一种高效节能的尼龙切片固相聚合系统的制作方法

1.本实用新型属于固相聚合生产高粘切片工艺技术领域，具体涉及一种高效节能的尼龙切片固相聚合系统。


背景技术：

2.锦纶工业丝纺丝用的锦纶切片属于高粘度切片，目前通常由与纺丝装置配套上马的专用聚合装置生产。
3.聚合装置是具有一定复杂性的化工装置，其管理要求较高，投资较大；另一方面，随着聚合技术的提升，产能规模往往大大高于纺丝装置的建设规模，因而与纺丝装置配套上马的聚合装置往往不一定是最佳经济规模。
4.另外，相较纺丝装置的项目建设按化纤工厂规范管理不同，聚合装置项目须按化工厂规范管理，这往往给项目建设带来制约。
5.因此，纺丝企业立足于聚合工厂的常规产品，采用固相聚合装置生产满足自身需要的高粘切片就成为工业丝企业主动对接行业发展趋势的优选方案，这对装置投资、生产成本、生产安全等各方面都是有利的。
6.如何选用成熟可靠、节能高效的锦纶固相聚合装置成为企业面临的主要课题。
7.如果固相聚合装置采用传统填充式结构预热器，以90吨/天产能的固相聚合装置计，其风机功率约为200kw，能耗较高。且在切片进入固相聚合系统前脱除氧气阶段，消耗大量氮气，成本较高。同时常规输送装置使用罗茨风机作为动力源，需将循环的输送气体冷却至罗茨风机允许的入口温度(一般为45℃以下)后才能进入风机，加压后输送气体需再次加热至工艺温度才能进行输送，仅此一点，输送每吨切片约消耗25000kcal的热量及相应的冷量。


技术实现要素：

8.本实用新型设计的一种尼龙切片固相聚合装置，有效地解决背景技术中所列举的问题，能够高效节能地生产高粘切片。
9.本实用新型设计的一种尼龙切片固相聚合系统，
10.该系统由高位料仓、回转阀i、氮气置换料仓、回转阀ii、屋脊式预热器、回转阀iii、第一风机、第一氮气加热器、第二氮气加热器、第三氮气加热器、第二风机、第四氮气加热器、反应器、回转阀iv、第一氮气冷却器、喷淋冷却塔、喷淋水泵、喷淋水冷却器、第三风机、节能换热器、除氧器、第五氮气加热器、第四风机、第二氮气冷却器组成；所述的反应器由上部反应段和下部冷却段组成；其连接关系为：
11.所述高位料仓依次与回转阀i、氮气置换料仓、回转阀ii、屋脊式预热器、回转阀iii、反应器、回转阀iv相连；第一风机出口经第一氮气加热器后，经过屋脊式预热器后分两路，一路经第一氮气冷却器与喷淋冷却塔进风口相连；另一路与第一风机进风口相连，喷淋冷却塔底部依次与喷淋水泵、喷淋水冷却器相连，喷淋水冷却器顶部出风口依次与第三风
机、节能换热器壳程入口相连，节能换热器壳程出口依次与除氧器、第五氮气加热器、反应器反应段进风口相连，反应器反应段出风口的氮气分二路，一路经第二风机、第四氮气加热器，将回转阀iii出口的切片输送至反应器顶部；另一路进入第一风机入口混合参与预热段氮气循环；反应器冷却段出风口与节能换热器管程入口相连，节能换热器管程出口经第四风机、第二氮气冷却器与反应器冷却段进风口相连。
12.对于本技术的技术方案，进一步优选地，所述的屋脊式预热器自上而下分为多节；每节分别设有进风口和出风口，经第一风机(7)出来的氮气，依次与第一氮气加热器、最下节进风口、最下节出风口、第二氮气加热器、中间节进风口、中间节出风口、与第三氮气加热器最上节进风口、最上节出风口相连。
13.对于本技术的技术方案，进一步优选地，进入所述的屋脊式预热器的氮气温度控制在 160～170℃。
