PTA装置产品粒径控制

Voe.33 No.4
Jue.2020
第 33 卷第 4 期2020-07
聚酯工业Polyester Industry doi ：10.3969/j. imn. 1008-8261.2020. 04. 011
PTA 装置产品粒径控制
陈兴伟，王绪海,施远征
(中石化洛阳分公司，河南洛阳471012)
摘要:对影响洛阳石化PTA 产品粒径的各种原因如温度分布、停留时间、搅拌强度等进行分析,有针对性地提出并实施了一 系列相应对策，特别是第1结晶器搅拌器变频改造,在实际生产中应用后取得了良好的效果。

关键词:PTA ；粒径;变频改造中图分类号:TQ245.12
文献标识码：A
文章编号：1008-8261 (2020)04-0040-03
0 前言
洛阳石化精对苯二甲酸(PTA )装置采用BP- AM0C0专利技术，生产工艺原理为：以对二甲苯
(PX )为原料，乙酸为溶剂，在乙酸钻、乙酸锰和漠化
氢作用下通过空气氧化生成CTA ,然后在Pd/C 催 化剂作用下通过加氢精制去除杂质对羧基苯甲醛,
通过结晶、过滤、干燥得到精对苯二甲酸。

PTA 生产过程中,产品粒径大小和粒径分布是
一个非常重要的质量控制指标。

它影响到聚酯生产 中PTA 与乙二醇的混和性能，影响PET 生产中的反 应活性，也影响反应时间[I]O 因此，如何控制好
PTA 产品粒径分布，对于PTA 产品品质控制以及稳
定上下游生产，具有重要意义。

1结晶原理
结晶是一个很复杂的分离操作，它是多相、多组
分的传质传热过程，也涉及表面反应过程。

结晶过
程的推动力为溶液的过饱和度，溶质从溶液中结晶
出来，需要经历两个阶段，即晶核的形成(成核)和
晶体的成长。

成核的机理有3种:初级均相成核、初 级分均相成核和 2 次成核!
初级均相成核是指溶液在较高的过饱和度下自 发生成晶核的过程! 初级非均相成核则是在外来物
的诱导下生成晶核的过程，它可以在较低的过饱和
度下发生。

2次成核是含有晶体的溶液在晶体互相
碰撞或晶体与搅拌桨(或器壁)碰撞时所产生的微
小晶体的诱导下发生。

2次成核是绝大多数结晶器 工作时的主要成核机理!
晶核形成以后，溶质质点会在晶核上继续一层
层排列上去而形成晶粒，并且使晶粒不断增大，这就 是晶体的成长。

晶体成长传质过程主要有2步，第 1步是溶质从溶液主体向晶体表面扩散传递，它以
浓度差为推动力。

第2步是溶质在晶体表面上附着
并沿表面移动至合适的位置，按照几何规律构成晶 格,并放出结晶热[2]o 在不同的物理环境下，这2步
中的任何一步都可能是过程的控制步骤。

2影响PTA 产品粒径的因素
洛阳PTA 装置结晶采用5个串联搅拌式闪蒸
结晶器，通过降压蒸发使得溶液成为过饱和溶液，溶
质从过饱和溶液中成核析出，同时晶核不断生长而 形成较大的固体粒子! 新的粒子的形成以及粒子的
生长机理决定了粒子尺寸并在某种程度上决定粒度
分布。

PTA 产品品质指标如表1所示。

影响粒径分
布的因素主要有温度分布、停留时间以及搅拌强度 等。

表1精对苯二甲酸主要品质指标
Table 1 The main quality control indexes of PTA
项目 指标
对羧基苯甲醛• k/-1) )25对甲基苯甲酸(P T 酸)/(@/ • k/-1) )150酸值(以氢氧化钾计)/(mg • /-1 ) 675 ±2灼烧残渣/(
• k/"1 )
)6
总重金属/(mg • kg-1 ) )3
铁/( mg •kg-1)
)1
水分/%
)0.2250 "m 以上/%
)10粒度分布
45 "m 以下/%
)12
平均粒径/"m
110 -135
收稿日期：2020-04-19o
作者简介:陈兴伟(1974-,男，河南洛阳人，硕士，工程师,现从事PTA 管理工作
第4期陈兴伟，等:PTA装置产品粒径控制41
2.1温度分布
TA在水中的溶解度与温度的关系不完全是对
数关系的。

