新型国产化搅拌桨在PTA反应器中的应用

为了配合中国石化集团公司精对苯二甲酸装置设备国产化工作，北京燕山分公司聚酯事业部承担了国产化氧化反应搅拌器的试用工作，以获得相关试验数据并检验实际应用效果。在生产过程中发现，反应器底部温度在开车后几天内下降很快，判断是被物料所覆盖，搅拌效果差，反应器底部有“死区”。同时，搅拌效果差也必将影响反应的传质与传热，影响反应效率，因此改进搅拌形式是该装置工艺的需要。１搅拌器简介３．６万ｔ／ａ对二甲苯（ｐＸ）氧化反应器是我国最早从Ａｍｏｃｏ公司引进的。其搅拌器的特点是：采用双层搅拌桨搅拌，有别于ＩＣＩ公司的四层桨搅拌反应器、三井公司的鼓泡塔反应器。搅拌桨型式为：底层为四叶斜４５°的斜叶桨、上层为六平叶圆盘透平桨，搅拌有中间轴承和底轴承，材质为钛材，反应器内有折流板，搅拌方式为上提式。国产化新搅拌桨的改进部位是下搅拌桨。新的下搅拌桨桨叶属新型高效水翼型桨。其设计采用飞机机翼理论，具有机翼剖面的六叶桨，材质为钛材。其它条件与原引进一致。２停留时间测定停留时间测量可分为脉冲法、阶跃法和周期法３种［１］。在此采用的方法是脉冲法，即在极短时间内在系统中加入一定量的示踪剂，在反应器出口检测示踪物浓度的变化，由此来计算停留时间。在实验中，选用消防水作溶剂，醋酸钠作示踪剂，用测定反应器出口的电导率来测定其浓度变化。考虑到消防水的电导率较高，实验之前对醋酸钠的加入量进行了标定。
实验期间，反应器液位控制在反应器高度的
１０％，流量选用１４．４ｍ３／ｈ、１６．４ｍ３／ｈ和１８．３
ｍ
３
／ｈ，分别相当于正常生产负荷的６５％、８０％

和

１１０％
。考虑到现场实际，示踪剂从反应器上部手

孔加入
，采用ＤＤＳ－１１Ａ型电导仪测量电导率，并

远传到控制室记录仪记下电导率变化［２］。
３
结果与分析

３．１
停留时间测定

由表
１
可知，无论采用新桨或旧桨，从加料开

始计时起，均在很短的时间内检测到示踪剂，且用
新桨时信号达到最大值时所用的时间较短。

３．２
停留时间结果计算

对不同流型的停留时间分布规律可以采用随
机函数的特征值来表示
，其中最重要的数字特征

值为“数学期望”和“方差”［３］。
数学期望（平均停留时间）是指流过反应器

新型国产化搅拌桨在ＰＴＡ反应器中的应用
李志刚
（中国石油化工股份有限公司北京燕山分公司聚酯事业部，北京１０２５０３）

摘要：通过测定精对苯二甲酸装置对二甲苯氧化反应器新旧两种搅拌桨在不同进料状态下的液相停留时间分
布
，并结合生产的实际应用，对两种搅拌桨的搅拌效果进行比较。
关键词
：搅拌反应釜；搅拌器；搅拌；效果；停留时间；技术革新

