可进行酸相悬浮和水相悬浮法切换的氯化聚乙烯生产系统

【技术领域】

本发明涉及化工设备技术领域，具体涉及一种可进行酸相悬浮和水相悬浮法切换的氯化聚乙烯生产系统。

【背景技术】

氯化聚乙烯，化学名CPE，为饱和高分子材料，具有优良的稳定性、耐侯性、耐臭氧、耐化学药品及耐老化性能，广泛用于塑料、橡胶、建材、机电、汽车、军工等领域。目前，氯化聚乙烯(CPE)生产工艺有水相悬浮法、酸相悬浮法、固相法、以及溶液法。下面将普遍采用酸相悬浮法和水相悬浮法介绍如下:

酸相悬浮法是将高密度聚乙烯(High Density Polyethylene，简称为“HDPE")悬浮于浓度为10-20％的盐酸溶液中进行氯化，再用平面转盘真空过滤机连续脱酸、洗涤、出料，最后对脱酸后的湿料进出离心、干燥、以及研磨得CPE成品。该方法主要特点是三废排放小，工艺简单，产品质量稳定，所产生的盐酸浓度在28％以上，可以回收利用；但转盘真空过滤机、以及离心干燥设备投资费用很高，而且干燥步骤结束后的物料还比较粗，需要对其进行研磨，研磨过程是十分耗电的一个过程，大概一吨物料需要1000度电左右，因此，生产成本也较高。

正是由于酸相悬浮法的设备投资费用太高，更多的厂家更愿意采用水相悬浮法。国内普遍采用的水相悬浮法主要包括氯化、脱酸、中和、脱碱、离心分离、干燥、粉碎和混合包装这几步。

1、氯化:根据“氯化釜”的大小，加入适量的净水至“氯化釜”中，然后加入助剂和高密度聚乙烯(High Density Polyethylene，简称为“HDPE")专用料，升温至一定温度后通入氯气进行反应(通常采用三段式通氯)，反应完后是保温和降温的过程。

2、脱酸:是将氯化的物料转移至脱酸釜进行脱酸，脱酸的过程大致包括两种：(1)一遍遍的加水洗，即是把反应釜中转移过来的CPE物料，通过滤头把酸水放出，当放到一定水位后浆料己经很稠了，然后关闭滤头阀门，把水加至先前水位，反复多次水洗；(2)一边加水，一边放水。”，脱酸的过程实际上是一种稀释的过程，耗水量巨大，且产生大量低浓度盐酸废水。

3、中和:通过升温加碱让碱进入CPE内部中和掉CPE物料内部的盐酸，直至试纸测试物料含酸极少时，此过程才算完成，此过程一般需要4小时以上，有时需要7-8个小时，甚至更长。中和完成后，再把物料转移至脱碱釜中。

4、脱碱:跟脱酸过程相似，把碱液通过滤网放掉，加入清水清洗几次完成，再转移至离心机。此过程一般比脱酸时所用时间短很多，大概在1个小时左右。

5、离心:离心工序是把物料和水份分离开，剩下CPE部分，再转移至沸腾干燥床中。此步骤中所采用的离心机一般为不锈钢材质，其耐酸性能较差。

6、干燥:用沸腾干燥床对物料CPE进行干燥。此步骤中所采用的干燥床一般为不锈钢材质，其耐酸性能较差。

7、混合包装:把干燥好的CPE半成品加入一定比例的隔离剂(碳酸钙)、在混料机中混合均匀，即可包装成CPE成品。

目前国内的氯化聚乙烯的生产厂家都是单一地采用一套设备进行酸相悬浮法和水相悬浮法的生产，酸相悬浮法可以对盐酸进行回收利用，水相悬浮法由于盐酸浓度较低，只能作为废水处理掉，而盐酸的价格会随着市场的行情波动，当市场行情低迷时，酸相悬浮法对盐酸的回收利用也并不能产生足够的经济价值；盐酸价格较高时，水相悬浮法直接将稀酸当作废水处理，也是一种资源的浪费。

【发明内容】

本发明的发明目的在于：针对上述存在的问题，提供一种可进行酸相悬浮和水相悬浮法切换的氯化聚乙烯生产系统，可以灵活根据盐酸的市场情况，灵活进行酸相法和水相法切换，避免资源浪费，有效利用资源，增加经济效益。

