设备。我不否认这样做也有成功的实例,但总有些冒险性和盲目性,不科学也不可取。据介绍,国外一些大的干燥设备厂都有庞大的试验基地,物料在近乎生产规模的设备上进行试验 ,取得的数据比较可靠。干燥器应从具体染料品种的干燥试验出发,进行一系列的工艺设计和结构设计,才能使设备更可靠。 6.5.4干燥设备发展趋势 根据干燥技术的发展现状以及染料行业的装备水平,可以说国产干燥器的类型基本齐全,基本可以满足染料干燥的需要,干燥器在未来一段时间内的发展可能集中在以下几个方面: 6.5.4.1干燥设备的定型化、系列化 对于已经使用多年而且仍然很有效果比较成熟的干燥器,为了便于推广和使用,应进行定型化、系列化工作,应制定相应的标准为使用厂选型提供方便。 6.5.4.2干燥设备的大型化 国内虽然干燥器的种类比较齐全,但生产规模都比较小。据了解,染料厂蒸发水量在1000kg/h以上的干燥器很少,从技术上也缺乏大型干燥器设计的实践。干燥器小型化对产品质量的稳定性和运转费用都很不利,从提高产品质量角度出发,干燥器应向大型化方向发展。 6.5.4.3操作系统自动化 染料干燥系统在操作时可变因素比较多,如果生产中系统产生波动,容易影响产品质量。提高设备的自动化水平,采用先进的电脑控制系统,降低或消除人为因素,能保证产品的稳定。 6.5.4.4提高干燥器热效率 提高干燥器的热效率是今吊干燥技术开发的主要任务,国内外对提高热效率主要从以下几个方面入手: ①提高染料的耐热渨度 增大干燥器进出口温差是提高热效的主要方法。然而,降低出口温度会导至产品含水率超过规定标准,提高进口温度又受到物料耐热性的限制。也就是说,提高进參温度染料有凝聚的倾向。但是,通过对劀工配方的硐硶可以提高染攙瘄耐热性,这也是染料删工工作者的重要任务之一。 ②采用组合型干燥器 有人说过,干燥技术厑展多年(就干熥未的基本型式冠乎没有什么新的变化干燥机理没有新的突破,只是干燥器盓构上的改变。利用现有的干燥器,进行伐儔组合,采用多级干燥,使不同类型的干燥器发挥各自的优势,也是提高热效率、节约能源的方法之一。 6.5.5干燥操作的节能 干燥在染料后处理中是高耗胵操作之一,具介绍,工䰚发达的国家干燥操作所消耗的能量占总能量消耗的13~20%,我国用于干燥的能量约占全国总能耗的10%。而干燥操作的平均热效率约为30~50%(所以节能在生产中有很重要的经济意义。目前,节ý的措施归纳起来主要有以下几种方法: 6.5.5.1提高热空气进口温度 对于对流传热类干燥器,提高热空气的进口温度,根捪传热方程: (6-1) 式中 Q—传热采,kJ; t—传烍时闔,h; a—传热瓻数,kw/m2 •℃ﴛ A—传烩面积,m2; Dtm—传热对数平坃温差,℃。 由此可见,提高进口温度可以加大Dtm,从而提高 ,但是,进口温度受染料耐热温度的制约,若想提高染料的耐热温度,就要对染料的加工配方进行深入研究,实践证明,加工配方中组成不同,可以使染料的耐热温度相差30℃之多。 6.5.5.2降低空气的出口温度 干燥器热效率 ,一般用式6-2进行估算: (6-2) 式中: h—传热效率; t1—空气进口温度,℃; t2—空气出口温度,℃; t0—环境空气平均温度,℃。 很明显,降低出口温度能有效提高热效率。但出口温度对产品含水率的影响很大,所以采用降低出口温度的方法要兼顾产品水分,不能顾此失彼,由于染料产品的含水量大多在5%以下,有些染料如靛蓝等要求含水量在1%以下,所以,对流干燥器一般气体出口温度不低于70℃。 6.5.5.3提高染料含固率 也就是说,染料在进入干燥器之前,应尽可能采用其它方法如机械脱湿等方法去掉更多的水分,这是最为行之有效的节能方法。但是,含固率有时也受到干燥器形式的限制,比如采用压力式喷雾干燥器就要求物料必须有良好的流动性,闪蒸干燥器要求物料能顺利通过加料器。从理论上说,含固率越高越有益于节约能源,但对具体的干燥工艺应在满足正常操作要求的前提下提高物料的含固率。 6.5.5.4物料预热 因为干燥器的热效率都比较低,在物料进入干燥器之前进行预热,有效节约干燥的能量。特别是一些活性染料、酸性染料等水溶性染料耐热性都比较好(注意活性染料的水解),物料允许加热,更宜采取预热的方法。 6.5.5.5采用余热回收技术。 有些干燥器,干燥产生的尾气带走大量热量。在一台年产300吨C.I.分散蓝79商品染料的喷雾干燥装置测得的结果显示,尾气带走的热量占总能量消耗的30%,这部分热量损失非常大,若把尾气中的热量一部分进行回收,无疑会带来可观的经济效益。目前国外多采用热管技术或热泵技术回收这部分热量。但也有资料介绍,如果尾气温度低于100℃以下,采取余热回收的方法并不经济, 还有许多降低能耗的措施,但归纳起来主要有以下三个方面,(1)研制最佳的加工配方;(2)干燥器(机)系统的最优化设计;(3)操作技术与经验的结合,是三条是降低能耗的有效途径。
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