年產(chǎn)7萬噸聚對(duì)苯二甲酸乙二醇酯的工藝初步設(shè)計(jì)課程設(shè)計(jì)

1、成 績(jī) 華北科技學(xué)院課程設(shè)計(jì)報(bào)告項(xiàng)目名稱：年產(chǎn)7萬噸聚對(duì)苯二甲酸乙二醇酯的工藝初步設(shè)計(jì) 教師評(píng)語： 目錄第一部分3總論3pet簡(jiǎn)介3pet的發(fā)展歷史與現(xiàn)狀3第一章 設(shè)計(jì)依據(jù)4第二章 產(chǎn)品方案6第三章生產(chǎn)方法與工藝流程8第四章 工藝計(jì)算14第五章 設(shè)備的選型18第二部分20心得體會(huì)20參考文獻(xiàn)23致謝24第一部分總論 pet 是乳白色或淺黃色、高度結(jié)晶的聚合物，表面平滑有光澤。在較寬的溫度范圍內(nèi)具有優(yōu)良的物理機(jī)械性能，長(zhǎng)期使用溫度可達(dá)120，電絕緣性優(yōu)良，甚至在高溫 高頻下，其電性能仍較好，但耐電暈性較差，抗蠕變性，耐疲勞性，耐摩擦性、尺寸穩(wěn)定性都很好。pet 有酯鍵，在強(qiáng)酸、強(qiáng)堿和水蒸汽作用下

2、會(huì)發(fā)生分解，耐有機(jī)溶劑、耐候性好。缺點(diǎn)是結(jié)晶速率慢，成型加工困難，模塑溫度高，生產(chǎn)周期長(zhǎng)，沖擊性能差。一般通過 增強(qiáng)、填充、共混等方法改進(jìn)其加工性和物性，以玻璃纖維增強(qiáng)效果明顯，提高樹脂剛性、耐熱性、耐藥品性、電氣性能和耐候性。但仍需改進(jìn)結(jié)晶速度慢的弊病， 可以采取添加成核劑和結(jié)晶促進(jìn)劑等手段。加阻燃劑和防燃滴落劑可改進(jìn) pet阻燃性和自熄性。 它優(yōu)良的綜合性及較好的服用性，在保持其固有特點(diǎn)同時(shí)，在接近天然化如穿著舒適性、染色性、抗靜電性、吸濕性及外表美觀等方面更接近于天然纖維，因此使其更具發(fā)展優(yōu)勢(shì)。 pet簡(jiǎn)介 pet的發(fā)展歷史與現(xiàn)狀 聚對(duì)苯二甲酸乙二醇酯（pet）是1941年英國(guó)的j.r.

3、whenfield和j.t.dikson采用乙二醇與對(duì)苯二甲酸直接酯化縮聚制得，最初是作為合成纖維的原料而開發(fā)的。pet是飽和聚酯中最早商品化的。1946年英國(guó)ici公司首先將pet工業(yè)化，美國(guó)的杜邦于1948年開始生產(chǎn)，主要由于纖維和薄膜類制品，直到1966年日本帝人公司開發(fā)出玻璃纖維增強(qiáng)制品后，才開始用于工程塑料領(lǐng)域。前期對(duì)苯二甲酸的精制工藝尚未工業(yè)化，首先工業(yè)化的是對(duì)苯二甲酚二甲酯（dmt）生產(chǎn)工藝，因此直到20世紀(jì)60年代中期，dmt一直是pet生產(chǎn)的主要原料。隨著高純度對(duì)苯二甲酸（pta）工藝的不斷發(fā)展，尤其是amoco公司在這方面做出很多工作，使得對(duì)苯二甲酸pta開始用于pet生產(chǎn)

4、而且還逐漸替代了dmt成為pet生產(chǎn)廠家的首選。采用高純度的pta不需要回收，也不用回收甲醇，而且還有一個(gè)優(yōu)點(diǎn)就是預(yù)聚化物的酯化過程比酯交換反應(yīng)快得多，酯交換反應(yīng)是由dmt作原料生產(chǎn)pet的第一步反應(yīng)。聚酯在20世紀(jì)70年代以前一直保持高速發(fā)展，其生產(chǎn)增長(zhǎng)率為:1960年200%、1965年50%、1970年60%，此后增速減緩并呈周期性發(fā)展趨勢(shì)，1975年增速為30%、1982年為10%、1987年為12.6%、1992年為6%、1999年為4.3%、2001年為4.8%。20世紀(jì)90年代，聚酯工業(yè)的發(fā)展重心開始轉(zhuǎn)向亞洲。前半期，世界聚酯工業(yè)發(fā)展非常迅速。一方面，由于80年代末90年代初亞太

5、地區(qū)經(jīng)濟(jì)高速增長(zhǎng)，帶動(dòng)全球經(jīng)濟(jì)增長(zhǎng)，因而聚酯需求也隨之出現(xiàn)較大的增長(zhǎng)，聚酯市場(chǎng)出現(xiàn)供不應(yīng)求的現(xiàn)象，到1995年供不應(yīng)求的矛盾發(fā)展到頂峰。90年代后期，由于生產(chǎn)能力增長(zhǎng)過快產(chǎn)能擴(kuò)充過多和亞洲金融危機(jī)的影響，除中國(guó)外世界聚酯產(chǎn)業(yè)出現(xiàn)供過于求的局面。到1999年，聚酯工業(yè)又迎來新的發(fā)展階段，主要由于瓶用和膜用、復(fù)合等非纖用聚酯的用量增加，衣用滌綸需求也達(dá)到高峰。從19992005年，聚酯產(chǎn)能年均增長(zhǎng)率為6.68%。從2000年開始，世界聚酯工業(yè)又進(jìn)入新一輪的快速發(fā)展期。pet聚酯曾以二位數(shù)速率增長(zhǎng)，效益高于大多數(shù)其他塑料樹脂。前10年內(nèi)，其占全球塑料需求份額翻了一番，達(dá)到占6%。在聚酯產(chǎn)品上，非纖聚