为了实现上述目的，本发明采用的技术方案如下：

可进行酸相悬浮和水相悬浮法切换的氯化聚乙烯生产系统，包括依次相连的用于氯化反应的反应釜、用于水洗除酸的水洗釜、用于中和除酸的中和釜、用于水洗脱碱的脱碱釜、用于脱水的离心机和用于干燥的沸腾干燥床；所述生产系统还包括至少一个盐酸储罐；所述水洗釜包括水洗釜本体和搅拌装置；在水洗釜本体的侧壁上设有与水洗釜本体内部相通的滤头，在水洗釜本体的底部设有水洗釜出料口，所述水洗釜出料口连接至中和釜，所述滤头通过排污管连接至污水处理装置；所述排污管上设有三通阀，三通阀的旁路接口通过管道连接至所述盐酸储罐，所述盐酸储罐的出口连接至所述反应釜。

采用上述生产系统，在盐酸行情不好时，采用水相法生产盐酸后，将水洗釜的盐酸废水直接排放到废水处理装置处理掉；在盐酸行情较好时，采用水相法生产盐酸后，打开水洗釜所连接的三通阀的旁路阀门将反应得到盐酸废水(盐酸浓度为8-10％)送至盐酸储罐储存起来，水相悬浮生产计划完成后，将盐酸储罐内的盐酸废水通过泵送至反应釜中，进行酸相悬 浮法反应，将反应得到的盐酸废水(盐酸浓度25-28％)通过市价售出。因此本发明通过增加盐酸储罐以及对管路进行改进，从而可以实现酸相法和水相法的切换生产，当然，采用本系统进行酸相法的生产时，后续除酸的过程并不是采用德国技术的用真空过滤机连续脱酸、洗涤、出料，最后对脱酸后的湿料进出离心、干燥、以及研磨；而是采用本系统的水洗、中和、脱碱、离心、干燥的工序。

进一步地，由于氯化聚乙烯中间物料在各个工艺环节中容易出现结块的现象。物料产生了结块会造成产品损失，降低产量、增加生产成本，更为严重的是它为下一道工序的正常生产带来了很严重的影响，造成管道设备等堵塞，使后续的生产难以进行，因此，本发明还在在所述脱碱釜和离心机之间还设置有过滤器。所述过滤器包括过滤室、第一过滤板、与第一过滤板相交的第二过滤板，所述过滤室由所述第一过滤板分隔成左右相邻的进料室、出料室；所述第二过滤板在进料室内倾斜设置，并将进料室分隔成上下相邻的上腔室和下腔室；所述上腔室设有与外界连通的进料口、冲水口和粗料出口，所述出料室设有与外界连通的出料口；所述粗料出口紧挨着第一过滤板的低端。由于氯化聚乙烯结块料具有其自身的特点，根据其大小和形状的特点，过滤板上通孔的大小也有一定的要求，通孔可以为边长为0.6-1.5cm的菱形通孔，长轴为1.0-1.5cm、短轴为0.6-1.2cm的椭圆通孔，孔径为0.6-1.5cm的圆形通孔，边长为0.6-1.5cm矩形通孔中的一种或多种的组合。采用该过滤器能够去除生产过程中产生的粗料，避免管道的堵塞，且结块粗料的放出也十分快捷省力。

进一步，所述沸腾干燥床包括干燥床本体、进热风装置、旋风分离器和排风装置；所述进热风装置包括鼓风机、热风加热器，所述热风加热器通过进风管道与所述干燥床本体的底部连通；所述排风装置包括引风机、出风管道和引风管道，所述干燥床本体的上部通过所述出风管道与旋风分离器连通，所述引风机通过所述引风管道与旋风分离器连通；所述干燥床本体的侧壁上开设有进料口和出料口，干燥床本体内设有筛板，所述干燥床还包括搅拌打散装置，所述搅拌打散装置包括设置在干燥床本体下方的搅拌动力装置、设置在干燥床本体内部的搅拌叶片以及连接搅拌动力装置和搅拌叶片的转轴；所述搅拌叶片位于筛板的上方，与筛板的垂直距离为0.5-50mm。