14.对于本技术的技术方案，进一步优选地，所述用于预热段的循环氮气的质量流量约为切片质量流量的2～3倍；该部分气体与切片充分的接触换热后，从该节屋脊出来的氮气被加热至165℃，再进入上一节屋脊对切片进行加热，依次向上从顶层屋脊排出预热器，进入氮气循环处理系统。
15.对于本技术的技术方案，进一步优选地，所述用于反应器反应段的循环氮气的质量流量约为切片质量流量的1～2倍；用于冷却段的循环氮气的质量流量与切片质量流量的比例控制在2～3倍。
16.对于本技术的技术方案，进一步优选地，在出反应器的下部冷却段设置自动调湿系统以控制来自系统处理后的高露点氮气的补充量及冷却温度来达到控制最终切片含水的目的，保证切片的可纺性。
17.对于本技术的技术方案，进一步优选地，所述反应器的上部反应段使用盘管保温，盘管均匀缠绕固定于反应段筒体外壁上；反应器盘管内采用蒸汽或导热油作为保温填充介质。
18.对于本技术的技术方案，进一步优选地，喷淋冷却塔进气口设置第一氮气冷却器，喷淋水泵出口设置喷淋水冷却器。
19.对于本技术的技术方案，进一步优选地，反应器的下部冷却段循环的氮气通过节能换热器和经喷淋冷却塔冷却的低温氮气换热达到节能目的。
20.对于本技术的技术方案，进一步优选地，从屋脊式预热器出来的切片，采用热输送方式由第二风机、第四氮气加热器热输送至反应器。
21.对于本技术的技术方案，进一步优选地，氮气置换料仓利用所述高效节能的尼龙切片固相聚合系统净化处理的氮气进行置换以降低氮气消耗。
22.上文所述的一种尼龙切片固相聚合装置，生产高粘度尼龙切片的工艺流程如下：
23.低粘度原料尼龙切片经由高位料仓、氮气置换料仓落入屋脊式预热器。低粘切片自上而下从屋脊间隙中依次进入每一节屋脊。第一风机通过第一氮气加热器将160～170℃热氮气送入最下节屋脊的高温氮气进口，氮气流量为切片质量流量的2～3倍。该部分气体与切片充分的接触换热后，从该节屋脊出来经第二氮气加热器进行加热，再进入上一节屋脊对切片进行加热，依次向上从顶层屋脊排出预热器；排出预热器的氮气分二路，一路进入第一风机入口后增压加热循环，另一路与氮气置换料仓出口的氮气汇合经第一氮气冷却器
后进入喷淋冷却塔，冷却后的氮气由第三风机经除氧器和第五氮气加热器后送入反应器反应段循环使用。从屋脊式预热器出来的切片被加热至160～170℃，由第二风机增压并经第四氮气加热器出口的 160～170℃热氮气输送至反应器，在反应器反应段进行增粘反应，反应器保温盘管热媒温度为 160～170℃。切片在反应段筒体中停留～24小时后经由反应段分布锥体口落入冷却段筒体。反应器冷却段底部的低温氮气入口与第四风机出风口相连，通入经第二氮气冷却器冷却的～35℃的氮气，氮气逆切片向上流动，对切片进行冷却，冷却段的循环氮气通过节能换热器和经喷淋冷却塔冷却的低温氮气换热。已经反应增粘的切片被循环低温氮气冷却至38℃以下，最后经冷却段锥体底部设置的出料口和回转阀送入成品包装工段。
24.对于上文所述的技术方案，所述的喷淋冷却塔配置有喷淋水泵作为水循环动力，循环喷淋水通过喷淋水冷却器由外界冷冻水冷却。
25.对于上文所述的技术方案，涉及对反应循环氮气的利用，所述反应循环氮气的利用过程如下：
26.从预热器顶部出风口出来的氮气，分成两部分：第一部分和从反应器出来的氮气混合，经第一风机、第一氮气加热器进入预热器最下节屋脊的高温氮气入口进行循环；第二部分与氮气置换料仓出口的氮气汇合经第一氮气冷却器冷却后进入喷淋冷却塔冷却，喷淋冷却至～20℃，除去多余水分获得除湿氮气，再依次经第三风机、节能换热器、除氧器、第五氮气加热器通过反应段进风口进入反应器，进行循环。
