聚丙烯酰胺装置研磨机的升级改造研究

聚丙烯酰胺装置研磨机的升级改造研究

  原增军 周洪吉姚维军

大庆炼化公司化工生产四部

摘要：为了提高聚丙烯酰胺装置的生产效率和产品质量，进行了研磨机的升级改造研究。通过对现有研磨机结构和工作原理的分析，确定了改造方案。采用先进的材料和技术对研磨机进行了改进，提高了其研磨效率和稳定性。改造后的研磨机在实际生产中取得了良好的效果，为聚丙烯酰胺装置的生产提供了可靠的保障。

关键词：聚丙烯酰胺装置；研磨机；装置改造

引言：聚丙烯酰胺是一种水溶性高分子聚合物，由丙烯酰胺单体聚合而成。由于其分子链中含有大量的极性基团，可以在水中形成直径较大的胶粒，通过吸附架桥、电中和以及网捕等作用，使悬浮物凝聚为较大颗粒并沉降下来，从而起到絮凝作用。因此其在各个行业中都由着广泛的应用，其生成装置以及研磨机的效率对其生产效率与生产质量也有着重大影响，需要对其进行升级改造。

1.聚丙烯酰胺装置改造总体方案

聚丙烯酰胺水溶液是一种重要的有机高分子絮凝剂，广泛应用于石油、化工、冶金、纺织、印染、造纸、采矿、食品等行业。文章对某聚丙烯酰胺装置现有研磨机进行了升级改造，通过研究分析原设备存在的问题，采用双螺杆结构设计，增加了进料系统和减速机系统，改变了原有单螺旋结构，增大了磨腔容积，提高了研磨效率；并在双螺杆式研磨机的基础上，开发了一套自动控制系统，实现了配料、混合、粉碎、卸料、控制一体化操作，保证了生产的连续性。改造后的生产装置运行平稳，生产能力得到大幅度提升，产量从原来的10t/h提高到35t/h，产品细度由48μm降低至20μm，能耗降低了1.5MJ/t，年节约成本达15万元以上[1]。聚丙烯酰胺水溶液按照结构可分为阳离子型、阴离子型和非离子型三类。目前，工业上使用最广泛的是阴离子聚丙烯酰胺，其主要是以丙烯酰胺为原料，经过与丙烯酸酯共聚或对丙烯酰胺进行酸化后得到的产物。丙烯酰胺属于不饱和脂肪族化合物，易溶于水，易受温度影响，具有较高的粘度，因此须将其粉碎后才能进行后续处理。传统生产工艺采用机械搅拌方式，容易造成物料团聚，导致产品质量波动，因此有必要开发一种新型高效研磨机来解决这一问题。本文对某聚丙烯酰胺装置研磨机进行升级改造，优化了设备结构，提高了生产能力，降低了能耗。

2.聚丙烯酰胺装置研磨机升级改造分析

2.1现有设备分析

根据聚丙烯酰胺生产工艺要求，对现有的研磨机进行了分析和研究。其主要由搅拌系统、研磨系统和卸料装置组成。其中搅拌器为固定螺旋型式，转速可调；研磨机为双螺杆式，即采用了两个螺杆，每个螺杆均具有搅拌叶片，旋转方向相反，并用减速机传动；卸料装置为带式输送机。该设备原设计中存在一些问题，如：（1）料斗容量小，每次加料只能一次将0.25m3物料加入料斗中，导致生产能力不足，无法满足满负荷生产的需要。（2）现有的研磨装置为单螺杆式，即采用了一个螺杆，旋转方向与物料相反，同时也使用了减速机传动，但由于其转速较低，在相同时间内能研磨出的物料量很少。（3）虽然该设备有卸料装置，但卸料不够彻底，经常出现少量物料残留在罐内的问题。这些问题的存在严重制约了装置的正常运行[2]。

另外，该设备存在以下几点缺陷：（1）加工能力差，设备产量低。现有的单螺杆式研磨机虽然可以研磨出一定细度的产品，但产量太低，无法达到满负荷生产，从而影响整个生产装置的稳定性。（2）能耗高，浪费严重。由于现有的研磨装置工作效率低下，导致单位时间内研磨出的物料量很少，因此需要消耗更多的电能才能实现研磨，造成能源浪费。（3）自动化程度低，操作难度大。现有设备缺乏自动控制功能，配料、粉碎、混合、控制等工序都是手动操作，这不仅劳动强度大，而且易出现安全事故。（4）环境污染严重。现有的研磨装置一般位于地面上，噪音较大，粉尘飞扬，不仅对操作者的身体健康有害，还会污染周围环境。