进一步地，所述搅拌叶片的表面设有毛刷或若干个均匀分布的凸起物。

进一步地，所述旋风分离器的底部设有关风机，关风机具有回料出口；所述干燥床本体的侧壁上还设有回料入口，所述回料出口在竖直方向上的空间位置高于回料入口，所述回料出口与回料入口之间通过倾斜设置的回料管路连通；所述回料出口还通过文丘里管与回料风机连接，所述文丘里管与回料管路处于同一条直线上。

进一步地，所述文丘里管靠近回料风机的一端为进气端，另一端为出气端；所述鼓风机与热风加热器之间通过鼓风管道连通，所述鼓风管道上还设有鼓风支管，鼓风支管连接至所述文丘里管的出气端。

进一步地，所述引风管道上还设有尾气吸收器，尾气吸收器的入口与旋风分离器通过管道连通，所述尾气吸收器的出口通过管道与引风机连通。

进一步地，所述干燥床本体包括防腐内层、中间增强结构层和外表抗老化外层；所述防腐内层由胶液喷射在模具上后固化形成；所述中间增强结构层是由胶液与玻璃纤维布交替覆盖粘结复合而成；所述外表抗老化外层是由胶液与抗老化剂按照质量比为100:2-3混合后喷射在中间增强结构层表面后固化形成；

其中所述胶液包括以下重量份的原料：乙烯基树脂60-80份、糠醇树脂15-20份、聚异丁烯6-10份、海泡石纤维30-45份、聚乙二醇甲基丙烯酸酯共聚物2-3份、二氨基二苯甲烷3-5份、1,4-丁二醇二缩水甘油醚15-25份、硼改性酚醛树脂胶粘剂6-8份、石墨粉0.5-0.8份；所述的硼改性酚醛树脂胶粘剂是由以下重量份的原材料制作而成的：苯酚90-110份、甲醛20-30份、硼酸锌5-8份、氢氧化钡3-5份、苯胺2-3份、A151硅烷偶联剂2-3份、增粘树脂4-6份。所述硼改性酚醛树脂胶粘剂的制作方法为：按重量份准备好苯酚90-110份、甲醛20-30份、硼酸锌5-8份、氢氧化钡3-5份、苯胺2-3份、A151硅烷偶联剂2-3份、增粘树脂4-6份；将苯酚90-110份、甲醛5-8份和硼酸锌5-8份加入到反应釜中，边搅拌边在反应釜加入氢氧化钡3-5份和苯胺2-3份作复合催化剂，搅拌15-20分钟；然后将反应釜升温至75-80℃反应50-60min；再升温至85℃，加入剩余部分的甲醛，反应20-30分钟；然后停止加热，用草酸调节反应釜内的pH值为中性，待反应釜内的温度下降至40℃以下时，加入A151硅烷偶联剂2-3份、增粘树脂4-6份搅拌20-30min，然后过滤出料，即得到硼改性酚醛树脂胶粘剂。

所述抗老化剂为苯二甲酸与苯并三唑按照重量比为1-2:1组成

上述对干燥床的材料改进通过胶液原料的选取和配合，并调节胶液中乙烯基树脂、糠醇树脂、聚异丁烯、海泡石纤维、抗静电剂、固化剂、树脂稀释剂、硼改性酚醛树脂胶粘剂、石墨粉之间的重量比例，可以使干燥床整体的抗腐蚀性、抗静电能力、耐高温性能、强度和韧性均满足生产需求。且其所用的硼改性树脂是通过酚醛树脂改性得到的，具有粘度高、粘结性强、耐腐蚀和耐高温的性能，其与聚异丁烯一起添加可以各原料之间具有良好的融合性，提升玻璃钢的均一性和整体性能。

综上所述，由于采用了上述技术方案，本发明的有益效果是：

1、本发明通过增加盐酸储罐以及对管路进行改进，从而可以实现酸相法和水相法的切换生产，可以根据盐酸的行情对盐酸废水进行回收利用或直接排放，从而实现更好的经济效益。

2、本发明中所用的过滤器的设计科学合理，能够去除生产过程中产生的粗料，避免管道的堵塞，且结块粗料的放出也十分快捷省力。

3、本发明在沸腾干燥床内设置搅拌装置，通过搅拌叶片的打散作用，阻止物料在筛板上凝结从而堵住筛板上的通孔或粘结在筛板上，从而减少清理筛板的次数，提高生产效率。由于沸腾干燥床一般高度较高，而筛板位于干燥床下部，所以将搅拌器的动力装置设置在沸腾干燥床的下方，从而使搅拌转轴不会过长，可节省一部分动力。