27.从反应器冷却段出来的氮气经节能换热器、第四风机、第二氮气冷却器加压冷却后，再次经由冷却段进风口进入冷却段筒体中进行循环，冷却循环氮气的质量流量与切片质量流量的比例一般控制在2～3倍以上。该冷却循环系统通过定量补充来自喷淋系统处理的高露点氮气，达到冷却和调节湿度双重功能之目的。
28.对于上文所述的技术方案，进一步的，为保证氮气对切片的加热或冷却的更充分、均匀，用于预热段的循环氮气的质量流量与切片质量流量的比例一般控制在2～3倍；用于反应段的循环氮气的质量流量与切片质量流量的比例一般控制在1～2倍；用于冷却段的循环氮气的质量流量与切片质量流量的比例一般控制在2～3倍。对同一台设备来说，产量越高，该数值越大，要求的粘度越高数值也越大。通过对该比例的控制，可以进一步控制切片经反应段筒体反应增粘的过程中氮气的湿度，从而实现在0.02％～0.1％范围内调整成品切片的最终含水率。因此，采用本实用新型上文所述的部分循环氮气进行冷却除湿，较传统的全部冷却除湿的工艺有明显的节能效果。
29.本实用新型与传统工艺相比的有益效果：
30.本实用新型采用屋脊式结构的预热器将切片从常温(以冬季0℃为设计基准点)预热至反应温度(以160～170℃为基准点)，该方式可大大节省热氮气循环风机的功率。以同样的90 吨/天产能的ssp装置计，如采用传统填充式预热器结构，其风机功率约为200kw；如采用屋脊式预热器结构其循环风机功率仅为～45kw；氮气置换料仓利用系统自身的处理精氮气进行切片的置换，保证切片在进入固聚系统前脱除氧气，该置换方式可节省大量来自于公用工程的氮气消耗，降低生产成本。本实用新型采用的热输送方式与常规热输送装置使用罗茨风机作为动力源不同，后者需将循环的输送气体冷却至风机允许的入口温度(一般为45℃以下) 后才能进入加压设备，加压后输送气体需再次加热至工艺温度才能进行输
送，仅此一点，输送每吨切片需要消耗25000kcal的热量及相应的冷量。本实用新型改为采用高温离心风机的热输送方式，采用高温离心风机将回气热氮气直接进行加压，将预热后160-170℃的热切片从屋脊预热器底送至反应器顶部。无需将输送循环氮气进行冷却及再加热，从而节省了能耗。所述装置利用系统本身的循环氮气进行切片的置换，该置换方式可节省大量来自于公用工程的氮气消耗，采用屋脊式结构的预热器可大大节省热氮气循环风机的功率，使用热输送方式输送切片减少了能耗；同时采用屋脊预热、热输送、反应冷却一体式反应器布局，可以大大降低厂房高度，实际可控制在 24.0m以下，不受高层厂房建规局限。
附图说明
31.图1：一种高效节能的尼龙切片固相聚合装置示意图；
32.图2：一种高效节能的尼龙切片固相聚合装置示意图；图1中所示a表示与图2的a 相连、图1中所示b表示与图2的b相连、图1中所示c表示与图2的c相连、图1中所示d表示与图2的d相连；
33.其中：1.高位料仓、2.回转阀i、3.氮气置换料仓、4.回转阀ii、5.屋脊式预热器、6.回转阀iii、7.第一风机、8.第一氮气加热器、9.第二氮气加热器、10.第三氮气加热器、11.第二风机、12.第四氮气加热器、13.反应器、14.回转阀iv、15.第一氮气冷却器、16.喷淋冷却塔、17. 喷淋水泵、18.喷淋水冷却器、19.第三风机、20.节能换热器、21.除氧器、22.第五氮气加热器、 23.第四风机、24.第二氮气冷却器。
具体实施方式
34.下述非限制性实施例可以使本领域的普通技术人员更全面地理解本实用新型，但不以任何方式限制本实用新型。
