PET裝置在線轉產中過渡時間與過渡料的控制

楊忠兵，曾文兵，李利軍

(中國昆侖工程公司，北京100037)

隨著市場對聚酯(PET)產品的需求變換，具有不同功能特性的PET產品市場價格變化趨勢和幅度并不相同，有時候差異很大，這給PET生產廠家轉產尋利提供了機會。對于PET裝置來說，轉產有兩種方式:一是先停產，清洗系統再轉產;二是在線轉產。前者成本高，需要的時間長，因操作水平的不同，會產生不定量的開停車料;后者不影響正常生產，但會產生一定量的過渡料。目前，多數大型連續裝置的轉產因需進行清洗而采用第一種方式。但第二種方式在線轉產不存在停產，產品切換時間短，對市場的反應更迅速，在線轉產所產生的過渡料的量不易估算。PET裝置的轉產主要通過添加劑的變化來實現產品切換。在PET裝置生產過程中，在線轉產有利于切換品種，增加生產靈活性和提高經濟效益。轉產有增加添加劑和取消添加劑的過程，而這其中轉產過渡時間和產生的過渡料量是其關鍵因素。

作者從理論角度探討在線轉產時的過渡時間以及過渡料產量的計算公式，并應用于實際生產。

1 轉產過渡時間的控制

1.1 增加添加劑的轉產過渡時間的計算

通常在大型PET裝置中，添加劑用量相對主物料流量而言很小，因此可假定添加時反應器的液位恒定，則反應器內物料體積(V0)恒定，進出料流量(F0)恒定。取轉產過程中時間微元分析，對添加劑質量衡算［1］有如下等式:

式中:F0為進反應器物料的流量;Fi為添加劑的流量;ρ0為反應器中物料的密度;V0為反應器中物料的體積;C0為進反應器物料的添加劑的濃度，無量綱;C為反應器中添加劑的濃度，無量綱;t為添加劑的添加時間。

考慮到大型PET裝置中Fi遠遠小于F0，即:

假定轉產前添加劑在反應器中濃度為C1，則積分邊界條件時間t=0時，C=C1，式(2)可積分整理為:

求解得增加添加劑的情況下物料中添加劑濃度C與轉產時間t間的關系式:

1.2 取消添加劑的轉產過渡時間的計算

通常在大型PET裝置中，添加劑用量相對主物料流量而言很小，因此，同增加添加劑一樣，取消添加劑過程中可假定添加時反應器的液位恒定，則V0，F0恒定。

取轉產時間微元分析，對添加劑質量衡算有如下等式:

假定轉產前添加劑在物料中濃度為C0，則積分邊界條件時間t=0時，C=C0，式(5)積分，化簡整理為:

求解得取消添加劑t與C的關系式:

1.3 實例分析

以國內某PET裝置大有關產品與半消光產品切換為例，裝置在線轉產生產能力為500 t/d，反應器有效容積為50 m3，物料密度為1 157 kg/m3，計算t。

1.3.1 大有光產品轉產半消光產品

該PET裝置大有光產品轉產半消光產品時，添加劑二氧化鈦(TiO2)流量為66.7 kg/h，大有光產品的TiO2高限邊界濃度其質量分數(wTiO2)為0，轉產合格半消光產品的TiO2低限邊界濃度wTiO2為0.3%。代入公式(4)可計算得t為7.68 h。

若調整大有光產品的 TiO2高限邊界濃度wTiO2為0.005%，轉產合格半消光產品的TiO2低限邊界濃度wTiO2為0.3%，則計算得t為7.65 h;若調整轉產合格半消光產品的TiO2低限邊界濃度wTiO2為0.25%，大有光產品初始添加劑濃度為0，則計算t為4.22 h。

由以上分析可知，在大有光產品轉產半消光產品時，大有光產品的TiO2高限邊界濃度wTiO2由0 變為0.005%，t僅由7.68 h 變為7.65 h，區別很小;而當轉產完成后的合格半消光產品的TiO2低限邊界濃度wTiO2由0.3%降為0.25%時，t則由 7.68 h 變為4.22 h，明顯t減少。

1.3.2 半消光產品轉產大有光產品

半消光產品轉產大有光產品時，半消光產品的TiO2低限邊界濃度wTiO2為0.3%，轉產合格大有光產品的TiO2高限邊界濃度wTiO2為0.005%，代入公式(7)可計算得t為11.34 h。

若調整半消光產品的 TiO2低限邊界濃度wTiO2為0.3%，轉產合格大有光產品的TiO2高限邊界濃度wTiO2為0，則計算得t為30.37 h;若調整半消光產品的 TiO2低限邊界濃度wTiO2為0.25%，轉產合格大有光產品的TiO2高限邊界濃度wTiO2為0.005%，則計算得t為10.86 h。

