PVC干燥动力学研究

第14卷第3期高校化学工程学报No, 3 VoL 14200年6月Journal of chemical engineering of Chinese UniversitiesJu文章编号:1003-9015(20003023505PVC干燥动力学研究*黄凯,刘华彦,伍沅(浙江工业大学化学工程系,浙江杭州310032)摘要:实验硏究了悬浮法Pv℃的干燥特性。在測定物料流化参数的基础上,采用单层筒形流化床测定干燥动力学曲线,并回归得到描述PVC干燥特性曲线的解析函数:确定了实验条件下PVC干燥的临界湿含量κ及传质系数K。由于实验方法比较接近工业干燥过程,获得的结果对于工程应用较为可靠关键词:PVC物料:干燥动力学:临界湿含量:传质系数中图分类号:TQ28.67文献标识码:A1引言干燥属于热质同时反向传递过程,机理相当复杂。干燥动力学数据是干燥机的设计的依据;其中临界湿含量是一个关键参数。干燥动力学特性及临界湿含量的数值固然与物料的种类和性状有关,它同时还取决于所采用的干燥方法和操作条件本文是循环撞击流干燥技术和设备开发研究的基础工作之一。拟开发的干燥机具有一个高度强化热质传递的撞击区;通过物料循环的流动安排又可以根据需要提供仼意长的停留时间,从而可望在同一干燥机中脱岀多孔物料中的游离水和孔隙水ε干燥机的细节将在另文中讨论。悬浮法PVC是多孔物料细粒状物料的典型代表,是拟开发干燥机的主要应用对象之为了获得具有工程应用价值的干燥动力学数据,理想的实验测定方案是在物料运动状态和干燥条件都接近真实干燥过程的情况下进行。在干燥隧道中直接称量试样的方法获得的干燥曲线会因物料层内的水分传递阻力大而使得到的临界湿含量数值偏大,不能应用于悬浮态干燥过程。另一方面,循环撞击流干燥机中颗粒物料的运动相当复杂。要在完全模拟真实流动过程的条件下进行实验测定是极其困难的。分析干燥过程可以看岀,在循环撞击流干燥杋中,物料脱水主要在加速管和撞击区中在悬浮状态下进行,比较接近流化床中的干燥过程。因此,本文采用单层筒形流化床进行干燥动力学研究实验装置和方法21实验装置实验流程见图l。Pv℃湿料流动性差,开始时难以流化。为改善物料的初始流化性质,床层中加装了搅拌器。进入床层的空气先经过预热;空气予热器之前设置空气饱和器(图中均未绘出),以保证热空气湿度基本恒定。为减少固体粉尘的污染,流化床岀口装有旋风分离器。流化床尺寸(装料量)根据经多次采样后物料流化状态仍应基本保持不变的原则确定,即应保证整个测定过程中床层总物料收稿日期:1999-09-01;修订日期:19911-1基金项目:国家自然科学基金(29276260和浙江省科学基金资助项目(296014)作者简介:黄凯(1973-),男,安徹潜山人,浙江大学联合化学反应工程研究所博士生,联系人:伍沅H中国煤化工编4073,CNMHG高校化学工程学报量相对变化率<10%。Exhaust22实验方法干燥动力学的实验测定采用间歇操作。首先用热空气预热整个系统;当流程中各处温度计的读数稳定后,关闭气流,将已知初始湿含量为x的PVC物料一次投入如图1所示的流化床干燥器中;随即通入热空气使固体颗粒流化。在流化干燥过程中,每隔定时间采样一次。试样在热气流中干燥至恒重;根据失重计算试样湿含量,从而得到物料湿含量κ与时间t之间的关系曲线。x-t关系曲线由直线向曲线转变图1流化床流体力学特性测定装置简图的转折点即对应该实验条件下的临界湿含量xg I The diagram of hydrodynamics mensuration2. cut-off valve 3. rotermete实验用PVC是衢化公司生产的悬浮法聚氯乙烯4. stirrer 5. fluidized-bed 6. cyclone树脂干粉。实验前进行复水,即按照所需的湿含量加入一定量的水;均匀搅拌,并使用全部湿物料过60目筛,以保证其中没有结团。混合好的湿物料密封存放12小时以上,使加入的水分能够充分迁移到颗粒的微孔中;同时防止水分蒸发、改变湿含量。在干燥动力学研究前,进行物料流化参数的实验测定,以确定干燥实验的操作气速。3PⅤC流化参数的测定为确定干燥动力学实验的操作气速,在图1所示的单层圆筒形流化床中测定了PVC湿物料的起流速度un测定采用经典的速度压降法。实验数据如图2所示。由图2可以确定起流速度un=0.3根据上述结果,进行PVvC干燥动力学研究的操作气速选择在0.41-0.55ms-1范围;相当流化数o/umf=1.24-1.67100.0080.002.0C0.601200.001600.00图2流化床中PC湿料的△p的关系图3PVC干燥过程中湿含量时间关系Fig. 2 The relation between Ap and ua in fluidized-bedFig 3 The relation between moisture of PVC and time4实验结果及讨论4.1现象描述由于PVC湿料流动性差,毎次加入物料开始实验操作时THE众牛明显的沟中国煤化工CNMHGPVC干燥动力学研究流,不能很好地流化,床中不同点处干燥程度不均匀;若增大进口气速,则会导致腾涌。加装搅拌器后,可以有效地打散粘结的PvC湿物料,从而使物料能顺利起流。随着干燥过程的进行,物料的湿含量不断降低,流动性也逐渐变好,流化床旳操作状态越来越理想。在干燥过程后期,可以看到装置中有显著的鼓泡现象。同时,随着干燥进行,岀口气体中带岀粉尘量也逐渐增加。实验发现,当初始加入PVC物料量为300克左右时,干燥过程中粉尘的总的带岀量约为5%。为了保证试样的代表性,实验中将旋风分离器收集到的物料重新返回到干燥器中。4.2干燥速度在不同的操作气速和温度条件下实验测定了PVC物料干燥过程中湿含量的变化。几组典型的x-t数据在图3中给出。可以看岀,PVC干燥过程可以很好地用两阶段模型描述,即过程包含恒速和降速两个干燥阶段。43临界湿含量由图3中各x一t曲线的转折点,可以方便地确定每一组干燥条件下的临界湿含量x。十组实验获得的数据列于表1。可以看出,κ数据的重现性是令人满意的。对于工程应用,作者推荐表1所列十组数据的平均值2%,作为悬浮状态下干燥PVC的临界湿含量表1PⅤC干燥的临界湿含量(PVC初始湿含量≤%)Table 1 The critical moisture of PvCcThe initial moisture of pvc is lower than 5%o)Air temperature, tAir temperature,℃Dry bubbe Moisture bubble ms l e,%NoDry bubbe Moisture bubble msx.0.55V1-20.552.1330.9v1-475.030.92.1‖V3-10488.31.64|V3-31.5The mean value of x, by ten experiments is 2%4.4干燥特性曲线对于干燥过程的分析和设计,较困难的问题是确定进λ降速阶段后旳干燥速度。由于干燥机理的复杂性,已提出的干燥动力学模型有许多种45。比较令人满意、应用又较方便的方法是把任意时刻的干燥速度表示为N=NNw=fKo(Yw -Y)(1)其中N为恒速阶段即表面完全湿润条件下的干燥速度;∫为相对干燥速度f=NN表2计算得到的∫和Φ它与物料性质有关;对同一种符合两阶Table 2 The value of f and p段模型的物料,它是干燥程度的函数:2Mean010.1050.1020.1030.1030.1220.1080.107(④),x