6、酯的發(fā)展速度很快。1996年，世界聚酯包裝樹脂和薄膜產(chǎn)量分別為451.9萬噸和138.2萬噸，占世界聚酯總產(chǎn)量的20.7%和6.3%，1998年則分別為699.5萬噸和163.1萬噸，占世界聚酯總產(chǎn)量的24.6%和5.7%。2000年分別達(dá)到823.6萬噸和176.9萬噸，年均增長(zhǎng)率分別為17.6%和6.2%，各占世界聚酯總產(chǎn)量的26.0%和5.59%。我國(guó)聚酯的生產(chǎn)起步較晚，70年代開始形成上海、天津、遼陽等生產(chǎn)基地，80年代國(guó)產(chǎn)間歇式、半連續(xù)的小聚酯生產(chǎn)裝置建設(shè)較多，據(jù)統(tǒng)計(jì)已有110家以上。全國(guó)93家較大聚酯生產(chǎn)廠總聚酯生產(chǎn)能力已由1997年334萬噸/年增加到2000年676萬噸/年，2

7、001年底約達(dá)到730萬噸/年。2002年我國(guó)聚酯生產(chǎn)能力同比增加200萬噸/年以上，一舉突破1000萬噸/年大關(guān)，達(dá)到1100萬噸/年，占世界聚酯總生產(chǎn)能力的1/4以上，居世界聚酯生產(chǎn)的首位。第一章 設(shè)計(jì)依據(jù)一、設(shè)計(jì)題目 pet合成工藝設(shè)計(jì)二、基本資料1、生產(chǎn)數(shù)據(jù)資料：生產(chǎn)規(guī)模：年產(chǎn)量7萬噸/年；生產(chǎn)時(shí)間：年工作日336天/年；相關(guān)技術(shù)指標(biāo)：工藝配方：催化劑用量：c = 0.05%（質(zhì)量）pta消光劑用量：d = 0.5%（質(zhì)量）pta（配制成20%eg混合漿液）投料配比：eg：pta = 1.12（摩爾比）切粒、包裝工序物料損失率：e = 0.5%各反應(yīng)器工藝控制參數(shù)及相關(guān)的氣液平衡數(shù)據(jù)表

8、反應(yīng)器位號(hào)r101r102r201r202r203酯化率0.890.970.9911縮聚反應(yīng)程度0.750.870.960.9840.9901eg：pta（摩爾比）1.121.121.051.0261.0099平均聚合度4.07.692325.062.5101.0抽出低聚物/%（質(zhì)量）000.10.050水汽化/%（質(zhì)量）9790氣相eg/%（摩爾）36.7539.372、工藝方案設(shè)計(jì)（1）路線的選擇-要考慮生產(chǎn)現(xiàn)狀、生產(chǎn)方法分析比較（原料來源，催化劑性能，安全、環(huán)保分析，經(jīng)濟(jì)性分析）。 （2） 工業(yè)合成方法：酯交換法（dmt法）、直接酯化法（pta法）和環(huán)氧乙烷法（eo法）。這三種方法只是起

9、始原料不同，中間過程和縮聚反應(yīng)基本相同，都要經(jīng)過一個(gè)相同的中間體生成對(duì)苯二甲酸雙一羥乙酯(bhet)，然后由bhet作為合成單體在催化劑作用下縮聚成pet。一般都會(huì)選擇pta發(fā)。（3）選擇pta的原因：pta法較dmt法優(yōu)點(diǎn)更多：1.原料消耗低，eg回收系統(tǒng)較小，不副產(chǎn)甲醇，生產(chǎn)較安全，流程短，工程投資低，公用工程消耗及生產(chǎn)成本較低，反應(yīng)速度平緩，生產(chǎn)控制比較穩(wěn)定等，目前世界pet總生產(chǎn)能力中大多采用pta法。 2.連續(xù)化工藝較間歇法工藝優(yōu)越：產(chǎn)量大、質(zhì)量好、可直接紡絲、產(chǎn)品成本低，目前已成為pet生產(chǎn)的主流。 三、設(shè)計(jì)內(nèi)容根據(jù)所給的工藝要求和其它數(shù)據(jù)資料，進(jìn)行pet合成工藝設(shè)計(jì)，具體內(nèi)容包括

10、：(1)確定pta直接酯化縮聚連續(xù)操作的工藝流程；(2)對(duì)連續(xù)聚合反應(yīng)過程進(jìn)行物料衡算；四、設(shè)計(jì)成果 1、編寫說明書一份；2、繪制直接酯化縮聚連續(xù)操作工藝流程圖，物料流程圖； 3、繪制關(guān)鍵設(shè)備布置圖。第二章 產(chǎn)品方案一、產(chǎn)品基本性能(1) 名稱： pet是由對(duì)苯二甲酸和乙二醇經(jīng)酯化和縮聚而成的高聚物，是熱塑性聚酯之一。(2) 性質(zhì)：pet樹脂的玻璃化溫度較高，結(jié)晶速度慢，模塑周期長(zhǎng)，成型周期長(zhǎng)，成型收縮率大，尺寸穩(wěn)定性差，結(jié)晶化的成型呈脆性，耐熱性低等二、力學(xué)性能有良好的力學(xué)性能，沖擊強(qiáng)度是其他薄膜的35倍，耐折性好三、pet的用途 非常常用的塑料，廣泛應(yīng)用于工業(yè)、生活等用途。其中與我們生活密