由以上數據可知，在半消光產品轉產大有光產品時，半消光產品的TiO2低限邊界濃度wTiO2由0.3%變為0.25%，t僅由11.34 h 變為 10.86 h，區別較小;而當轉產完成后的合格大有光產品的TiO2高限邊界濃度wTiO2由0.005%降為0，t則由11.34 h 增為30.37 h，t大大延長。

由以上分析可知，合格產品的添加劑邊界濃度對過渡時間的影響較大。PET裝置在由大有光轉產半消光產品時，適當降低合格半消光TiO2低限邊界濃度是縮短轉產時間的有效手段;而在由半消光轉產大有光產品時，適當提高合格大有光產品的TiO2高限邊界濃度能大大縮短轉產時間。

2 轉產過渡料的控制

在線轉產過程中，過渡料的產量影響企業的經濟效益，與轉產過渡時間和轉產產能有直接關系。結合前述轉產過渡時間的計算方法，可對產生最小過渡料的轉產方案進行分析并擇優選用。

2.1 增加添加劑的轉產最小過渡料

設過渡料產量為M，在線轉產產能恒定，進出料流量恒定，則由式(4)可得:

以某PET生產裝置為例，其工況為在線轉產產能為500 t/d，反應器中物料體積為50 m3，添加劑流量為 66.7 kg/h，物料密度為 1 157 kg/m3，物料中初始添加劑濃度為0，轉產結束物料中添加劑質量分數為0.30%，增加添加劑的轉產方案對比見表1。

表1 增加添加劑轉產的多方案對比Tab.1 Contrast of production transformation plans with additives

方案一是基礎方案，計算得轉產過渡時間為7.68 h，過渡料量為160.0 t;方案二是減小反應器中物料體積至30 m3。方案三是降低轉產產能至300 t/d;方案四是提高添加劑流量至133.3 kg/h。

從表1可看出，減小反應器中物料體積(表現為轉產時反應器液位保持在較低的位置)、降低轉產產能和提高添加劑流量均可以不同程度地縮短轉產過渡時間和減少過渡料的產生，從而降低轉產損耗，有效提升經濟效益。這也與式(8)中影響參數一致。方案五是同時降低轉產產能至300 t/d，減小反應器中物料體積至30 m3、提高添加劑流量至133.3 kg/h的轉產方案，轉產時間僅為0.92 h，過渡料產量僅為11.5 t，較方案一得到了很大程度的優化。

2.2 取消添加劑的轉產最小過渡料

設過渡料產量為M，在線轉產產能恒定，進出料流量恒定，則由式(7)可得:

以某PET生產裝置為例，取消添加劑的轉產方案對比見表2。

表2 取消添加劑轉產的多方案對比Tab.2 Contrast of production transformation plans with no additives

方案一是基礎方案，其工況是在線轉產產能為500 t/d，物料密度為1 157 kg/m3，反應器中物料體積為50 m3，物料中初始添加劑質量分數為0.32%，轉產結束物料中添加劑質量分數為0.005%，計算得轉產過渡時間為11.6 h，過渡料量為240.6 t;方案二僅減小反應器中物料體積至30 m3;方案三僅降低轉產產能至300 t/d，方案四同時降低轉產產能至300 t/d和減小反應器中的物料體積至30 m3。

從表2可看出，減小反應器中物料體積是有效縮短轉產過渡時間和減少過渡料產生的手段，而降低轉產產能僅可縮短轉產過渡時間而對過渡料產量沒有影響。這也與式(9)中的影響參數一致。方案二是在較高的轉產產能和較低的反應器中物料體積的情況下轉產，可得到較短的轉產時間和較小的過渡料產量。可以看出，該方案能較好地縮短轉產過渡時間，減少過渡料產量。

3 結論

a.PET裝置在線轉產過程中，在增加或取消添加劑時，控制過渡時間與過渡料是關鍵。

b.適當改變產品中添加劑濃度的邊界條件，過渡時間能夠較大程度地縮短。大有光產品在線轉產半消光產品，將合格半消光產品的TiO2低限邊界濃度wTiO2由0.3%降為0.25%，轉產時間則由7.68 h降至4.22 h，轉產時間縮短45%以上;半消光產品在線轉產大有光產品，將合格大有光產品的 TiO2高限邊界濃度wTiO2由0增為0.005%，轉產時間則由30.37 h 降至 11.34 h，轉產時間縮短近63%。

c.增加添加劑的情況下，降低反應器液位和轉產產能，或提高添加劑流量，能明顯縮短在線轉產過渡時間，減少轉產過渡料的產生;而在取消添加劑的情況下，降低反應器液位或提高轉產產能均可縮短轉產過渡時間，但只有降低反應器的液位才能減少過渡料的產生，提高轉產產能對過渡料的產生無影響。

［1］ 黃思才，劉國際.化學反應工程［M］.北京:化學工業出版社，1996:70－95.