劉 偉

（中國石油 撫順石化公司合成洗滌劑廠， 遼寧 撫順 113109）

普利斯二代乙氧基化裝置提高單批次體積增長比改造設計

劉 偉

（中國石油 撫順石化公司合成洗滌劑廠， 遼寧 撫順 113109）

提出了普利斯二代乙氧基化裝置提高單批次體積增長比改造設計方案，并以生產(chǎn)200 t PEG-2000為例進行設計，結果表明循環(huán)泵最小啟動量由4.6 m3降至1.7 m3，單批次體積增長比由6增加至16，噸產(chǎn)品成本下降59.12元。

普利斯二代；乙氧基化；單批次；體積增長比

乙氧基化反應是由各種可聚合的碳鏈起始劑，如脂肪醇、壬基酚、乙二醇、脂肪酸、脂肪胺等，與環(huán)氧乙烷（EO）發(fā)生的聚合反應[1,2]。反應是在乙氧基化反應器中進行，目前國內(nèi)外主要的乙氧基化反應器主要有三種：攪拌釜式反應器、普利斯（Press）循環(huán)噴霧反應器和HH噴射式反應器[3-5]。

撫順石化公司合成洗滌劑廠乙氧基化裝置（以下簡稱本裝置）是1992年引進的Press二代循環(huán)噴霧反應器。為提高本裝置在生產(chǎn)高加合數(shù)產(chǎn)品時的效率、降低產(chǎn)品的能耗和物耗，進行提高單批次體積增長比改造設計研究。

1 單批次體積增長比

本裝置反應單元工藝流程見圖 1，設備參數(shù)見表1，設計參數(shù)見表2。

物料經(jīng)反應循環(huán)泵、反應回路換熱器進入反應器，與EO發(fā)生反應后進入接受器，如此循環(huán)直至反應結束[6]。

在反應過程中，隨著EO加合數(shù)的增加，接受器內(nèi)物料越來越多，體積也逐漸增大，在達到或接近接受器體積時，批次反應結束。若想繼續(xù)提高EO加合數(shù)，就必須卸出一部分產(chǎn)物，終止反應，余下的繼續(xù)反應，如此反復，直至達到目的加合數(shù)。然后將卸出的中間產(chǎn)物重新加入催化劑，按上述方法逐一加合到目的加合數(shù)[7]。所以本裝置在生產(chǎn)高加合數(shù)產(chǎn)品時存在工序復雜、產(chǎn)量不易控制、催化劑消耗大和能耗高的問題。

圖1 反應單元工藝流程Fig.1 Process of reaction unit

單批次體積增長比就是指在批次反應結束時，終產(chǎn)品的體積與碳鏈起始劑體積的比值。該值主要受三個因數(shù)的影響，連起始劑用量、接受器的體積和循環(huán)泵最小啟動量。循環(huán)泵最小啟動量就是可以保證反應循環(huán)泵啟動的最小鏈起始劑體積，也就是物料循環(huán)一周所需要的時間與反應循環(huán)泵流量的乘積[8]。根據(jù)表1、2數(shù)據(jù)，經(jīng)計算可知，本裝置物料循環(huán)一周所需要的時間為35 s。

起始劑用量不同單批次體積增長比也不同，當起始劑用量等于循環(huán)泵最小啟動量時，單批次體積增長比最大，也就是單批次最大生產(chǎn)能力與循環(huán)泵最小啟動量的比值[9,10]。

以生產(chǎn)PEG產(chǎn)品為例，原料二乙二醇的密度按0.8 kg/cm3計算，產(chǎn)品PEG的密度按1.0 kg/cm3計算，其反應方程式如下[11]。

二乙二醇 +nEO PEG

經(jīng)計算，本裝置若生產(chǎn)PEG產(chǎn)品，EO的最大加合數(shù)是 13.9，也就是說，對于 PEG系列產(chǎn)品（PEG-400、600、800、1 000、1 500、2 000、3 000、4 000、6 000），就單批次而言，本裝置僅能生產(chǎn)PEG-400、600兩個牌號。以生產(chǎn)200 t PEG-2000為例進行計算，第一步，以二乙二醇為原料，按循環(huán)泵最小啟動量4.6 m3加入起始劑，需要3個批次，生產(chǎn)75 t PEG-720；第二步，以PEG-720為原料，按每批生產(chǎn)PEG-2000 25 t的原則，每批次需要9噸 PEG-720作為起始劑，8個批次后可生產(chǎn)PEG-2000 200 t，但剩余PEG-720 3 t，若全部轉(zhuǎn)化為PEG-2000，還需要1個批次。所以說，生產(chǎn)200噸 PEG-2000累計需要 12個批次，實際產(chǎn)量為208.3 t。