4、本发明通过设置回料风机、文丘里管和倾斜设置的回料管路，使得旋风分离器落下来的物料能及时回到干燥床体内继续干燥，且不会形成物料的堵塞，相对于不设有文丘里管，本发明风速更快，能减少回料风机的能耗。本发明还通过用鼓风支管连通文丘里管和鼓风机，利用文丘里管形成的负压，能有效利用鼓风机的风，从而减少回料风机的压缩空气用量，起到更好的节能效果。

【附图说明】

图1为本发明的生产系统的连接关系示意图；

图2为本发明中沸腾干燥床的结构示意图；

图3为本发明中沸腾干燥床中A部的放大图；

图4为本发明中过滤器的外部结构示意图；

图5为本发明中过滤器的内部结构示意图。

其中，1-盐酸储罐，2-反应釜，3-水洗釜，31-滤头，4-中和釜，5-脱碱釜，6-过滤器，61-出料室，62-进料口，63-冲水口，64-进料室，65-上腔室，66-下腔室，67-粗料出口，68-第一过滤板，69-第二过滤板；7-离心机，8-沸腾干燥床，81-干燥床本体，82-鼓风机，83-搅拌动力装置，84-搅拌叶片，85-筛板，86-尾气吸收器，87-旋风分离器，88-引风机，89-热风加热器，871-关风机，872-回料风机，873-文丘里管，9-污水处理装置，10-三通阀。

【具体实施方式】

以下通过具体实施方式并结合附图对本发明作进一步详述。

如图1所示，为本发明的可进行酸相悬浮和水相悬浮法切换的氯化聚乙烯生产系统的示意图，图中可进行酸相悬浮和水相悬浮法切换的氯化聚乙烯生产系统，包括依次相连的用于 氯化反应的反应釜2、用于水洗除酸的水洗釜3、用于中和除酸的中和釜4、用于水洗脱碱的脱碱釜5、用于去除粗料的过滤器6、用于脱水的离心机7和用于干燥的沸腾干燥床8；所述生产系统还包括至少一个盐酸储罐1；所述水洗釜3包括水洗釜本体和搅拌装置；在水洗釜本体的侧壁上设有与水洗釜本体内部相通的滤头31，在水洗釜本体的底部设有水洗釜出料口，所述水洗釜出料口连接至中和釜4，所述滤头31通过排污管连接至污水处理装置9；所述排污管上设有三通阀10，三通阀10的旁路接口通过管道连接至所述盐酸储罐1，所述盐酸储罐1的出口连接至所述反应釜2。

如图2和图3所示，为所述沸腾干燥床的结构示意图以及局部放大图，所述沸腾干燥床包括干燥床本体81、进热风装置、旋风分离器87和排风装置；所述进热风装置包括鼓风机82、热风加热器89，所述热风加热器89通过进风管道与所述干燥床本体81的底部连通；所述排风装置包括引风机88、出风管道和引风管道，所述干燥床本体81的上部通过所述出风管道与旋风分离器87连通，所述旋风分离器87的上部通过所述引风管道与尾气吸收器86连通后连接至引风机88，尾气吸收器86的入口与旋风分离器通87过管道连通，所述尾气吸收器86的出口通过管道与引风机88连通。通过尾气吸收装置86，可以将从沸腾干燥床出来的酸气吸收，从而减少废气的排放。所述干燥床本体81的侧壁上开设有进料口812和出料口813，干燥床本体81内设有筛板85，所述干燥床还包括搅拌打散装置，所述搅拌打散装置包括设置在干燥床本体下方的搅拌动力装置82、设置在干燥床本体内部的搅拌叶片84以及连接搅拌动力装置和搅拌叶片的转轴；所述搅拌叶片84位于筛板85的上方，与筛板85的垂直距离为0.5-50mm。优选地，所述搅拌叶片的表面设有毛刷或若干个均匀分布的凸起物。

