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單筒式熔體過濾器切粒機線速度的自動控制

發布時間:2016-08-10 10:03

　　摘要:根據已有裝置的實際運行情況，通過理論論證單臺切粒機產量和對應的熔體過濾器后管線壓力的比例關系，提出了PET裝置中使用單筒式熔體過濾器時切粒機的在線自控方案，提高了裝置的自動化程度，優化了生產工藝，提高了產品品質，降低了勞動強度。關鍵詞:PET;切粒;單筒式熔體過濾器中圖分類號:TQ323．41;TQ051．93文獻標識碼:B文章編號:1008-8261(2012)01-0056-03

　　0前言我公司新建的20萬tPET生產線采用的是四釜流程的生產工藝。在PET裝置中，以前在終聚熔體過濾器的選擇上大部分采用的是在線雙聯式熔體過濾器，此類型過濾器在切換清洗時排氣較困難，容易引起鑄帶頭處壓力波動。因此，在設計時要求采用單筒式熔體過濾器。

　　但單筒式熔體過濾器在使用一段時間后，會要求停對應的切粒機，更換熔體過濾器。由于以前國內PET裝置切粒機的線速度控制基本采用的是現場手動控制模式，導致在切粒機故障或更換熔體過濾器時切片的單粒質量不容易控制，影響了產品的品質穩定。

　　通過對PET熔體性質和熔體管線的研究，結合其他裝置切粒機的線速度的控制模式，經過研究，提出了單筒式熔體過濾器切粒機的在線自動控制方案。

　　1熔體過濾器后管道壓力和流量的關系我公司新建的PET裝置，終聚釜的熔體經過瑪格泵輸送后，通過電動六通閥18M03，再經過5臺單獨的熔體過濾器，分別送到5臺切粒機切粒，流程見圖1。

　　在產量不變時，PET熔體在管道中的流動可以看作是定態流動。根據柏努利方程，以1號熔體過濾器18F01A后的管作為計算對象，假設PI18029處對應的截面設為截面1，19CU01A的鑄帶頭出口處設為截面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處的標高離基準水平面的高度;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，同時由于此兩截面間沒有外力，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)式推導得下面的方程式:p1/ρ=g(Z2－Z1)+∑hf1。(2)同理:在2號熔體過濾器18F01B的熔體管線上，假設PI18031處對應的截面設為截面3，19CU01B的鑄帶頭出口處設為截面4，由此列出2號熔體過濾器兩截面3和4間的柏努利方程式［1］:

　　式中:Z3，Z4為截面3和截面4處的標高離基準水平面的高度;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)式推導可得:p3/ρ=g(Z4－Z3)+∑hf3。(4)則由(2)和(4)式推導可得:p1/p3=〔g(Z2－Z1)+∑hf1〕/〔g(Z4－Z3)+∑hf3〕。(5)由于Z1，Z2，Z3和Z4在設計時要求標高一樣，因此Z2=Z1，Z4=Z3，則由(5)式推導得:p1/p3=∑hf1/∑hf3。(6)對于熔體流經直徑不變的管時，管的總能量損失為［1］:

　　式中:∑hf管系統中的總能量損失/(Jkg－1);λ為管的摩擦因數;L為管系統各段直管的總長度/m;∑le為管系統管件的當量長度/m;d為熔體管線內管的直徑/m;U為熔體流經管的流速/(ms－1);由于在設計時，將熔體管線過濾器后壓力表到鑄帶頭之間的直管長度L和當量長度∑le以及熔體管線的內管直徑設計成完全一樣，則由(7)式推導得:

　　由于PET熔體在管道中的流動屬于滯流流動，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)式推導得:(∑hf1)/(∑hf3)=U1/U3。(9)由(6)和(9)式推導得:p1/p3=U1/U3;由于熔體管道管徑相同，則p1/(p3)=U1/U3=Q1/Q3。(10)所以在一定的設計條件下，熔體過濾器后各管線的壓力和各熔體過濾器對應的熔體流量在一定的設計條件下成正比關系。

　　2單筒式熔體過濾器切粒機線速度的自控應用根據公式(10)得出的結論是熔體過濾器后熔體壓力與流量成正比關系。根據我公司的實際情況，提出了單臺切粒機的線速度的自控應用。

　　以3號切粒機為例。假設目前PET裝置的產量為FQ18010=550t/d，要求的切片長度為3mm，則組態如下:總熔體壓力TOT-PR=PI18029+PI18031+PI18033+PI18035+PI18037=2．1MPa;而此時3號切粒機的熔體過濾器后壓力PI18033=0．346MPa。

　　則由此推導出3號切粒機熔體的流量FI19307為:FI19307=FQ18010．CPV×1000×PI18033．CPV/TOT-PR．CPV/24=3776kg/h;假設粒子長度為3mm，質量為16．5mg，鑄帶板的孔數為120，則3號切粒機線速度的理論值為:CPV=FI19307．CPV×0．003×1000/(120×60×BD19．DT05/1000)=3776×0．003×1000/(120×60×16．5/1000)=95m/min。

　　其他幾臺切粒機的線速度也按此公式組態計算，將計算好的線速度通過通訊信號傳遞給切粒機，要求切粒機按此線速度切粒，同時切粒機的實際線速度也通過通訊傳遞給DCS，實現切粒機和DCS之間的閉環控制。

　　3結論(1)PET熔體管道按照一定要求設計，單臺熔體過濾器后的壓力和對應切粒機的產量成正比關系。(2)單臺切粒機的線速度和產量成正比關系。(3）在單臺切粒機故障檢修或更換熔體過濾器時，可通過調節熔體六通閥的開度調節單臺切粒機的產量，而切粒機的線速度會相應變化，從而PET粒子的形狀不發生變化，了產品的品質。參考文獻:［1］姚玉英，陳長貴，柴誠敬.化工原理［M］.天津:出版社，1999.

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