11、切相關(guān)的應(yīng)用有：1. 纖維。俗稱滌綸，應(yīng)用最廣的化纖，幾乎每個(gè)人身上的衣服都有它；2. 瓶子。市面上幾乎所有的飲料瓶都是他做成的，包括瓶蓋在內(nèi)；3. 薄膜bopet，即雙向拉伸聚酯薄膜。廣泛應(yīng)用于包裝、工業(yè)用。舉例，幾乎所有的食品包裝袋都有一層pet膜，印刷轉(zhuǎn)移用pet膜一般用于煙酒包裝紙盒的印刷和皮革布料的燙印，電容器用聚酯薄膜，太陽能背板；4. 汽車的貼膜；5. 液晶屏由10多種不同的pet薄膜組合而成目前最高檔的應(yīng)用。 pet主要用于纖維，少量用于薄膜和工程塑料。pet纖維主要用于紡織工業(yè)。pet薄膜主要用于電器絕緣材料，如電容器、電纜絕緣、印刷電路布線基材，電極槽絕緣等。pet薄膜的另

12、一個(gè)應(yīng)用領(lǐng)域是片基和基帶，如電影膠片、x光片、錄音磁帶、電子計(jì)算機(jī)磁帶等。pet薄膜也應(yīng)用于真空渡鋁制成金屬化薄膜，如金銀線、微型電容器薄膜等。pet的另一個(gè)用途就是吹塑制品，用于包裝的聚酯拉伸瓶。 玻璃纖維增強(qiáng)pet適用于電子電氣和汽車行業(yè)，用于各種線圈骨架、變壓器、電視機(jī)、錄音機(jī)零部件和外殼、汽車燈座、燈罩、白熱燈座、繼電器、硒整流器等。pet工程塑料目前幾個(gè)應(yīng)用領(lǐng)域的耗用比例為：電器電子26%，汽車22%，機(jī)械19%，用具10%，消費(fèi)品10%，其他為13%。目前pet工程塑料的總消耗量還不大，僅占pet總量的1.6%。 聚對(duì)苯二甲酸乙二醇酯（pet）的成型加工。 pet的成型加工可以注塑

13、、擠出、吹塑、涂覆、粘接、機(jī)加工、電鍍、電鍍、真空鍍金屬、印刷。以下主要介紹三種： 1注塑：加工pet可用螺桿式或柱塞式注塑機(jī)進(jìn)行，對(duì)于長(zhǎng)纖維增強(qiáng)的pet，因粒料中纖維呈束狀分布，與樹脂混合不夠好，只能用螺桿式注塑機(jī)成型。pet樹脂對(duì)缺口很敏感，成型時(shí)尖角處容易出現(xiàn)應(yīng)力集中，降低承受載荷的能力，在受力或沖擊時(shí)易發(fā)生破裂，所以制品外型應(yīng)盡量設(shè)計(jì)得平滑而有規(guī)則，盡量避免尖角。四、pet的危害 阿聯(lián)酋一個(gè)12歲的女童，因?yàn)檫B續(xù)16個(gè)月使用同一個(gè)礦泉水瓶，得了癌癥。研究發(fā)現(xiàn)，塑料瓶里面含有一種叫做pet的物質(zhì)，這種物質(zhì)使用一次是安全的，但如果你為了節(jié)儉或圖方便而重復(fù)使用該類塑料瓶，就會(huì)受到癌癥的威脅。

14、 塑料瓶的底部都有一個(gè)帶箭頭的三角形，三角形里面有一個(gè)數(shù)字，以下這些塑料瓶底三角形中的數(shù)字，指代的是該瓶子包含的成分和該成分對(duì)人體健康的影響常見于礦泉水瓶、碳酸飲料瓶等。溫度達(dá)到70時(shí)易變形，且有對(duì)人體有害的物質(zhì)融了。1號(hào)塑料品使用10個(gè)月后，可能釋放出致癌物dehp。這類瓶子不能放在汽車內(nèi)曬太陽，不能裝酒、油等物質(zhì)。5、 鑒別方法 1、先聞味道，pet的味道不同一般塑料，用打火機(jī)燒一下，然后會(huì)聞到非常芳香和舒適的味道(隨便燒個(gè)瓶子來聞聞)，如果pet里含有其他成分，味道就很刺鼻。有種瓶子里面含有sebs的成分就不能用。12、看燒起來的部分，如果過分發(fā)黑或者油滴的很快，多數(shù)熔點(diǎn)不正常，這在pe

15、t薄膜片中常有。3、拉絲，燒著的時(shí)候在打火機(jī)上拉一下絲，看絲拉的長(zhǎng)不長(zhǎng)，然后把拉出來的絲拉斷，看中間的斷點(diǎn)，絲是不是卷成小圈狀，卷的越多說明熔點(diǎn)高。不過一般如果是瓶片，應(yīng)該都不會(huì)有什么大問題。最關(guān)鍵的一點(diǎn)是分辨其中是否含有pvc，這可是pet的致命傷。首先多取樣，然后平鋪在陽光充足的地方，pvc在陽光下呈淡藍(lán)色。如果對(duì)折當(dāng)中會(huì)有白色的折痕。以上是肉眼鑒別，準(zhǔn)確性有限，主要看經(jīng)驗(yàn)。還有種比較實(shí)用更好的方式，買個(gè)烤箱把溫度調(diào)到250度就在那里烤上半小時(shí)，如果貨含有pvc的話，表面會(huì)有非常多的黃色斑點(diǎn)；如果熔點(diǎn)不夠就會(huì)很快的融化。其實(shí)要做pet還包括很多品種，比如國(guó)外工廠下來的pet粉碎薄膜，漿塊料