为了回收旋风分离器落下来的物料，本发明的沸腾干燥床还设有回料装置，具体通过以下结构实现：所述旋风分离器87的底部设有关风机871，关风机具有回料出口；所述干燥床本体81的侧壁上还设有回料入口811，所述回料出口在竖直方向上的空间位置高于回料入口811，所述回料出口与回料入口811之间通过倾斜设置的回料管路连通；所述回料出口还通过文丘里管873与回料风机872连接，所述文丘里管873与回料管路处于同一条直线上。为了描述方便，将所述文丘里管靠近回料风机872的一端称为进气端，另一端为出气端；所述鼓风机82与热风加热器89之间通过鼓风管道连通，所述鼓风管道上还设有鼓风支管，鼓风支管连接至所述文丘里管873的出气端。利用文丘里管873形成的负压，能有效利用鼓风机82的风，从而减少回料风机872的压缩空气用量，起到更好的节能效果。

如图4和图5所示，为过滤器6的外部结构示意图和内部结构示意图。所述过滤器6包括过滤室、第一过滤板68、与第一过滤板68相交的第二过滤板69，所述过滤室由所述第一 过滤板68分隔成左右相邻的进料室64、出料室61；所述第二过滤板69在进料室内倾斜设置，并将进料室64分隔成上下相邻的上腔室65和下腔室66；所述上腔室65设有与外界连通的进料口62、冲水口66和粗料出口67，所述出料室61设有与外界连通的出料口(图中未示出)；所述粗料出口67紧挨着第一过滤板68的低端。由于氯化聚乙烯解块料具有其自身的特点，根据其大小和形状的特点，过滤板上通孔的大小也有一定的要求，通孔可以为边长为0.6-1.5cm的菱形通孔，长轴为1.0-1.5cm、短轴为0.6-1.2cm的椭圆通孔，孔径为0.6-1.5cm的圆形通孔，边长为0.6-1.5cm矩形通孔中的一种或多种的组合。采用该过滤器6能够去除生产过程中产生的粗料，避免管道的堵塞，且结块粗料的放出也十分快捷省力。

通过本发明的改进，可以实现在盐酸行情较好时，采用水相法生产盐酸后，打开水洗釜所连接的三通阀10的旁路阀门将反应得到盐酸废水(盐酸浓度为8-10％)送至盐酸储罐8储存起来，水相悬浮生产计划完成后，将盐酸储罐8内的盐酸废水通过泵送至反应釜1中，进行酸相悬浮法反应，不仅利用了水相悬浮法的废酸，还能将酸相悬浮法反应得到的盐酸废水(盐酸浓度25-28％)通过市价售出，获得经济价值。

本发明虽然改进部分并不复杂，但对于本领域技术人员来说，该改进克服了传统的思想观念，打破了工厂只能进行单一的水相悬浮法和酸性悬浮法的格局，而且在节电、回收利用资源、省时方面都优于现有的设备和方法，是具有创新性的发明创造。

一般来说，氯化聚乙烯氯化反应釜、水洗釜、中和釜、脱碱釜可以采用内衬搪瓷的设备，然而内衬搪瓷的设备使用寿命短，且容易损坏，不适用作沸腾干燥床，氯化聚乙烯物料在沸腾状态下与干燥床容易摩擦产生静电，生产实际对沸腾干燥床还有耐腐蚀、抗静电、耐磨、耐高温的要求。本发明所用沸腾干燥床可以采用以下材料制作。

实施例1

通过以下方法制得的耐酸性抗静电的玻璃钢沸腾干燥床，特别适合在本发明中应用。其具体制作方法为：

(1)配制硼改性酚醛树脂胶粘剂

硼改性酚醛树脂胶粘剂是由以下重量份的原材料制作而成的：按重量份准备好苯酚90份、甲醛20份、硼酸锌5份、氢氧化钡3份、苯胺2份、A151硅烷偶联剂2份、增粘树脂EVA 4份；将苯酚90份、甲醛5份和硼酸锌5份加入到反应釜中，边搅拌边在反应釜加入氢氧化钡3份和苯胺2份作复合催化剂，搅拌15分钟；然后将反应釜升温至75℃反应50min；再升温至85℃，加入剩余部分的甲醛，反应20分钟；然后停止加热，用草酸调节反应釜内的pH值为中性，待反应釜内的温度下降至40℃以下时，加入A151硅烷偶联剂2份、增粘树 脂SBS 4份搅拌20min，然后过滤出料，即得到硼改性酚醛树脂胶粘剂。所得硼改性酚醛树脂胶粘剂的游离酚少于8％，游离甲醛少于1.2％。