35.实施例1利用一种高效节能的尼龙切片固相聚合装置生产高粘度尼龙切片的系统
36.利用上文所述一种高效节能的尼龙切片固相聚合装置生产高粘度尼龙切片的系统，
37.该系统由高位料仓1、回转阀i2、氮气置换料仓3、回转阀ii4、屋脊式预热器5、回转阀iii6、第一风机7、第一氮气加热器8、第二氮气加热器9、第三氮气加热器10、第二风机 11、第四氮气加热器12、反应器13、回转阀iv14、第一氮气冷却器15、喷淋冷却塔16、喷淋水泵17、喷淋水冷却器18、第三风机19、节能换热器20、除氧器21、第五氮气加热器22、第四风机23、第二氮气冷却器24组成；所述的反应器13由上部反应段和下部冷却段组成；其连接关系为：
38.所述高位料仓1依次与回转阀i2、氮气置换料仓3、回转阀ii4、屋脊式预热器5、回转阀iii6、反应器13、回转阀iv14相连；第一风机7出口经第一氮气加热器8后，经过屋脊式预热器5后分两路，一路经第一氮气冷却器15与喷淋冷却塔16进风口相连；另一路与第一风机7进风口相连，喷淋冷却塔16底部依次与喷淋水泵17、喷淋水冷却器18相连，喷淋水冷却器18顶部出风口依次与第三风机19、节能换热器20壳程入口相连，节能换热器20壳程出口依次与除氧器21、第五氮气加热器22、反应器13反应段进风口相连，反应器13反应段顶部风口的氮气分二路，一路经第二风机11、第四氮气加热器12，将回转阀iii6出口的切片输送至
反应器13顶部；另一路进入第一风机7入口混合参与预热段氮气循环；反应器13 冷却段出风口与节能换热器20管程入口相连，节能换热器20管程出口经第四风机23、第二氮气冷却器24与反应器13冷却段进风口相连。
39.所述的屋脊式预热器5自上而下分为多节；每节分别设有进风口和出风口，经第一风机 7出来的氮气，依次与第一氮气加热器8、最下节进风口、最下节出风口、第二氮气加热器9、中间节进风口、中间节出风口、与第三氮气加热器10最上节进风口、最上节出风口相连。
40.进入所述的屋脊式预热器5的氮气温度控制在160～170℃。所述用于预热段的循环氮气的质量流量约为切片质量流量的2～3倍；该部分气体与切片充分的接触换热后，从该节屋脊出来的氮气被加热至160～165℃，再进入上一节屋脊对切片进行加热，依次向上从顶层屋脊排出预热器，进入氮气循环处理系统。
41.所述用于反应器反应段的循环氮气的质量流量约为切片质量流量的1～2倍；用于冷却段的循环氮气的质量流量与切片质量流量的比例控制在2～3倍。
42.在所述反应器13的下部冷却段设置自动调湿系统以控制最终切片含水的目的。通过控制来自系统处理后的高露点氮气的补充量及冷却温度来达到控制最终切片含水的目的，保证切片的可纺性。所述反应器13的上部反应段使用盘管保温，盘管均匀缠绕固定于反应段筒体外壁上；反应器盘管内采用蒸汽或导热油作为保温填充介质。
43.喷淋冷却塔16进气口设置第一氮气冷却器15，喷淋水泵17出口设置喷淋水冷却器18。反应器13的下部冷却段循环的氮气通过节能换热器20和经喷淋冷却塔16冷却的低温氮气换热达到节能目的。
44.从屋脊式预热器5出来的切片，采用热输送方式由第二风机11、第四氮气加热器12热输送至反应器13。
45.氮气置换料仓3利用所述高效节能的尼龙切片固相聚合系统净化处理的氮气进行置换以降低氮气消耗。
46.实施例2利用上文所述一种高效节能的尼龙6切片固相聚合系统生产高粘度尼龙切片的工艺流程
47.利用上文所述的一种尼龙切片固相聚合系统，生产高粘度尼龙切片的工艺流程如下：
