聚酯装置酯化反应器330t_d负荷热能力和传质能力核算

1、研究论文聚酯装置酯化反应器330t/d 负荷热能力和传质能力核算刘平(仪征化纤股份有限公司物资装备部,江苏仪征211900摘要:通过对增容后的第一酯化反应器R01和第二酯化反应器R02的热负荷能力进行核算,并对其传质情况进行了简单探讨,证明原装置完全可以达到330t/d 的产能。关键词:酯化反应器;热负荷;传热;传质;搅拌器中图分类号:T Q320.5文献标识码:A 文章编号:10062334X (2002022*仪化公司聚酯装置原引进德国吉玛技术,产能设计为200t/d 。为了挖掘装置潜能,降低生产成本,拟通过对工艺参数的调整和设备改造,将负荷升到330t/d 。我们对R01和R02分别进行

2、了330t/d 负荷下的热负荷能力和传质情况的核算和分析,认为改造后的设备具备了330t/d 的运行能力。1酯化反应器的热负荷能力第一酯化反应器R01是聚酯生产的起点,它的能力对装置负荷尤其重要。其反应的重要特点之一是需要大量的热能,才能保证酯化要求,设备改造后的换热面积为420m 2。111R 01物料衡算R01物料衡算见图1所示 。图1R 01物料衡算图(1计算330t/d 负荷下R01的物料量(PT A 熔体消耗为863kg/t :进料PT A :330/24×1000×01863=11866125kg/h EG:7114×62107×11137=

3、5045kg/h 回流EG:2350kg/h回流EG 中含水:2350×2%=50kg/h 反应生成的水量,计算得出为2313136kg/h 上升水蒸汽量:2313136+50=2363136kg/h 蒸发EG 量:2350+231313×015%=2360kg/h(2相关物性数据见表1表4。表1溶解热k J/kg名称数据PT A 257BHET146154表2汽化潜热k J/kg名称温度/数据H 2O26016321462661620155EG260747128266740122表3反应热k J/m ol物料温度/数据酯化物26232189酯化物26632143缩聚物26

4、6-8136112R 01热量衡算设定反应温度262,进口浆料温度25,EG第17卷第2期2002年6月合成技术及应用SY NTHETIC TECH NO LOGY AND APP LIC ATI ON V ol 117N o 12Jun.2002收稿日期:2001-08;修回日期:2001-09-03。作者简介:刘平(1972-,工程师,毕业于华东理工大学,现从事聚酯生产和管理工作。和H2O从C01工艺塔回流的温度为180,蒸发温度为釜温262。表4各物质焓值k J/kg温度/EG PT A BHET PET H2O 25913141496115127/104163 180433192/67

5、7169 262710376189612144409141106213 266721186378117616173473128116416R01中共有6股热流:1.物料升温(25262,介质为PT A和EG:Q1=71954×106k J/h2.反应热(262:Q2=酯化+缩聚=21114×106-4124×5=11694×106k J/h3.蒸发吸热(262,介质为EG和H2O:Q3=EG蒸发热+H2O蒸发热=11765×106+31858×106=51423×106k J/h4.回流升温(180262,介质为EG与H2O

6、:Q4=EG升温吸热+H2O升温吸热=614876×105+011932×105=6168×105k J/h5.溶解热(酯化率为90%,介质为酯化物:Q5=3105×105k J/h6.搅拌热:(取搅拌器功率为30kW,40%转化为热量Q8=-01432×105k J/hQ总=Q1+Q2+Q3+Q4+Q5+Q6=1411372×106k J/h113求取R01对数温差进口热媒温度305,出口热媒温度285,釜内物料温度262,R01对数温差为1:TM =305-285ln(305-262(285-262=32已知R01反应釜传热系数K

7、为1300k J/hm2。计算所需传热面积1:A=Q/K×T M=1411372×106/(1300×32=340m2而设计的传热面积为420m2,高于340m2,说明装置有足够传热能力。114R02物料衡算原第一酯化反应器改造使用为第二酯化反应器R02,使得其操作工况与原来有很大不同,主要表现为所需提供的热量大大降低,所以其换热面积余量较大,可以通过调整工艺参数来满足升负荷,不会对装置增容造成制约。设备改造后的换热面积为320 m2。R02出口酯化率为97%,聚合度80%计算。由R01进入R02的物料中有:尚未反应的物料:PT A为1186124kg/h,EG

8、为1009kg/h;反应生成的聚合物总量为1634216kg/h,其中,BHET为1160218kg/h,PET为473914kg/h;C01工艺塔回流液中:EG为600kg/h,H2O 为12kg/h。可计算出:R02中生成的水量18012kg/h;R02反应釜内上升水蒸汽量19212kg/h;蒸发EG量等于回流EG量加上塔顶废水中的EG量60019kg/h。115R02热量衡算设定反应温度266,进口物料温度262,EG 和H2O从C01工艺塔回流,回流温度为180,蒸发温度为釜温266。R02中共有6股热流:1.物料升温(262266,介质为BHET,PET,PT A和EG:Q1=811