文章编号：１６７３－９６４７（２００７）６－００３５－０２中图分类号：ＴＱ０５１．７文献标识码：
Ａ

收稿日期：
２００７－０４－２９
作者简介：李志刚（１９６７－），男，山西省人，高级工程师，工商
管理硕士，多年从事化工生产技术管理工作。

表１采用新旧桨在不同流量时示踪信号达最大值所需时间
所用搅拌与流量
／（ｍ３・ｈ
－１
）信号达最大所用时间

／ｓ

原搅拌
１４．４９０
１６．２６８
１８．３５５
新搅拌
１４．４
１６．４
１８．３

６７
５３
３６

注：示踪剂由反应器上部加入，示踪剂浓度在出口检测。

第２５卷第６期
２００７年６
月

化学工业
ＣＨＥＭＩＣＡＬＩＮＤＵＳＴＲＹ

大型装置分析
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２００７年第２５
卷

化学工业
ＣＨＥＭＩＣＡＬＩＮＤＵＳＴＲＹ

所有流体微元的停留时间的平均值，也就是停留时间的分布中心，其公式如下：ｔ＝∫∞０ｔＥ（ｔ）ｄｔ∫∞０Ｅ（ｔ）ｄｔ＝∫∞０ｔＥ（ｔ）ｄｔ（１）方差是指对于平均值的二次矩，表示停留时间对均值的离散程度，因此方差愈大，则停留时间分布愈宽，即停留时间长短不一，参差不齐的程度愈大，其公式如下：σ２ｔ＝∫∞０（ｔ－ｔ"）２Ｅ（ｔ）ｄｔ∫∞０Ｅ（ｔ）ｄｔ＝∫∞０ｔ２Ｅ（ｔ）ｄｔ－ｔ２（２）大多数单釜搅拌反应器并不是单个全混流反应器，实际过程中，可以用一个以上的全混流反应器来模拟，获得多釜模型参数Ｎ。模型参数Ｎ的求取方法是测定反应器的停留时间分布，根据停留时间分布得到的方差σ２ｔ和平均停留时间Ｔｍ，可求得无因次方差σ２θ，对活塞流，σ２θ＝０，对全混流，σ２θ＝１。σ２θ＝σ２ｔ／（Ｔｍ）２，Ｎ＝１／（σ２θ）（３）根据上述公式，将实验所得数据进行计算，其结果如表２所示。从表２的结果看，采用新桨或原桨，反应釜
都可看作全混釜。但新桨的Ｎ较采用旧桨的较小，
表明此时反应釜更趋向于全混釜，混合更好；但
采用新桨后
，停留时间对均值的离散度增加了，

这对一些反应是不利的。
３．３
实际应用效果比较

在实际应用中
，在相同的生产负荷下，新旧

搅拌桨的搅拌电流基本一致，在１１０Ａ左右，但从
反应器底部温度变化情况可看出在两种搅拌器搅
拌情况下的差别
，如图１。

从图１可以看出，采作新搅拌桨后，反应器
底部测点温度变化大大趋缓，表明底部“死区”
现象已减轻，搅拌作用已增强。
４
结论

（１）采用新型搅拌桨后，反应釜可看作全混釜。
（２）与原搅拌桨相比，新桨的搅拌强度更大。
（３）新桨较原桨的离散程度大。
（４）实际应用表明，新桨使反应器底部“死
区”减小。

参考文献
：
［１］李绍芬．反应工程［Ｍ］．北京：高等教育出版社，
１９９２．
［２］朱良．石化技术，２００１，８（３）：１５３—
１５６．
［３］朱丙辰．化学反应工程［Ｍ］．北京：化学工业出版社，
１９９４．

表２两种搅拌下停留时间分布数据处理结果
所用搅拌桨流量／（ｍ３・
ｈ
－１
）

ｔσ２θＮ

原桨
１４．４９１．７０．５９９１．６７１６．２６９．８０．６１１１．６３１８．３５９．５０．５７６１．７４新桨１４．４８６０．６６７１．４８１６．４８５０．６６９１．４５１８．３７７０．７１０１．４３σ２ｔ５０３８
２９７７
２０４０

４９５２
５２１１
４１５６

注：液位均在反应器高１０％。

图１两种搅拌桨应用对比

ＴｈｅＡｐｐｌｉｃａｔｉｏｎｏｆａＮｅｗｌｙ－ｈｏｍｅｍａｄｅＢｌａｄｅｉｎＰＴＡＲｅａｃｔｏｒ
ＬＩＺｈｉ－ｇａｎｇ
（ＰｏｌｙｅｓｔｅｒＤｉｖｉｓｉｏｎ，ＢｅｉｊｉｎｇＹａｎｓｈａｎＰｅｔｒｏｃｈｅｍｉｃａｌＣｏ．，Ｌｔｄ．Ｂｅｉｊｉｎｇ１０２５０３，Ｃｈｉｎａ）

Ａｂｓｔｒａｃｔ
：
Ｂｙｍｅｔｅｒｅｄｔｈｅｒｅｓｉｄｅｎｃｅｄｕｒａｔｉｏｎｄｉｓｔｒｉｂｕｔｉｏｎｏｆｔｈｅｌｉｑｕｉｄｐｈａｓｅｉｎｔｗｏｒｅａｃｔｏｒｓｉｎｄｉｆｆｅｒｅｎｔｆｅｅｄｆｌｏｗｗｉｔｈｄｉｆｆｅｒｅｎｔ

ｋｉｎｄｓｏｆｂｌａｄｅｓ，ｏｎｔｈｅｂａｓｉｓｏｆａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎｏｆｔｈｅｂｌａｄｅｓ，ｔｏｃｏｍｐａｒｅｔｈｅｓｔｉｒｅｆｆｅｃｔｏｆｔｗｏｋｉｎｄｓｏｆｂｌａｄｅｓ．
Ｋｅｙｗｏｒｄｓ
：ｓｔｉｒｒｅａｃｔｏｒ；ｂｌａｄｅ；ｓｔｉｒ；ｅｆｆｅｃｔ；ｄｕｒａｔｉｏｎｔｉｍｅ；
ｔｅｃｈｎｉｃａｌｉｎｎｏｖａｔｉｏｎ

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