陳文淵 葉啟玲 王友華 黃家毅 黃忠良

近年來，隨著我國定制家具的迅猛發(fā)展，環(huán)保刨花板供不應(yīng)求。為了生產(chǎn)甲醛釋放量為E1級和E0級環(huán)保刨花板，我國大多數(shù)刨花板企業(yè)用濃度為37%的低濃度甲醛為原料制備環(huán)保脲醛樹脂膠黏劑，按照生產(chǎn)工藝要求需要把甲醛與尿素的摩爾比調(diào)整為0.98～1.05[1]，并且生產(chǎn)時需要真空脫水，使膠黏劑的固含量由不脫水前的50%～52%提高到60%～65%（行業(yè)平均要求，包含多層壓機(jī)線和連續(xù)壓機(jī)線，均質(zhì)刨花板生產(chǎn)線要求波動幅度小些，固含量在63%～65%），提高樹脂的濃度和黏度，減少拌膠后刨花的含水率，防止熱壓時爆板，提高壓機(jī)運(yùn)行效率。刨花板生產(chǎn)企業(yè)的制膠車間一般都要配備真空脫水系統(tǒng)[2]，真空脫水是膠黏劑制備的最后一道工序，脫水系統(tǒng)運(yùn)行效果直接影響膠黏劑的產(chǎn)量和質(zhì)量。

1 原真空脫水系統(tǒng)的主要問題

圖1 制膠車間原真空脫水系統(tǒng)示意圖Fig.1 The vacuum dehydration system schematic diagram of glue workshop before innovation

廣西國旭集團(tuán)高峰桂山分公司年產(chǎn)30萬 m3刨花板生產(chǎn)線制膠車間的真空脫水系統(tǒng)是為30 m3反應(yīng)釜配套的，主要設(shè)備包括冷凝器、冷凝水儲罐、真空緩沖罐、水環(huán)式真空泵、汽水分離器（如圖1所示）。該套設(shè)備設(shè)計(jì)使用濃度為37%的甲醛和工業(yè)級尿素為原料生產(chǎn)脲醛樹脂膠黏劑，在膠黏劑制備后期每噸膠需要脫水約200 kg，膠黏劑固含量才會達(dá)到生產(chǎn)均質(zhì)刨花板所要求的63%～65%，膠黏劑的質(zhì)量指標(biāo)如表1所示。

表1 改造前膠黏劑質(zhì)量指標(biāo)Tab.1 Adhesive quality indicators before innovation

真空脫水的工藝流程是：脲醛樹脂膠需要脫水時，將膠液調(diào)節(jié)到中性，密封反應(yīng)釜的加料孔，關(guān)閉冷凝器的回流閥，打開連向真空泵的閥門，開啟真空泵，真空泵產(chǎn)生的負(fù)壓使反應(yīng)釜內(nèi)膠液的沸點(diǎn)降為70 ℃左右，在較低的溫度下將反應(yīng)釜膠液里的水分脫出，以保證膠黏劑的固體含量符合生產(chǎn)要求[1]。如圖1所示，正常的脫水系統(tǒng)，一般每釜膠黏劑脫水時間不應(yīng)超過4 h，但試生產(chǎn)時公司制膠車間的脫水系統(tǒng)脫水效率遠(yuǎn)遠(yuǎn)達(dá)不到預(yù)期效果：試生產(chǎn)30 t膠黏劑時，脫除5.5 t水需要5～8 h，遠(yuǎn)未達(dá)到脫水時間不應(yīng)超過4 h的工藝要求。同時，該系統(tǒng)未設(shè)計(jì)反應(yīng)釜蒸汽管道冷凝水回收利用裝置，蒸汽管道產(chǎn)生的冷凝水如直接外排，將造成水資源的浪費(fèi)。通過排查發(fā)現(xiàn)，脫水速度慢的主要原因是冷凝器換熱面積太小，冷卻效率低，冷凝器冷卻效果不理想，降低了系統(tǒng)脫水效率[3]。實(shí)際生產(chǎn)時，開啟真空泵后反應(yīng)釜內(nèi)膠液在72～75 ℃沸騰，經(jīng)冷凝器冷卻的冷凝液流至冷凝水儲罐時溫度高達(dá)65 ℃以上，比正常溫度45 ℃度高了20 ℃左右,過高的冷凝液溫度使真空泵溫度遠(yuǎn)高于正常水平，真空泵發(fā)熱，溫度可高達(dá)60 ℃，溫度過高的真空泵在運(yùn)行時產(chǎn)生嚴(yán)重的氣蝕，泵的極限真空度急劇降低，反應(yīng)釜真空度只達(dá)0.068 MPa，導(dǎo)致脫水時間明顯延長。

2 脫水冷凝系統(tǒng)的技術(shù)改進(jìn)

針對制膠真空脫水系統(tǒng)脫水時間太長及反應(yīng)釜蒸汽管道冷凝水直接外排將造成水資源浪費(fèi)的狀況，筆者進(jìn)行了如下技術(shù)改進(jìn)：1）反應(yīng)釜脫水系統(tǒng)冷凝水儲罐加裝冷凝盤管；2）反應(yīng)釜蒸汽管道冷凝水回用改造。兩項(xiàng)改進(jìn)技術(shù)均取得了明顯的效果。

2.1 冷凝水儲罐的改進(jìn)