TA溶解度随着温度降低快速减少，以至
绝大部分TA在第1结晶器析出。

结晶器温度对TA
结晶数量的影响如图1所示，从图中可以看出，反应
器进料浓度为30%时，当第1结晶器温度为260
C,在第1结晶器中有65%的TA析出，而且随着
很小的温降浓度显著提高,剩下的TA大部分在第2
结晶器中析出。

第1结晶器和第2结晶器的温度在PTA晶体
尺寸的控制至关重要。

根据AMOC0公司提供的资
料，当第1结晶器温度低于235C时,PTA产品粒径
趋向一致，因为在此温度下,88%的TA已在第1结
晶器结晶,这样使得其他结晶器显得无关紧要，而且
由于更多晶核形成而晶粒生长很小，使得粒子的尺
寸很小。

随着第1结晶器温度升高,溶液过饱和度
下降，晶核的形成与晶粒的生长的比率向有利于后
者改变，粒子平均直径便会提高。

但此时第1、2结
晶器温差将增加，以致在第2结晶器有更多的晶核
形成，由于此时绝大部分TA已结晶，这些晶核在进
入下游结晶器后不可能会生长,这些微小颗粒就会
保留在产品中，形成较多的小粒径晶体。

因此，第
1、2结晶器温度需统筹考虑。

图1结晶器温度对TA结晶数量的影响(进料含量30%)
Fig.1The infuencc of crystallizer temperahirr
onthenumberofTA cryptaep
(30%feed concertrahon)
表2PTA结晶器操作温度、压力
Tabee2Theoperatnng temperatureandprepureof
PTA crypta eneerp
容器
温度/C 正常
压力gkPa温度
/C
最大
压力gkPa
BD60125441602634800 BD60222825602332840 BD60319914102041570 BD604167633173782 BD605152400
最后一个结晶器的温度极大程度上影响着产品的纯度。

第5结晶器的温度较高时，可以使我们得到所预期的较纯的产品，但由于受压力过滤机压力限制，第5结晶器温度一般控制在152C o同样的，第3结晶器和第4结晶器的温度也对杂质有影响，第3结晶器、第4结晶器、第5结晶器之间的温差过大会提高杂质的含量，因为此时PT酸很容易被吸附，而且很容易接近其溶解度极限。

综合各方面PTA各结晶器操作条件如表2所示。

2.2停留时间
停留时间可以通过改变结晶器液位和流速来改变。

第1结晶器停留时间变短，会使产品的粒子尺寸变小，因为没有足够的时间来生长。

但是对于相同的停留时间，其结果也因浆料浓度或空速是否变化而有所不同，由于PTA生产过程中TA进料浓度一般在保证安全溶解的情况下尽量高，以增大产量和降低能耗，因此不把浆料浓度当作调节粒径的手段。

由于大多数结晶发生在第1结晶器，因此对其液位的改变会对粒子尺寸有显著的影响,实际上，第1结晶器液位降低将会对粒子的尺寸产生惊人地影响，当BD601液位为30%时，将有18%-22%粒子通过44"m滤网，当液位增加至50%时，仅有14%的粒子通过。