16、，長(zhǎng)度小于30厘米的卷膜，這些都有不同的客戶群。這些貨的鑒別，強(qiáng)烈要求用烤箱來檢驗(yàn)。特別介紹，pet卷筒在整個(gè)市場(chǎng)都是非常缺少的貨源，一般長(zhǎng)度在80至120厘米以上，厚度在3-5絲的薄膜價(jià)格是非常高的(白色透明)。第三章生產(chǎn)方法與工藝流程 pet的主要生產(chǎn)方法（1）酯交換法 dmt法是采用對(duì)苯二甲酸二甲酯(dmt)與乙二醇(eg)進(jìn)行酯交換反應(yīng)，然后縮聚成為pet。早期生成的單體pta純度不高，又不易提純，不能由直縮法制得質(zhì)量合格的pet，因而將純度不高的tpa先與甲醇反應(yīng)生成對(duì)苯二甲酸二甲酯（dmt），后者易于提純。再由高純度的dmt（99.9）與eg進(jìn)行酯交換反應(yīng)生成bhet，隨后縮聚成p

17、et，其反應(yīng)如下：（2）直接法 pta法采用高純度的對(duì)苯二甲酸(pta)或中純度對(duì)苯二甲酸(mta)與乙二醇(eg)直接酯化，縮聚成聚酯。這種直接酯化法是自1965年阿莫科公司對(duì)粗對(duì)苯二甲酸精制獲得成功后發(fā)展起來，此后發(fā)展迅速，pet生產(chǎn)也隨之得到了很快的發(fā)展。采用pta為原料，pet聚酯聚合物的生產(chǎn)主要有以下兩步反應(yīng)：第一步是pta與eg進(jìn)行酯化反應(yīng)，生成對(duì)苯二甲酸乙二酯（或稱對(duì)苯二甲酸雙羥乙酯，簡(jiǎn)稱bhet）；第二步是bhet在催化劑作用下發(fā)生縮聚反應(yīng)生成pet。其反應(yīng)如下： （3）環(huán)氧乙烷加成法 因?yàn)橐叶际怯森h(huán)氧乙烷制成的，若由環(huán)氧乙烷（eo）與pta直接加成得到bhet，再縮聚成pe

18、t。這個(gè)方法稱為環(huán)氧乙烷法，反應(yīng)步驟如下： 合成樹脂的主要原料原料的性能指標(biāo) pet聚酯生產(chǎn)所需的原料都必須高純，尤其式生產(chǎn)相對(duì)分子質(zhì)量大的聚合物對(duì)原料的純度要求更高。一般要求pta的純度達(dá)到99.96（質(zhì)量分?jǐn)?shù)）以上。pta的主要性能要求見表8。表8 精對(duì)苯二甲酸的主要指標(biāo)性能單位指標(biāo)純度酸值對(duì)甲苯甲酸含量4-羧基苯甲醛含量濕度金屬含量離子含量灰分（質(zhì)量）mg koh/gl/ll/l（質(zhì)量）l/ll/ll/l99.96675601005100.1671210纖維級(jí)的乙二醇，最低純度為99.7（質(zhì)量），二酐醇最大含量為0.1（質(zhì)量），這種規(guī)格也適用于生產(chǎn)相對(duì)分子質(zhì)量更大的包裝用樹脂。表9為纖維

19、級(jí)乙二醇的商品規(guī)格。不管是采用dmt還是采用pta做原料，第一步反應(yīng)都是生成聚合物對(duì)苯二甲酸雙-羥乙酯（bhet），bhet隨后進(jìn)行聚合得到pet。聚合程度受聚合條件的影響，聚合度對(duì)制得的樹脂性能有較大影響。如果聚合物鏈變長(zhǎng)，聚合物的相對(duì)分子質(zhì)量和反應(yīng)物流的粘度都會(huì)增加，那么特性粘度常用作聚合物相對(duì)分子質(zhì)量的測(cè)量手段。如果需要高分子量（如生產(chǎn)瓶級(jí)樹脂時(shí)），聚合物就要分步進(jìn)行，每一步采用不同的反應(yīng)條件。表9 纖維級(jí)乙二醇的商品規(guī)格性能單位規(guī)格乙二醇含量二酐醇含量沸點(diǎn)范圍相對(duì)密度（20）透射率350nm276nm220nm含水量鐵離子含量乙酸含量醛含量外觀（質(zhì)量）（質(zhì)量）（質(zhì)量）l/l（質(zhì)量）l/

20、l99.70.11962001.11501.11569290600.31.00.00530純凈透明的液體歷史上曾經(jīng)有過及目前仍然使用的生產(chǎn)對(duì)苯二甲酸的經(jīng)典方法包括： （1）硝酸氧化法 px硝酸氧化法是最原始的對(duì)苯二甲酸生產(chǎn)方法，最先由杜邦和ici公司工業(yè)化，其后hoechst、basf公司也工業(yè)化。氧化分為兩步進(jìn)行，第一步反應(yīng)溫度為150，將px的一個(gè)甲基氧化成羧基，第二步反應(yīng)溫度為200，生成對(duì)苯二甲酸，氧化總收率為8085%，因該法是在高溫加壓下進(jìn)行，硝酸對(duì)設(shè)備腐蝕嚴(yán)重，且有爆炸危險(xiǎn)，所以此法到50年代中期就被淘汰了。 （2）亨格爾法亨格爾（henkel）法是德國(guó)亨格爾公司于1952年發(fā)明