對于真空脫水系統(tǒng)冷凝器冷卻效果不理想、冷卻效率低的狀況，如直接多加裝一臺冷凝器或更換換熱面積較大的冷凝器將導(dǎo)致設(shè)備購置成本大大增加，同時新設(shè)備占地面積大、吊裝困難。權(quán)衡利弊后采用了在冷凝水儲罐內(nèi)加裝冷凝盤管，直接降低冷凝水溫度的方法。如圖2所示，在冷凝水儲罐內(nèi)，加裝冷凝盤管，通過冷凝盤管的換熱作用，冷卻從反應(yīng)釜抽出的蒸汽，并使冷凝水儲罐維持90%的儲水量，達(dá)到降低冷凝水溫度的目的。需要強(qiáng)調(diào)的是，上述的改進(jìn)，冷凝水儲罐對所抽蒸汽進(jìn)行冷卻，不僅是單純靠加裝的蛇形盤管冷卻，同時也依靠罐里所存有的水量進(jìn)行過濾冷卻，當(dāng)脫水結(jié)束后，蛇形盤管會繼續(xù)冷卻罐里所存有的過濾水，這樣即使蛇形管換熱效率較低，也能達(dá)到降低真空泵水環(huán)溫度的效果。

圖2 改造后制膠車間真空脫水系統(tǒng)示意圖Fig.2 The vacuum dehydration system schematic diagram of glue workshop after innovation

2.2 冷凝水回用改造

圖3 反應(yīng)釜蒸汽管道冷凝水回用改造示意圖Fig.3 Innovation schematic diagram of condensed water recycling of steam pipe in reaction kettle

針對反應(yīng)釜加熱盤管內(nèi)蒸汽冷凝水如直接外排將造成水資源浪費(fèi)的問題，加裝了體積為6 m3冷凝水箱，讓冷凝水流入冷凝水箱，并用高溫水泵打回?zé)崮芄ざ蔚能浰A水罐，使水資源得到有效利用。如圖3所示，改造后，反應(yīng)釜蒸汽管道冷凝水通過疏水器進(jìn)入冷凝水箱，冷凝水箱內(nèi)的水達(dá)到一定儲量后，開啟高溫循環(huán)泵把水抽到鍋爐車間的軟水儲罐進(jìn)行回收利用。蒸汽冷凝水回收系統(tǒng)為開放式系統(tǒng)，設(shè)有冷凝水箱通過排汽管與大氣直接相連，從而排放二次閃蒸汽，通過冷凝水箱緩沖過渡以減少二次閃蒸汽產(chǎn)生的氣蝕對泵的影響；減少溶氧對管路的腐蝕；水箱設(shè)有溢水管，可排放過多的冷凝水。

3 改造效果

1）改進(jìn)后，反應(yīng)釜真空度由原來的0.068 MPa提高到0.086 MPa，反應(yīng)釜真空泵泵體溫度由60 ℃降到40 ℃左右；在使用少量冷卻水補(bǔ)水的情況下，真空泵運(yùn)行效率顯著提高。在膠黏劑固體含量不變的情況下，脫水時間由5.5 h以上縮短為3.3 h，提高了脫水效率，從而增加了膠黏劑生產(chǎn)效率，降低了工人的勞動強(qiáng)度；同時，通過提高脫水效率，縮小了膠黏劑固化時間和黏度的波動幅度，提高了膠黏劑水溶性，延長了膠黏劑的儲存期,提高了膠黏劑質(zhì)量。改造后膠黏劑質(zhì)量指標(biāo)如表2所示。

表2 改造后膠黏劑質(zhì)量指標(biāo)Tab.2 Adhesive quality indicators after innovation

2）對反應(yīng)釜蒸汽管道冷凝水回收利用，既降低了水資源的浪費(fèi)，也提高了生產(chǎn)線熱能工段軟水處理工作效率，緩解了供熱壓力。

4 結(jié)語

1）采用在反應(yīng)釜脫水系統(tǒng)冷凝水儲罐內(nèi)加裝冷凝盤管的方法，降低了冷凝水的溫度和水環(huán)式真空泵的水環(huán)溫度，在使用少量冷卻水補(bǔ)水的條件下，提高了真空泵的運(yùn)行效率，減少了脫水時間。改造后，生產(chǎn)30 t膠黏劑脫水時間減少了2.2 h，節(jié)省水6 t，電160 kW·h，蒸汽3 t，節(jié)能降耗效果明顯。

2）反應(yīng)釜加熱盤管內(nèi)蒸汽冷凝水回用后，顯著減少水資源消耗，生產(chǎn)30 t膠黏劑可回收水3 t。不僅減少水資源浪費(fèi)，還緩解了熱能中心供熱不足的問題。

3）反應(yīng)釜脫水系統(tǒng)的冷凝水儲罐加裝冷凝管后，脫水時間顯著縮短，提高了膠黏劑質(zhì)量，減輕了工人的勞動強(qiáng)度，只需補(bǔ)充少量的冷卻水就可以使真空泵溫度冷卻到40 ℃以下，顯著提高了真空泵的運(yùn)行效率。

[1]李東光.脲醛樹脂膠黏劑[M].北京:化學(xué)工業(yè)出版社,2002:7.

[2]趙臨五,王春鵬.脲醛樹脂膠黏劑:制備配方分析與應(yīng)用[M].第2版.北京:化學(xué)工業(yè)出版社,2009:1.

[3]唐忠榮,劉欣,張士成.木材工業(yè)工廠設(shè)計(jì)[M].北京:中國林業(yè)出版社,2009:10.