PET装置在线转产中过渡时间与过渡料的控制

杨忠兵，曾文兵，李利军

(中国昆仑工程公司，北京100037)

随着市场对聚酯(PET)产品的需求变换，具有不同功能特性的PET产品市场价格变化趋势和幅度并不相同，有时候差异很大，这给PET生产厂家转产寻利提供了机会。对于PET装置来说，转产有两种方式:一是先停产，清洗系统再转产;二是在线转产。前者成本高，需要的时间长，因操作水平的不同，会产生不定量的开停车料;后者不影响正常生产，但会产生一定量的过渡料。目前，多数大型连续装置的转产因需进行清洗而采用第一种方式。但第二种方式在线转产不存在停产，产品切换时间短，对市场的反应更迅速，在线转产所产生的过渡料的量不易估算。PET装置的转产主要通过添加剂的变化来实现产品切换。在PET装置生产过程中，在线转产有利于切换品种，增加生产灵活性和提高经济效益。转产有增加添加剂和取消添加剂的过程，而这其中转产过渡时间和产生的过渡料量是其关键因素。

作者从理论角度探讨在线转产时的过渡时间以及过渡料产量的计算公式，并应用于实际生产。

1 转产过渡时间的控制

1.1 增加添加剂的转产过渡时间的计算

通常在大型PET装置中，添加剂用量相对主物料流量而言很小，因此可假定添加时反应器的液位恒定，则反应器内物料体积(V0)恒定，进出料流量(F0)恒定。取转产过程中时间微元分析，对添加剂质量衡算［1］有如下等式:

式中:F0为进反应器物料的流量;Fi为添加剂的流量;ρ0为反应器中物料的密度;V0为反应器中物料的体积;C0为进反应器物料的添加剂的浓度，无量纲;C为反应器中添加剂的浓度，无量纲;t为添加剂的添加时间。

考虑到大型PET装置中Fi远远小于F0，即:

假定转产前添加剂在反应器中浓度为C1，则积分边界条件时间t=0时，C=C1，式(2)可积分整理为:

求解得增加添加剂的情况下物料中添加剂浓度C与转产时间t间的关系式:

1.2 取消添加剂的转产过渡时间的计算

通常在大型PET装置中，添加剂用量相对主物料流量而言很小，因此，同增加添加剂一样，取消添加剂过程中可假定添加时反应器的液位恒定，则V0，F0恒定。

取转产时间微元分析，对添加剂质量衡算有如下等式:

假定转产前添加剂在物料中浓度为C0，则积分边界条件时间t=0时，C=C0，式(5)积分，化简整理为:

求解得取消添加剂t与C的关系式:

1.3 实例分析

以国内某PET装置大有关产品与半消光产品切换为例，装置在线转产生产能力为500 t/d，反应器有效容积为50 m3，物料密度为1 157 kg/m3，计算t。

1.3.1 大有光产品转产半消光产品

该PET装置大有光产品转产半消光产品时，添加剂二氧化钛(TiO2)流量为66.7 kg/h，大有光产品的TiO2高限边界浓度其质量分数(wTiO2)为0，转产合格半消光产品的TiO2低限边界浓度wTiO2为0.3%。代入公式(4)可计算得t为7.68 h。

若调整大有光产品的 TiO2高限边界浓度wTiO2为0.005%，转产合格半消光产品的TiO2低限边界浓度wTiO2为0.3%，则计算得t为7.65 h;若调整转产合格半消光产品的TiO2低限边界浓度wTiO2为0.25%，大有光产品初始添加剂浓度为0，则计算t为4.22 h。

由以上分析可知，在大有光产品转产半消光产品时，大有光产品的TiO2高限边界浓度wTiO2由0 变为0.005%，t仅由7.68 h 变为7.65 h，区别很小;而当转产完成后的合格半消光产品的TiO2低限边界浓度wTiO2由0.3%降为0.25%时，t则由 7.68 h 变为4.22 h，明显t减少。

1.3.2 半消光产品转产大有光产品

半消光产品转产大有光产品时，半消光产品的TiO2低限边界浓度wTiO2为0.3%，转产合格大有光产品的TiO2高限边界浓度wTiO2为0.005%，代入公式(7)可计算得t为11.34 h。

若调整半消光产品的 TiO2低限边界浓度wTiO2为0.3%，转产合格大有光产品的TiO2高限边界浓度wTiO2为0，则计算得t为30.37 h;若调整半消光产品的 TiO2低限边界浓度wTiO2为0.25%，转产合格大有光产品的TiO2高限边界浓度wTiO2为0.005%，则计算得t为10.86 h。