21、的方法。通常所指第一亨格爾法，既以苯酐為原料，先與氫氧化鉀反應(yīng)制成鄰苯二甲酸二鉀，干燥后在氧化鎘或氧化鋅等催化劑的存在下，于340450進(jìn)行熱轉(zhuǎn)位，再用硫酸酸析之，便制成對(duì)苯二甲酸，收率為90%。該法于1958年首先由日本帝人和川崎兩公司工業(yè)化。因該法轉(zhuǎn)位反應(yīng)為固態(tài)熔態(tài)固態(tài)反應(yīng)，連續(xù)化生產(chǎn)困難，生產(chǎn)規(guī)模受限制，且原料苯酐緊張，所以沒有大發(fā)展，國(guó)外采用此法生產(chǎn)的公司到1969年全部停產(chǎn)。 （3）witten法（既合并氧化、酯化法） witten法最早稱為分段氧化酯化法，分四步進(jìn)行，反應(yīng)式如下：反應(yīng)第一步為氧化，溫度130140，壓力15atm，0.2環(huán)烷酸鈷為催化劑，用空氣進(jìn)行氧化，轉(zhuǎn)化率為40

22、50，收率85左右，生成對(duì)甲基苯甲酸。第二步，酯化成對(duì)甲基甲酸甲酯。第三步，氧化，溫度180220，壓力12atm，催化劑0.0010.005環(huán)烷酸鈷，轉(zhuǎn)化率約25，收率8590，得對(duì)二甲酸單甲酯。第四步，酯化得對(duì)苯二甲酸二甲酯（dmt）。此法系crc公司的levin于1950年及imhausen公司的katzschmann于1951年各自獨(dú)立發(fā)明的方法，美國(guó)hereuies公司最先工業(yè)化，其后witten和hoechst公司等相繼工業(yè)化，進(jìn)而將氧化和酯化反應(yīng)改為兩步法。 witten法自50年代工業(yè)化以來，直到80年代中期，在dmt、pta生產(chǎn)中一直居首位，該法技術(shù)成熟，可大規(guī)模生產(chǎn)。纖維級(jí)

23、聚酯早期的工業(yè)化生產(chǎn)就源自于witten法的dmt路線。但dmt作為聚酯原料因其原料消耗大，經(jīng)濟(jì)效果和質(zhì)量都不如pta法，所以進(jìn)入80年代后已不再發(fā)展。而witten法生產(chǎn)pta，就是先生產(chǎn)dmt，然后水解生成pta。pet的工藝流程合成路線的選擇 pet的生產(chǎn)方法主要有dmt法和pta法，工藝流程又分間歇式和連續(xù)式兩種。 由于pta法較dmt法有原料消耗低，反應(yīng)時(shí)間短，eg回收系統(tǒng)較小，不副產(chǎn)甲醇，生產(chǎn)較安全，流程短，工程投資低，公用工程消耗及生產(chǎn)成本較低，反應(yīng)速度平緩，生產(chǎn)控制比較穩(wěn)定，等優(yōu)點(diǎn)；而大規(guī)模生產(chǎn)線適合用連續(xù)生產(chǎn)工藝，半連續(xù)及間歇生產(chǎn)工藝適合中、小型多種生產(chǎn)裝置。因而本設(shè)計(jì)選用p

24、at法的連續(xù)生產(chǎn)工藝。具體流程如下: （1）原料的貯運(yùn) 外購的一噸袋裝pta運(yùn)至原料倉庫貯存。加料時(shí)，將pta包裝袋外部清理干凈，由提升裝置將pta大包提升裝入卸料斗，后經(jīng)pta振動(dòng)篩進(jìn)入加料斗。加料斗底部裝一流化元件，進(jìn)入氮?dú)馐刮锪献優(yōu)榱骰瘧B(tài)，同時(shí)除去物料帶入的空氣，氣體通過過濾器排至大氣。 流化的pta進(jìn)入輸送裝置，由氮?dú)鈮嚎s機(jī)出來的氮?dú)鈱ta密相輸送至聚酯裝置內(nèi)的pta日料倉，供漿料配制用。 （2）催化劑、穩(wěn)定劑的制備 將一定量的乙二醇（eg）和稱量后的催化劑sb2o3加入到催化劑配制槽中。催化劑配制槽配有攪拌器，加速催化劑的溶解。當(dāng)催化劑溶液達(dá)到一定量時(shí)，在配制槽的夾套內(nèi)通入11ba

25、r絕壓蒸汽，達(dá)到反應(yīng)溫度160后保持三個(gè)小時(shí)，后停蒸汽打開冷卻水冷卻至50。經(jīng)化驗(yàn)合格后排至催化劑貯槽，再連續(xù)定量地加入到漿料混合槽中。 在穩(wěn)定劑配制槽中定量的加入eg，再以人工的方式將固體的穩(wěn)定劑定量的加入槽中，經(jīng)攪拌將其配制成均勻的穩(wěn)定劑溶液，1小時(shí)后取樣分析合格后送入穩(wěn)定劑貯槽，再用穩(wěn)定劑輸送泵經(jīng)過濾器將穩(wěn)定劑溶液連續(xù)定量地送往第二酯化反應(yīng)釜中。 （3）消光劑的配制 經(jīng)人工稱量的消光劑tio2經(jīng)過加料臺(tái)和加料器進(jìn)入消光劑配制槽中，再在配制槽中加入定量的eg，tio2經(jīng)攪拌器的作用均勻的分散在eg中。通過tio2喂料泵將分散液送入tio2研磨機(jī)中，進(jìn)一步研磨分散后進(jìn)入tio2貯槽，經(jīng)過攪拌