在第2结晶器中，停留时间的改变会有不同的结果。

在生产中发现，液位的增加机会产生粒子尺寸的增加也会造成尺寸减少。

第1结晶器温度较低意味着绝大多数结晶在此生产而结晶器中结晶很少。

由于搅拌的磨损作用，第2结晶器液位的增加意味着磨损作用要大于生产作用。

第1结晶器温度升高，第2结晶器的结晶将有明显增加，此时较高的液位意味着结晶的程度胜过磨损程度。

在下游结晶器中，由于结晶规模很小，以至于在其中磨损占主要地位。

2.3搅拌强度
PTA5台结晶器搅拌器设计为定频，转速全部为45r/min o近些年来，由于PTA市场不景气，装置生产负荷偏低，为了PTA产品粒径控制，第1结晶器液位长时间控制在5%,第1结晶器搅拌器BA601故障率偏高。

42聚酯工业第33卷
表3第1结晶器搅拌器电机变频改造前后产品粒径变化
Fig.3The changes in product particle siee before and after frequency conversion of the frst crystallizer agitator 项目2017年（改造前）2017年（改造后）2018年2019年
250"m以上平均值/%
合格率/%
9.4
64.58
6.3
94.29
5.7
97.11
6.2
98.11
45"m以下平均值/% 6.6 5.7 4.9 4.3合格率/%97.2297.8698.3999.24
平均粒径平均值/"m126118120123合格率/%83.0684.2993.2594.32
2017年6月7日PTA装置经过论证，将第1结晶器搅拌器BA601电机增上变频器,根据负荷动态调整搅拌器转速。

从表3可以看出，变频器投用后PTA产品小粒径合格率略有改观，大粒径、平均粒径合格率分别由65%'83%提升至98%'94%，粒径控制明显好转,并且彻底消除BA601必需低液位运行瓶颈,BA601故障率显著降低。

表4PTA第1结晶器搅拌器变频器输入与转速、
电流对应关系
Fig.4The corespondence betweee the input of
the frst crystallizer agitator inverter
控制器输入频率搅拌转速线速度电流/%/Hz/(a min-1)/(m•s1)/A
1005045 3.9535
904544 3.8633.7
804040 3.5130.5
703534 2.9828.5
603030 2.6324.8
502528 2.4623.3
值得注意的是，林敏杰曾指出，随着第1结晶器搅拌器转速的下降,PTA的平均粒径会随之慢慢上升，但是到了30Hz以后变化不大⑶，换言之搅拌器主要起打碎作用。

这与实际生产情况不同,分析可能是对方搅拌器转速高（最高59r/min），磨损占主要作用,随着搅拌器搅拌强度降低，晶体颗粒变大,但我们搅拌器转速相对较低（表4）,主要起溶质从溶液主体向晶体表面扩散传递作用，当搅拌器转速降低时,溶质从溶液主体向晶体表面扩散传递变慢,晶体的成长受阻,相应晶体粒径变小。

3结语
影响PTA产品因素多方面的，各个因素又相互影响,针对不同的结晶过程，各因素影响结果又不尽相同。

通过结晶器温度分布、停留时间、搅拌器度等优化，特别是第1结晶器搅拌器BA60变频器改造,不仅消除BA601必需低液位运行瓶颈，而且丰富了PTA产品粒径控制手段,实现了PTA产品粒径精准控制。

参考文献：
[1]陆经纬，牟盛静，古勇，等.正交法在PTA生产中粒径控制上的
应用]J].聚酯工业,2002,15（1）%6.
[2]陈敏恒，丛德滋,方图南，等.化工原理•下册（第二版）[M].
北京:化学工业出版社,2000,261.
[3]林敏杰.PTA粒径增大方法的探讨[J].聚酯工业，1999,12
（4）:50.
The control of product particle siee in PTA plant
CHEN Xing-w/,WANG Xu-hai,SHI Yuan-zheng
(Sinopec Luoyang Petrochemical Co.Ltd.,Luoyang471012,China)
Abstract:The factore of aiecting product particle size in Luoyang PTA plant such as temperature distribution, resi-denca0^,aaitation intensity were analyzed.A seees of corresponding counWr—sues were put foeard to control pa/ic-e size of PTA.especialle the frequenco conversion of the first cmstallizey aaitator,Good results have achieved aOer application in the actual production.
Key words：PTA；pdmme size；ffqu—cy conversion。