由以上数据可知，在半消光产品转产大有光产品时，半消光产品的TiO2低限边界浓度wTiO2由0.3%变为0.25%，t仅由11.34 h 变为 10.86 h，区别较小;而当转产完成后的合格大有光产品的TiO2高限边界浓度wTiO2由0.005%降为0，t则由11.34 h 增为30.37 h，t大大延长。

由以上分析可知，合格产品的添加剂边界浓度对过渡时间的影响较大。PET装置在由大有光转产半消光产品时，适当降低合格半消光TiO2低限边界浓度是缩短转产时间的有效手段;而在由半消光转产大有光产品时，适当提高合格大有光产品的TiO2高限边界浓度能大大缩短转产时间。

2 转产过渡料的控制

在线转产过程中，过渡料的产量影响企业的经济效益，与转产过渡时间和转产产能有直接关系。结合前述转产过渡时间的计算方法，可对产生最小过渡料的转产方案进行分析并择优选用。

2.1 增加添加剂的转产最小过渡料

设过渡料产量为M，在线转产产能恒定，进出料流量恒定，则由式(4)可得:

以某PET生产装置为例，其工况为在线转产产能为500 t/d，反应器中物料体积为50 m3，添加剂流量为 66.7 kg/h，物料密度为 1 157 kg/m3，物料中初始添加剂浓度为0，转产结束物料中添加剂质量分数为0.30%，增加添加剂的转产方案对比见表1。

表1 增加添加剂转产的多方案对比Tab.1 Contrast of production transformation plans with additives

方案一是基础方案，计算得转产过渡时间为7.68 h，过渡料量为160.0 t;方案二是减小反应器中物料体积至30 m3。方案三是降低转产产能至300 t/d;方案四是提高添加剂流量至133.3 kg/h。

从表1可看出，减小反应器中物料体积(表现为转产时反应器液位保持在较低的位置)、降低转产产能和提高添加剂流量均可以不同程度地缩短转产过渡时间和减少过渡料的产生，从而降低转产损耗，有效提升经济效益。这也与式(8)中影响参数一致。方案五是同时降低转产产能至300 t/d，减小反应器中物料体积至30 m3、提高添加剂流量至133.3 kg/h的转产方案，转产时间仅为0.92 h，过渡料产量仅为11.5 t，较方案一得到了很大程度的优化。

2.2 取消添加剂的转产最小过渡料

设过渡料产量为M，在线转产产能恒定，进出料流量恒定，则由式(7)可得:

以某PET生产装置为例，取消添加剂的转产方案对比见表2。

表2 取消添加剂转产的多方案对比Tab.2 Contrast of production transformation plans with no additives

方案一是基础方案，其工况是在线转产产能为500 t/d，物料密度为1 157 kg/m3，反应器中物料体积为50 m3，物料中初始添加剂质量分数为0.32%，转产结束物料中添加剂质量分数为0.005%，计算得转产过渡时间为11.6 h，过渡料量为240.6 t;方案二仅减小反应器中物料体积至30 m3;方案三仅降低转产产能至300 t/d，方案四同时降低转产产能至300 t/d和减小反应器中的物料体积至30 m3。

从表2可看出，减小反应器中物料体积是有效缩短转产过渡时间和减少过渡料产生的手段，而降低转产产能仅可缩短转产过渡时间而对过渡料产量没有影响。这也与式(9)中的影响参数一致。方案二是在较高的转产产能和较低的反应器中物料体积的情况下转产，可得到较短的转产时间和较小的过渡料产量。可以看出，该方案能较好地缩短转产过渡时间，减少过渡料产量。

3 结论

a.PET装置在线转产过程中，在增加或取消添加剂时，控制过渡时间与过渡料是关键。

b.适当改变产品中添加剂浓度的边界条件，过渡时间能够较大程度地缩短。大有光产品在线转产半消光产品，将合格半消光产品的TiO2低限边界浓度wTiO2由0.3%降为0.25%，转产时间则由7.68 h降至4.22 h，转产时间缩短45%以上;半消光产品在线转产大有光产品，将合格大有光产品的 TiO2高限边界浓度wTiO2由0增为0.005%，转产时间则由30.37 h 降至 11.34 h，转产时间缩短近63%。

c.增加添加剂的情况下，降低反应器液位和转产产能，或提高添加剂流量，能明显缩短在线转产过渡时间，减少转产过渡料的产生;而在取消添加剂的情况下，降低反应器液位或提高转产产能均可缩短转产过渡时间，但只有降低反应器的液位才能减少过渡料的产生，提高转产产能对过渡料的产生无影响。

［1］ 黄思才，刘国际.化学反应工程［M］.北京:化学工业出版社，1996:70－95.