26、后進(jìn)入tio2稀釋槽，同時(shí)定量的加入eg，經(jīng)攪拌、稀釋配制成稀濃度的tio2分散液。再通過離心機(jī)喂料泵把分散液送入tio2離心機(jī)，在離心機(jī)的作用下，大顆粒的tio2粒子被eg沖洗下來回到配制槽中。合格的分散液進(jìn)入帶有攪拌器的tio2中間槽中，并在槽中再次加入eg。經(jīng)攪拌制得符合工藝要求的tio2懸浮液，再送入懸浮槽中，攪拌后用tio2計(jì)量泵，經(jīng)過濾器定量地送入第二酯化反應(yīng)器中。 （4）漿料混合 進(jìn)入pta日料倉的pta物料，從日料倉底部進(jìn)入pta計(jì)量稱稱量后連續(xù)地投入漿料的混合槽。同時(shí)從eg貯槽送來的eg和從催化劑輸送泵送來的催化劑溶液，也連續(xù)定量地進(jìn)入混合槽內(nèi)。在混合槽攪拌器的作用下混合調(diào)制

27、成均勻的漿料。 （5）酯化酯化工序有兩臺(tái)串聯(lián)的酯化反應(yīng)器，每臺(tái)反應(yīng)器均設(shè)有攪拌器及熱媒加熱夾套，在其頂部分別設(shè)有工藝塔。pta/eg漿料，由漿料泵連續(xù)定量地送入第一酯化反應(yīng)器中，在攪拌器的作用下與反應(yīng)器中原有的酯化物完全混合。pta/eg漿料在反應(yīng)器中進(jìn)行酯化反應(yīng)。酯化反應(yīng)生產(chǎn)的水，以蒸汽的形式從反應(yīng)器的頂部排出。同時(shí)攜帶部分的蒸汽，水蒸氣和eg蒸汽在工藝塔中得到的餾分，分餾出來的eg返回到反應(yīng)器內(nèi)。水蒸氣從塔頂餾出，一部分蒸汽去真空系統(tǒng)做工作蒸汽，另一部分經(jīng)過冷凝器冷凝，變成液體進(jìn)入回流罐，其中一部分作為工藝塔塔頂回流液，另一部分液體排入污水管。在第二酯化反應(yīng)器中，酯化反應(yīng)繼續(xù)進(jìn)行。同時(shí)定量

28、的加入已配制好的消光劑和穩(wěn)定劑，酯化反應(yīng)生成水和一部分eg蒸汽從反應(yīng)器頂部蒸出，在工藝塔中分餾。分餾出來的eg送至eg混合罐中。塔頂蒸汽經(jīng)冷凝器冷凝后進(jìn)入回流罐。從第二酯化反應(yīng)器底部排出的酯化物，由輸送泵經(jīng)過過濾器送往第一縮聚反應(yīng)器。（6）縮聚縮聚區(qū)設(shè)有三臺(tái)縮聚反應(yīng)器，分別在不同的真空狀態(tài)下操作。每臺(tái)反應(yīng)器均設(shè)有熱媒加熱裝置和eg噴淋系統(tǒng)。酯化物進(jìn)入縮聚反應(yīng)器后在真空的條件下進(jìn)一步分離出eg，并在較高的反應(yīng)器溫度下逐步進(jìn)入縮聚反應(yīng)。三臺(tái)縮聚反應(yīng)器的反應(yīng)溫度逐步提高，而反應(yīng)器的壓力逐步降低，即在最終的縮聚反應(yīng)器中，達(dá)到最高反應(yīng)溫度和最高真空度。在第一縮聚反應(yīng)器中，大部分的eg從反應(yīng)器的頂部蒸出，

29、在噴淋的冷凝器中被循環(huán)的eg噴淋冷凝而進(jìn)入eg冷凝液收集器中，在此eg繼續(xù)蒸出，被噴淋冷凝器收集。而物料經(jīng)一定時(shí)間停留后進(jìn)入最終縮聚反應(yīng)器中，通過調(diào)整溫度、真空度和停留時(shí)間來進(jìn)一步控制、調(diào)節(jié)聚合物的最終粘度。三臺(tái)縮聚反應(yīng)器均設(shè)有液位控制，分別保證物料在反應(yīng)器中的停留時(shí)間，有利于產(chǎn)品質(zhì)量的穩(wěn)定。最終聚合物熔體從反應(yīng)器的底部出料，經(jīng)熔體輸送泵、過濾器、熔體分配管分別送往切片生產(chǎn)、直接紡長(zhǎng)絲車間。三臺(tái)縮聚反應(yīng)器共用一套真空裝置及噴淋冷凝系統(tǒng)。此系統(tǒng)包括水處理裝置、噴淋水輸送泵、噴林水過濾器、冷卻塔、真空密封管、冷卻塔密封水加料泵。噴射機(jī)組的工作蒸汽來自酯化過程產(chǎn)生的工藝蒸汽，這樣既可以節(jié)約熱能，降低