(2)按重量份比例准备胶液原料：乙烯基树脂60份、糠醇树脂15份、聚异丁烯6份、海泡石纤维30份、抗静电剂聚乙二醇甲基丙烯酸酯共聚物2份、二氨基二苯甲烷3份、树脂稀释剂树脂稀释剂为环氧丙烷邻甲苯基醚15份、硼改性酚醛树脂胶粘剂6份、石墨粉0.5份；用高速分散机以15m/s的线速度搅拌5min，得胶液。将胶液按内层、中间层和外层的需求量分成3份，分别为内层胶液、中间层胶液和外层胶液，向外层胶液中按照胶液与抗老化剂的质量比为100:2混合均匀备用，其中，抗老化剂为苯二甲酸与苯并三唑按照重量比为1:1组成。

(3)采用喷射的方式制作干燥床防腐内层，内层的厚度为0.5mm-2mm均可，本实施例为1mm；然后将中间层胶液放入浸渍槽中，待内层胶液固化后，采用缠绕机组，用玻璃纤维布一边浸渍胶液一边交错缠绕的方式制作成中间增强结构层；最后在中间增强结构层表面喷射一层胶液与抗老化剂的混合物，待固化后形成外表抗老化外层，外层的厚度为0.5mm-2mm均可，本实施例为1mm。

实施例2

通过以下方法制得的耐酸性抗静电的玻璃钢沸腾干燥床，特别适合在本发明中应用。其具体制作方法为：

(1)配制硼改性酚醛树脂胶粘剂

硼改性酚醛树脂胶粘剂是由以下重量份的原材料制作而成的：按重量份准备好苯酚110份、甲醛30份、硼酸锌8份、氢氧化钡5份、苯胺3份、A151硅烷偶联剂3份、增粘树脂EVA 6份；将苯酚110份、甲醛8份和硼酸锌8份加入到反应釜中，边搅拌边在反应釜加入氢氧化钡5份和苯胺3份作复合催化剂，搅拌20分钟；然后将反应釜升温至80℃反应50min；再升温至85℃，加入剩余部分的甲醛，反应30分钟；然后停止加热，用草酸调节反应釜内的pH值为中性，待反应釜内的温度下降至40℃以下时，加入A151硅烷偶联剂3份、增粘树脂6份搅拌30min，然后过滤出料，即得到硼改性酚醛树脂胶粘剂。所得硼改性酚醛树脂胶粘剂的游离酚少于8％，游离甲醛少于1.2％。

(2)按重量份比例准备胶液原料：乙烯基树脂80份、糠醇树脂20份、聚异丁烯10份、海泡石纤维45份、抗静电剂聚乙二醇甲基丙烯酸酯共聚物3份、二氨基二苯甲烷5份、树脂稀释剂树脂稀释剂为聚丙二醇二缩水甘油醚25份、硼改性酚醛树脂胶粘剂8份、石墨粉0.8份；用高速分散机以22m/s的线速度搅拌10min，得胶液。将胶液按内层、中间层和外层的 需求量分成3份，分别为内层胶液、中间层胶液和外层胶液，向外层胶液中按照胶液与抗老化剂的质量比为100:3混合均匀备用，其中，抗老化剂为苯二甲酸与苯并三唑按照重量比为2:1组成。

(3)采用喷射的方式制作干燥床防腐内层，内层的厚度为0.5mm-2mm均可；然后将中间层胶液放入浸渍槽中，待内层胶液固化后，采用缠绕机组，用玻璃纤维布一边浸渍胶液一边交错缠绕的方式制作成中间增强结构层；最后在中间增强结构层表面喷射一层胶液与抗老化剂的混合物，待固化后形成外表抗老化外层。

实施例1-2中，所制得的玻璃钢干燥床的各项指标均较异，体积电阻值约为10⁸Ω·cm，满足抗静电的需求。耐腐蚀试验以25％高浓度的盐酸浸泡20天来进行，远远超过干燥物料中的盐酸浓度，试验结果是玻璃钢没有明显变化，证明其具有很好的耐酸腐蚀性。另外其强度和韧性都满足实际生产的需求。