表1 反應單元設備參數(shù)Table 1 Equipment parameter of reaction unit

表2 反應單元設計參數(shù)Table 2 Design parameter of reaction unit

2 提高單批次體積增長比設計方案

在接受器體積不能改變的前提下，若想提高單批次體積增長比，只有降低起始劑用量，尤其是循環(huán)泵最小啟動量，為此提出增設小循環(huán)改造設計方案，對應的原方案，我們稱之為大循環(huán)。改造后反應單元工藝流程見圖2。

圖2 改造后反應單元工藝流程Fig.2 Process of reaction unit after transform

物料首先經(jīng)反應循環(huán)泵 PC-104、反應回路換熱器E-108進入反應器，與EO發(fā)生反應后進入接受器，開始小循環(huán)，待物料體積達到大循環(huán)所需的循環(huán)泵最低啟動量后，再改為大循環(huán)，即物料經(jīng)反應循環(huán)泵PC-101、反應回路換熱器E-101進入反應器，與EO發(fā)生反應后進入接受器，如此循環(huán)直至反應結束。

同樣以單批次生產(chǎn)PEG-2000為例，經(jīng)計算，本裝置改造后小循環(huán)循環(huán)泵最小啟動量為1 700 L，單批次體積增長比為 1～16。根據(jù)物料循環(huán)一周所需要的時間為35 s，確定小循環(huán)循環(huán)泵的流量為170 m3/h，反應回路換熱器換熱面積為60 m2。詳見表3。

表3 改造后反應單元參數(shù)Table 3 Parameter of reaction unit after transform

3 改造效果

以生產(chǎn)PEG-2000 200 t為例，催化劑用量是相對終產(chǎn)品0.3%，改造前需要生產(chǎn)12個批次，終產(chǎn)品產(chǎn)量相當于283.3 t，耗催化劑850 kg；改造后需要生產(chǎn)8個批次，終產(chǎn)品產(chǎn)量為200 t，耗催化劑600 kg。改造前后反應單元各操作工序所需時間見表4，能耗見表5。催化劑價格按908.3元/t計算，改造前生產(chǎn)200 t PEG-2000的催化劑及能耗成本為477.76元/t，改造后為418.64元/t，節(jié)約59.12元/t。

表4 反應單元各工序所需時間Table 4 Required time of each reaction unit process

表5 改造前裝置能耗Table 5 Device power consumption before transform

4 結 論

綜上所述，通過增設小循環(huán)對本裝置進行提高單批次體積增長比改造后，一方面可以簡化本裝置在生產(chǎn)高EO加合數(shù)產(chǎn)品時的流程，合理排產(chǎn)；另一方面，還可以降低產(chǎn)品的能耗和物耗。以生產(chǎn)PEG-2000 200 t為例，循環(huán)泵最小啟動量由4.6 m3降至1.7 m3，單批次體積增長比由6增加至16后，噸產(chǎn)品成本可下降59.12元。

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Transformation Design of PressⅡEthoxylation Device for Increasing Single Batch Volume Growth Ratio

LIU Wei

（PetrolChina Fushun Petrochemical Company Synthetic Detergent Factory, Liaoning Fushun 113109, China）

Transformation design scheme of PressⅡethoxylation device for increasing single batch volume growth ratio was put forward by taking producing 200 ton PEG-2000 as an example. The results showed that the least star quantity of loop pump was decreased from 4.6 m3to 1.7 m3, single batch volume growth ratio was increased from 6 to 16, product cost was decreased by 59.12 Yuan/ton.

PressⅡ; Ethoxylation; Single batch; Volume growth ratio

TQ 201

A

1671-0460（2017）04-0721-03

2017-03-15

劉偉（1970-），男，遼寧撫順人，高級工程師，工程碩士，1992年畢業(yè)于中山大學化學系，從事表面活性劑的科研和生產(chǎn)工作。E-mail：liuwei999@petrochina.com.cn。