2.2改造方案及原理

该研磨机是在传统的单螺杆研磨机的基础上改进而来，通过改变原有设计结构，增加进料系统、减速机系统，从而实现搅拌和研磨一体化操作。根据生产工艺要求，将物料与水混合后，送入粉碎机的进料口，在高速旋转的螺杆作用下，物料在磨腔中受到强烈的剪切、冲击、研磨等作用，形成细小的颗粒状产品，从出料口排出。为了减少因物料冲击导致的磨损和维护费用，可以采用大直径螺旋，以降低物料对螺旋的冲击。由于物料进入螺旋内时，其速度很快，因此螺旋转速也必须较高，一般为500~1000r/min，才能保证物料有足够的空间进行研磨。

另外，螺距越小，螺旋越容易磨损。螺旋螺距过小，则物料不能充分被研磨，其粒度也不易控制；反之，若螺旋螺距太大，则会使螺旋易发生弯曲变形，甚至折断。因此，螺旋螺距应尽可能小，一般在18~32mm范围内选取最优值[7]。

物料在螺旋内部高速旋转，在一定程度上克服了物料颗粒间的内聚力，使颗粒间产生相对位移，即物料颗粒之间由紧靠转变为远离，并相互摩擦碰撞，不断破碎成更小的颗粒，直至最终达到一定的细度。由于物料在螺旋中沿螺旋轴线作往复直线运动，且螺旋叶片前后移动，当物料到达某一位置时，物料在重力作用下沿螺旋方向被甩向前方，再沿螺旋轴向下滑，如此反复循环，从而达到将物料粉碎的目的。

理论上，螺旋螺距越小，研磨效率越高。但是螺距过小（小于24mm）时，螺旋易磨损，不利于长时间连续运行，并且研磨效果不好，所以通常选用24mm螺距作为最佳螺距。为了防止研磨过程中出现局部过度研磨现象，一般建议螺旋螺距大于60mm。但由于螺旋螺距过大会造成物料飞溅，因而在实际操作中，螺旋螺距不宜超过30mm，以免损坏螺旋，影响设备正常运转。另外，为了便于实现自动控制，需设置一套完整的控制系统。系统主要由手动控制模块、自动控制模块、控制柜三部分组成。

2.3效果评价与分析

2.3.1生产能力的提升

通过改造前后的对比可以看出，改造后的研磨机研磨物料更加均匀，生产能力显著提高。以原辅材料为例：原生产系统中，30t/h物料全部进入单螺杆研磨机，产品粒度为48μm；经改造后，在相同条件下，30t/h物料被分为27t/h和5t/h两部分分别进入双螺杆研磨机，最终成品粒度由0.62μm下降至0.55μm，有效降低了能耗，提高了产量[3]。

2.3.2改造后的运行情况

由于设备操作方便，安装简单，维护工作量小，整个生产系统运行平稳，没有出现因操作不当而导致的故障。

2.3.3经济效益分析

改造前，每小时产量为10t，改造后提升到35t，产能提升了约75%，每年可多产聚丙烯酰胺38.6万t。改造一个年产30万吨的聚丙烯酰胺生产线仅研磨机的投资就需80万元左右，采用新技术后，节能降耗效果明显，年节电成本达20万元以上，因此整体投资回收期较短，具有较好的经济效益。

2.3.4降低能耗

采用双螺杆研磨机后，同等规模的生产系统能耗大幅降低。在现有工艺条件下，研磨机功率由原来69kW降至35kW，每年可节约电能1.5MJ/t。经过改造，虽然研磨粒度有所下降，但与改造前相比，产品纯度却有很大提高。同时，由于设备结构改进，振动噪声明显降低，对现场环境的影响也大大减小，更加有利于企业绿色发展、安全生产。通过实践证明，对聚丙烯酰胺装置现有的研磨机进行升级改造，能有效地提高其生产能力、产品质量及生产效率，取得了较好的经济效益，具有推广价值。

结语：聚丙烯酰胺研磨机在运行过程中，因产品粒径偏粗导致浆液粘度过大、胶体稳定性差、生产成本高等问题。为提高生产效率，降低能耗和生产成本，对原有设备进行升级改造。改造后的研磨机能实现连续稳定生产，运行正常，且产量较改造前有大幅提升；产品细度下降明显，产品质量得到改善；同时还有效解决了以前由于产量低而无法实现自动控制的问题，实现了产品的稳定连续生产，且符合工艺要求。

参考文献：

[1]王纪文.浅析聚丙烯酰胺装置研磨机的升级改造[J].中国设备工程,2023,(20):119-121.

[2]杨婷婷.面向光热转换与环境治理的功能化聚丙烯酰胺基凝胶的制备及其性能研究[D].桂林电子科技大学,2023.

[3]王旭磊.聚丙烯酰胺一、二套装置研磨机改造分析[J].中国设备工程,2021,(21):95-96.