30、冷卻水用量并能減少污水量。（7）切片生產(chǎn)從熔體輸送泵送來的pet熔體，進(jìn)入鑄帶頭，在鑄帶頭中熔體被分配到一排鑄帶噴絲孔中，從噴絲孔出來的pet熔體鑄帶，靠重力自動(dòng)流入水下切粒機(jī)的導(dǎo)流板，并完全浸沒在約25的脫鹽水中。在水中鑄帶的表面逐漸冷卻凝固，鑄帶被送至水下切粒機(jī)，切成一定規(guī)格的切片。203.1r203101.2101.0101.3r101r102r201r202102.2102.3201.2202.2203.2r201r1022 物料發(fā)生的物理與化學(xué)變化的主、副反應(yīng)方程式： 化學(xué)變化。在pet合成過程中每一個(gè)反應(yīng)器中都發(fā)生著同樣的化學(xué)反應(yīng)，只是各反應(yīng)器中各化學(xué)反應(yīng)進(jìn)行的程度不同。主要反應(yīng)方

31、程式： 酯化反應(yīng)（esterification） 酯化縮聚反應(yīng)（polycondensation by esterification） 縮聚反應(yīng)（polycondensation） 在酯化反應(yīng)釜中，以酯化反應(yīng)與酯化縮聚反應(yīng)為主;在縮聚釜中，以酯化縮聚與縮聚反應(yīng)為主，在此不考慮副反應(yīng)，業(yè)不對(duì)副反應(yīng)進(jìn)行物料衡算。為了描述各反應(yīng)進(jìn)行的程度特做如下定義： 酯化率： x 參加反應(yīng)pta（mol）/pta初始(mol) pta初始(mol)pta殘留(mol) /pta初始（mol） (ntont)/nto 縮聚反應(yīng)程度：p=生成pet鏈節(jié)（mol）/pat初始（mol）np/nto 乙二醇與pta摩爾比

32、： mrnp/nto 平均聚合度： xn1/(1p) 物理化學(xué)變化（相變化）。在各酯化釜中，由于反應(yīng)溫度高，高于水和eg的沸點(diǎn)，酯化生成的水被蒸出反應(yīng)體系。由于氣液平衡關(guān)系，所以反應(yīng)液中仍含有少量的水。水在蒸出的同時(shí)，按氣液平衡關(guān)系夾帶出一定比例的eg。為了保持酯化反應(yīng)的原料配比，蒸出的eg經(jīng)分離后全部返回到反應(yīng)器中，所以各酯化反應(yīng)器中mr=mr0。 在縮聚反應(yīng)釜中，為了使縮聚反應(yīng)向生成聚合物的方向移動(dòng)，需盡量降低反應(yīng)液中eg的含量，所以縮聚階段特別是在反應(yīng)后期，需在高真空的條件下進(jìn)行。各縮聚釜中生成的eg大部分被蒸出，使mrmr0，但由于氣液平衡關(guān)系的存在，反應(yīng)液蒸仍有少量的eg。各反應(yīng)器工

33、藝控制參數(shù)及相關(guān)的氣液平衡數(shù)據(jù)反應(yīng)器位號(hào)r101r102r201r202r300xpm rx n輸出低聚物/%(質(zhì)量）h2o汽化/%(質(zhì)量)汽相eg/（摩爾）0.890.751.124.009736.750.970.871.127.692309039.370.990.961.0525.00.1（a）10.9841.02662.50.05（b）10.99011.0099101.00 第四章 工藝計(jì)算 物流計(jì)算 計(jì)算的基準(zhǔn)、單位、順序 因?yàn)槭沁B續(xù)操作過程，所以計(jì)算基準(zhǔn)選時(shí)間，計(jì)算單位定為kg / h。 雖然整個(gè)工藝過程比較復(fù)雜，但可以得到產(chǎn)品產(chǎn)量與主要原料（p t a）投料量之間的比例關(guān)系，所以采

34、用順流程的計(jì)算順序。 主要原料（p t a）投料流量 pet熔體流量與pta理論投料流量（w t ）的關(guān)系： 該生產(chǎn)裝置年產(chǎn)量9萬噸，年開工300d.連續(xù)生產(chǎn) ，切粒、包裝工序物料損失率0.5。 pta投料質(zhì)量流量：w t0 8724.180.859057494.50kg/h pta投料摩爾流量：n t07494.5016645.15kmol/h順流程逐個(gè)設(shè)備的計(jì)算 r101物料衡算 1.010101.1101.3101.2r101 101.1 pta：7494.50kg/h eg：n t0 m r0m egn t01.12623135.08kg/h 催化劑：w t0 0.05%7494.50

35、0.053.75kg/h 合計(jì)：7494.50 3135.08 3.7510633.32kg/h 101.2 h 2o :2n t0 x m w 0.97 2 n t0 0.89 18 0.971403.15kg/h（酯化反應(yīng)生成的水有97被汽化）（氣相中eg摩爾分率為0.3675） 合計(jì)：1403.15 2808.15 4211.30 kg/h 101.3 eg: 2808.15 kg/h ( 蒸出的乙二醇經(jīng)分離后全部返回到反應(yīng)器r101中，且無其他組分) 101.1 催化劑：3.75 kg/h h 2o:1403.15 0.03 0.97 43.40 kg/h eg: n t0(m r2x

36、p)m eg n t0 (1.1220.890.75)62251.92 /h 聚合物：n t0 m t ( 2x p ) m eg 2 x m w n t0 166( 20.890.75 ) 6220.8918 8931.17 kg/h 合計(jì):3.7543.40251.928931.179230.24 kg/h r101物料衡算驗(yàn)算： 總進(jìn)料量10633.482808.2713441.75 kg/h 總出料量9230.244211.4813441.72kg/h r102物料衡算 102.2 h 2o：(2 n t0x1862.49 )0.92 n t0 (0.970.89 )1862.490.