9、6×104k J/h2.反应热(266:Q2=酯化+缩聚=1162×105-5137×104=10183×104k J/h3.蒸发吸热(266,介质为EG与H2O:Q3=EG蒸发热+H2O蒸发热=4144×105+31115×105=71559×105k J/h4.回流升温(180266,介质为EG与H2O:Q4=EG升温吸热+H2O升温吸热=117275×105+015835×104=2131×105k J/h5.溶解热(酯化率97%,介质为酯化物:Q5=01915×105k J/h

10、6.搅拌热:(取搅拌器功率27kW,40%转化为热量Q8=(-014×27×3600=-31888×104k J/hQ总=Q1+Q2+Q3+Q4+Q5+Q6=12118×105k J/h116求取R02对数温差进口热媒温度305,出口热媒温度285,釜内物料温度266,R02的对数温差为1:71第2期刘平.聚酯装置酯化反应器330t/d负荷热能力和传质能力核算TM =305-285ln(305-266/(285-266=3218已知R02反应釜传热系数K为1250k J/hm2。所需传热面积:A=Q/K×T M=12118×105/(

11、1250×32=30m2而设计的传热面积为320m2,高于30m2,说明装置有足够传热能力。2酯化反应器的传质问题讨论在反应工程中,反应器为满足优化操作条件时应尽量达到或接进于两种理想流动模型:平推流和全混流。对于吉玛的酯化反应器R01、R02而言,改造后的反应器基本可以认为是一个全混釜。由于酯化反应大量吸热,虽然有了足够的传热面积,但其传热方式也是一个重要的因素。搅拌器的选型如桨叶型式,直径及转速决定了流体的基本特征2。211R01搅拌器一般认为酯化86%时达到清晰点,液相基本呈均相,极少有颗粒物料存在,因而对剪切颗粒要求不突出,采用单一轴流桨即可以保证传热要求。桨叶的循环流动是比

12、较釜内流动状况要求与传热流动状况而定,而为了满足传热,则要有强烈的湍动,需要雷诺数Re大于4×109,所以以轴流桨首选。21111桨型选择作为R01的搅拌器桨叶作用有:1.保证釜内流体的充分混和;2.加强循环流动,促进列管内传热;3.适当剪切,促进浆料分散。我们选择了80年代有代表性的高效节能型的翼型轴流桨,它是基于机翼理论设计的,具有如下优点:1.压头较高;2.循环量大;3.阻力脱流能力较强;4.操作效率较高;5.速度分布均匀。21112计算搅拌功率实际功率计算1:P=Np×p×n3×d5=26132kw式中,桨叶直径d=1500mm;物料密度=1 1

13、66kg/m3;物料粘度=5×10-6Pas;功率准数Np =0164;搅拌转数n=110r/min。对于R01搅拌器,考虑机械效率0175,其电机额定功率45kw,则实际可用的功率为33175kw。可看出实际可用功率大大高于实际功率,可见其搅拌器完全可以达到生产负荷要求。21113传质分析计算雷诺数Re1:Re=nd2/=9×105按照化学反应工程理论,在雷诺数Re>105的情况下,可以认为反应釜内已经达到了全混状态,达到化学反应传质要求。212R02搅拌器增容后的R02搅拌器是由原来R01改造的,其操作工况已经有了很大不同,为适应330t/d负荷的要求,对其搅拌器

14、进行了改造,在不降低原转速的条件下,将原来的下叶轮取消,而原来的搅拌器,由于搅拌轴较长,没有下轴承,震动问题比较突出,所以增加了下轴承3。3结论a计算可知R01与R02的所需热量足够,满足装置330t/d负荷的生产要求,说明该设计留有足够的余量。bR01的搅拌器选型与参数设定合适,达到了传质要求。R02的搅拌器改造符合增容要求。参考文献1陈敏恒,方图南,从德滋.化工原理M.北京:化学工业出版社, 19862陈敏恒,谢声礼.化学反应工程基本原理M.上海:华东化工学院出版社,19913应俊信.酯化反应器搅拌器的分析J.聚酯工业,2000,13(3:9 12Calculation about the

15、rmal load and matter transmissionof prolyester unit esterification reactor under condition of330t/d loadLIU Ping(Yizheng Chemical Fiber Group Company,Materials and EquipmentSupply Department,Yizheng211900,ChinaAbstract:The thermal load and matter tranmission of esterification reactor of R01and R02were discussed and calculated.The co