摘要:根據(jù)已有裝置的實(shí)際運(yùn)行情況，通過(guò)理論論證單臺(tái)切粒機(jī)產(chǎn)量和對(duì)應(yīng)的熔體過(guò)濾器后管線壓力的比例關(guān)系，提出了PET裝置中使用單筒式熔體過(guò)濾器時(shí)切粒機(jī)的在線自控方案，提高了裝置的自動(dòng)化程度，優(yōu)化了生產(chǎn)工藝，提高了產(chǎn)品品質(zhì)，降低了勞動(dòng)強(qiáng)度。關(guān)鍵詞:PET;切粒;單筒式熔體過(guò)濾器中圖分類號(hào):TQ323．41;TQ051．93文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼:B文章編號(hào):1008-8261(2012)01-0056-03
0前言我公司新建的20萬(wàn)tPET生產(chǎn)線采用的是四釜流程的生產(chǎn)工藝。在PET裝置中，以前在終聚熔體過(guò)濾器的選擇上大部分采用的是在線雙聯(lián)式熔體過(guò)濾器，此類型過(guò)濾器在切換清洗時(shí)排氣較困難，容易引起鑄帶頭處壓力波動(dòng)。因此，在設(shè)計(jì)時(shí)要求采用單筒式熔體過(guò)濾器。
但單筒式熔體過(guò)濾器在使用一段時(shí)間后，會(huì)要求停對(duì)應(yīng)的切粒機(jī)，更換熔體過(guò)濾器。由于以前國(guó)內(nèi)PET裝置切粒機(jī)的線速度控制基本采用的是現(xiàn)場(chǎng)手動(dòng)控制模式，導(dǎo)致在切粒機(jī)故障或更換熔體過(guò)濾器時(shí)切片的單粒質(zhì)量不容易控制，影響了產(chǎn)品的品質(zhì)穩(wěn)定。
通過(guò)對(duì)PET熔體性質(zhì)和熔體管線的研究，結(jié)合其他裝置切粒機(jī)的線速度的控制模式，經(jīng)過(guò)研究，提出了單筒式熔體過(guò)濾器切粒機(jī)的在線自動(dòng)控制方案。
1熔體過(guò)濾器后管道壓力和流量的關(guān)系我公司新建的PET裝置，終聚釜的熔體經(jīng)過(guò)瑪格泵輸送后，通過(guò)電動(dòng)六通閥18M03，再經(jīng)過(guò)5臺(tái)單獨(dú)的熔體過(guò)濾器，分別送到5臺(tái)切粒機(jī)切粒，流程見(jiàn)圖1。
在產(chǎn)量不變時(shí)，PET熔體在管道中的流動(dòng)可以看作是定態(tài)流動(dòng)。根據(jù)柏努利方程，以1號(hào)熔體過(guò)濾器18F01A后的管作為計(jì)算對(duì)象，假設(shè)PI18029處對(duì)應(yīng)的截面設(shè)為截面1，19CU01A的鑄帶頭出口處設(shè)為截面2，由此列出此兩截面間的柏努利方程［1］。
式中:Z1，Z2為截面1和截面2處的標(biāo)高離基準(zhǔn)水平面的高度;U1，U2為截面1和截面2處的熔體流速;ρ為熔體的密度;p1，p2為截面1和截面2處的熔體管線的壓力;We1為外力對(duì)截面1處熔體所作的功;∑hf1為熔體在截面1和截面2之間的阻力損失。（參考）
由于此兩截面處熔體管線的管徑和流量相等，則U1=U2，同時(shí)由于此兩截面間沒(méi)有外力，則We1可忽略，而在鑄帶頭出口處的壓力p2視為常壓，為0(p1，p2均用表壓表示)，則由(1)式推導(dǎo)得下面的方程式:p1/ρ=g(Z2－Z1)+∑hf1。(2)同理:在2號(hào)熔體過(guò)濾器18F01B的熔體管線上，假設(shè)PI18031處對(duì)應(yīng)的截面設(shè)為截面3，19CU01B的鑄帶頭出口處設(shè)為截面4，由此列出2號(hào)熔體過(guò)濾器兩截面3和4間的柏努利方程式［1］:
式中:Z3，Z4為截面3和截面4處的標(biāo)高離基準(zhǔn)水平面的高度;U3，U4為截面3和截面4處的熔體流速;ρ為熔體的密度;p3，p4為截面3和截面4處的熔體管線的壓力;We3為外力對(duì)截面3處熔體所作的功;∑hf3為熔體在截面3和截面4之間的阻力損失。同理:由(3)式推導(dǎo)可得:p3/ρ=g(Z4－Z3)+∑hf3。(4)則由(2)和(4)式推導(dǎo)可得:p1/p3=〔g(Z2－Z1)+∑hf1〕/〔g(Z4－Z3)+∑hf3〕。(5)由于Z1，Z2，Z3和Z4在設(shè)計(jì)時(shí)要求標(biāo)高一樣，因此Z2=Z1，Z4=Z3，則由(5)式推導(dǎo)得:p1/p3=∑hf1/∑hf3。(6)對(duì)于熔體流經(jīng)直徑不變的管時(shí)，管的總能量損失為［1］:
式中:∑hf管系統(tǒng)中的總能量損失/(Jkg－1);λ為管的摩擦因數(shù);L為管系統(tǒng)各段直管的總長(zhǎng)度/m;∑le為管系統(tǒng)管件的當(dāng)量長(zhǎng)度/m;d為熔體管線內(nèi)管的直徑/m;U為熔體流經(jīng)管的流速/(ms－1);由于在設(shè)計(jì)時(shí)，將熔體管線過(guò)濾器后壓力表到鑄帶頭之間的直管長(zhǎng)度L和當(dāng)量長(zhǎng)度∑le以及熔體管線的內(nèi)管直徑設(shè)計(jì)成完全一樣，則由(7)式推導(dǎo)得:
由于PET熔體在管道中的流動(dòng)屬于滯流流動(dòng)，則λ=64/Re［1］，又由于熔體的密度ρ，熔體管直徑d和熔體黏度均相同，則由(8)式推導(dǎo)得:(∑hf1)/(∑hf3)=U1/U3。(9)由(6)和(9)式推導(dǎo)得:p1/p3=U1/U3;由于熔體管道管徑相同，則p1/(p3)=U1/U3=Q1/Q3。(10)所以在一定的設(shè)計(jì)條件下，熔體過(guò)濾器后各管線的壓力和各熔體過(guò)濾器對(duì)應(yīng)的熔體流量在一定的設(shè)計(jì)條件下成正比關(guān)系。
2單筒式熔體過(guò)濾器切粒機(jī)線速度的自控應(yīng)用根據(jù)公式(10)得出的結(jié)論是熔體過(guò)濾器后熔體壓力與流量成正比關(guān)系。根據(jù)我公司的實(shí)際情況，提出了單臺(tái)切粒機(jī)的線速度的自控應(yīng)用。
以3號(hào)切粒機(jī)為例。假設(shè)目前PET裝置的產(chǎn)量為FQ18010=550t/d，要求的切片長(zhǎng)度為3mm，則組態(tài)如下:總?cè)垠w壓力TOT-PR=PI18029+PI18031+PI18033+PI18035+PI18037=2．1MPa;而此時(shí)3號(hào)切粒機(jī)的熔體過(guò)濾器后壓力PI18033=0．346MPa。
則由此推導(dǎo)出3號(hào)切粒機(jī)熔體的流量FI19307為:FI19307=FQ18010．CPV×1000×PI18033．CPV/TOT-PR．CPV/24=3776kg/h;假設(shè)粒子長(zhǎng)度為3mm，質(zhì)量為16．5mg，鑄帶板的孔數(shù)為120，則3號(hào)切粒機(jī)線速度的理論值為:CPV=FI19307．CPV×0．003×1000/(120×60×BD19．DT05/1000)=3776×0．003×1000/(120×60×16．5/1000)=95m/min。
其他幾臺(tái)切粒機(jī)的線速度也按此公式組態(tài)計(jì)算，將計(jì)算好的線速度通過(guò)通訊信號(hào)傳遞給切粒機(jī)，要求切粒機(jī)按此線速度切粒，同時(shí)切粒機(jī)的實(shí)際線速度也通過(guò)通訊傳遞給DCS，實(shí)現(xiàn)切粒機(jī)和DCS之間的閉環(huán)控制。
3結(jié)論(1)PET熔體管道按照一定要求設(shè)計(jì)，單臺(tái)熔體過(guò)濾器后的壓力和對(duì)應(yīng)切粒機(jī)的產(chǎn)量成正比關(guān)系。(2)單臺(tái)切粒機(jī)的線速度和產(chǎn)量成正比關(guān)系。(3）在單臺(tái)切粒機(jī)故障檢修或更換熔體過(guò)濾器時(shí)，可通過(guò)調(diào)節(jié)熔體六通閥的開(kāi)度調(diào)節(jié)單臺(tái)切粒機(jī)的產(chǎn)量，而切粒機(jī)的線速度會(huì)相應(yīng)變化，從而PET粒子的形狀不發(fā)生變化，了產(chǎn)品的品質(zhì)。參考文獻(xiàn):［1］姚玉英，陳長(zhǎng)貴，柴誠(chéng)敬.化工原理［M］.天津:出版社，1999.
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