48.原料低粘度尼龙切片经由高位料仓1、氮气置换料仓3落入屋脊式预热器5。低粘切片自上而下从屋脊间隙中依次进入每一节屋脊。第一风机7通过第一氮气加热器8将160～165℃热氮气送入最下节屋脊的高温氮气进口，氮气流量为切片质量流量的2～3倍。该部分气体与切片充分的接触换热后，从该节屋脊出来经第二氮气加热器9进行加热，再进入上一节屋脊对切片进行加热，依次向上从顶层屋脊排出屋脊式预热器5；排出屋脊式预热器5的氮气分二路，一路进入第一风机7入口后增压加热循环，另一路与氮气置换料仓3出口的氮气汇合经第一氮气冷却器8后进入喷淋冷却塔16，冷却后的氮气由第三风机19经除氧器21和第五氮气加热器22后送入反应器13反应段循环使用。从屋脊式预热器5出来的切片被加热至 160～165℃，由第二风机11增压并经第四氮气加热器12出口的160～165℃热氮气输送至反应器，在反应器13反应段进行增粘反应，反应器13保温盘管热媒温度为160～165℃。切片在反应段筒体中停留～24小时后经由反应段分布锥体口落入冷却段筒体。反应器13冷
却段底部的低温氮气入口与第四风机23出风口相连，通入经第二氮气冷却器9冷却的～35℃的氮气，氮气逆切片向上流动，对切片进行冷却，冷却段循环的氮气通过节能换热器20和经喷淋冷却塔16冷却的低温氮气换热。已经反应增粘的切片被循环低温氮气冷却至38℃，最后经过冷却段锥体底部设置的出料口和出料器送入成品包装工段。
49.以年产30000吨高粘度尼龙切片装置为例：
50.含水约0.85％的粘度为2.61的尼龙切片被氮气流送至高位料仓1缓冲贮存，经回转阀2 进入氮气置换料仓3进行氮气置换，经回转阀4进入预热器5，填充至预热器5上部并保持一定的料位；在预热器内，切片与预热器进风口进来的160～170℃的高温反应氮气充分接触，切片的温度上升，水分脱除，同时引发缩聚反应后通过第二风机11及第四氮气加热器12热输送后进入反应器13；在反应器中切片在底部新鲜氮气作用下继续进行缩聚反应，分子量及粘度相应增加；达到粘度要求后的切片直接落入反应器13底部的冷却段筒体，在冷却段筒体内通过补充一定湿度的新鲜氮气将切片加湿到含水约500ppm，并被循环的冷氮气冷却至38℃以下，切片经回转阀14最终送入成品贮存或包装工段。
51.增粘反应脱除的水分及少量低分子物被循环氮气从预热器顶部带出分成两路，一路经第一风机7加压并经第一氮气加热器8加热至160～170℃后，直接进入屋脊式预热器5进行循环预热；另一路作为处理氮气，经第一氮气冷却器15初步降温后进入喷淋冷却塔16冷却至～20℃，除去多余水分，然后再经过第三风机19加压后依次进入节能换热器20，除氧器21 除去氧气，将循环氮气的含氧降低至1ppm以下，再经第五氮气加热器22加热至160～170℃后从反应器反应段进风口进入固相增粘反应器，进行再次循环。
52.从冷却段出来的氮气经节能换热器和第四风机23加压后，进入第二氮气冷却器24冷却至35℃以下，再从冷却段进风口进入固相增粘反应器冷却段，再次循环。
53.与相同规模的填充式预热器、反应器、冷却器分体式的装置比较，本实用新型在设备高度上至少节省了12m的空间，可使原料输送的能耗降低约0.6kw；采用屋脊式预热器比传统填充式预热器风机功率减少约140kw，节能效果非常明显。
54.以上所述，仅为本实用新型较佳的具体实施方式，但本实用新型的保护范围并不局限于此，本领域的技术人员在本实用新型披露的技术范围内，可轻易想到的变化或替换，都应涵盖在本实用新型的保护范围之内。因此，本实用新型的保护范围应该以权利要求书的保护范围为准。