37、9 173.26 kg/h(r102中生成水加上r101中殘留水的90被蒸出) 合計(jì)：173.26387.52560.78 kg/h 102.3 eg：387.52 kg/h 102.1 催化劑：3.75 kg/h h 2o：173.260.10.924.97 kg/h eg：n t0 ( m r 2xp )m egn t0(1.1220.970.87)62 139.97kg/h 聚合物：n t0 m t 2x p )m eg 2x m w n t0166(20.970.87)6220.9718 8913.51kg/h 合計(jì)：5.4024.97201.5412834.7713066.68 kg

38、/h r201物料衡算 在r201中加入消光劑eg溶液（003.1）。由于抽真空會(huì)有少量聚合物被夾帶出，使201.1中的 n t0減少為 n t0 ,同時(shí)夾出極少量的消光劑及催化劑。 003.1 （20%消光劑eg混合漿液） 消光劑：w t0.005=37.47 kg/h eg: 53.960.80.2 =148.88kg/h 合計(jì)：37.47 148.88=187.35 kg/h 201.1 n t0 =0.999 n t0 =45.10kmol/h （由于抽真空帶出低聚物引起） 消光劑：37.470.999=37.44 kg/h 催化劑：3.750.999=3.74 kg/h eg：n t

39、0 ( m r2xp)m eg=n t0 ( 1.0520.990.96 )62 =83.89 kg/h 聚合物：n t0 mt(2xp)m eg2xm w =n t0 166(20.990.96)6220.9918 =8731.94kg/h 合計(jì)：37.4483.898731.943.74=8857.01 kg/h 201.2 消光劑：37.440.001=0.04kg/h 催化劑：3.750.001=0.00kg/h h 2o：2 n t0x1824.97=2 n t0(0.990.97)1824.9757.48kg/h （r201中生成的水加上r102中殘留的水全部被蒸出） eg: n

40、t0m rm eg215.84=n t0(1.121.05)62215.84=411.78 kg/h （隨消光劑帶入的乙二醇全部被蒸出） 聚合物：8731.940.0010.999=8.74kg/h（抽真空帶出低聚物的數(shù)量） 合計(jì)：0.040.0057.48411.788.74=478.06kg/h r201物料平衡驗(yàn)算：總進(jìn)料量=9076.13187.35=9263.48 kg/h 總出料量=8731.94478.06=9263.42 kg/h r202物料衡算 在r202中由于抽空氣會(huì)有少量聚合物被夾帶出，使201.1中的n t0 減少為n t0。同時(shí)夾帶出極少量的消光劑及催化劑。 202

41、.1 n t0=0.9995n t0=45.0804kg/h（由于抽真空帶出低聚物引起） 消光劑：37.440.9995=37.42 kg/h 催化劑：3.740.9995=3.73kg/h eg: n t0( m r2xp)m eg=n t0(1.02620.984)62=27.95 kg/h 聚合物：n t0 mt(2xp)m eg2xm w =n t0166(20.984)62218 =8700.08kg/h 合計(jì)：37.423.7327.958700.08=8769.18 kg/h 202.2 消光劑：37.440.0005=0.02 kg/h 催化劑：3.740.0005=0.00

42、kg/h h 2o: 2 n t0x18=2 n t0(10.99)18=16.24 kg/h 聚合物：8700.080.00050.9995=4.35 kg/h eg: n t0m rm eg=n t0(1.051.026)62=67.11 kg/h 合計(jì)：0.0216.244.3597.11=87.72kg/h r202物料平衡驗(yàn)算：總進(jìn)料量=8857.01 kg/h 總出料量=8769.1887.72 =8856.90kg/h r203物料衡算 203.1 消光劑：37.42kg/h 催化劑：3.73kg/h eg：n t0( m r2xp)m eg=0 kg/h 聚合物：n t0 mt

43、(2xp)m eg2xm w =n t0166(20.9901)62218 =8683.03 kg/h 合計(jì)：37.423.738683.03=8724.18 kg/h 203.2 eg：=n t0m r62=n t0(1.0261.0099)62 =45.00kg/h r203物料平衡驗(yàn)算：總進(jìn)料量=8769.18 kg/h 總出料量=8724.1845.00=8769.18 kg/h 計(jì)算出的203.1的數(shù)量與開始計(jì)算時(shí)求出的pet熔體的流量相同，說明物料衡算的整個(gè)過程是正確的。7 物料平衡表 見表16。 表16 pat直接酯化縮聚連續(xù)操作物料平衡表 單位： kg/h物流代號(hào)ptaegw催

44、化劑消光劑聚合物合計(jì)101.0101.1101.2101.3102.1102.2102.3201.1201.2003.1202.1202.2203.1203.28724.183135.08251.922808.152808.15139.97387.52387.5283.89411.79149.8827.9567.1145.0043.401403.1519.25173.2657.4816.243.753.753.753.740.003.743.7437.440.0437.4737.420.0237.428931.178913.578731.948.748700.084.358683.031063

45、3.239230.244211.302808.159076.54560.78387.528857.01478.06187.358769.1887.728724.2145.00 第五章 設(shè)備的選型 聚酯生產(chǎn)中的大多數(shù)管道是有eg、deg、水、水蒸氣及熱媒管道組成，所以這里只計(jì)算兩條具有代表性的管道，即eg進(jìn)料管和反應(yīng)產(chǎn)生的水蒸氣的排廢管。（1）eg進(jìn)料管的選型由化工原理查得，20時(shí),1113 kg/m3，23 mpas，屬于高黏度液體，查聚合物合成工藝設(shè)計(jì)，取u0.5 m/s.則 vsws/4514.47 kgh-11113kgm33600s0.0011267 m3/sd(4vs/u)1/240

46、.0011267(3.140.5)1/20.05358 m53.58 mm 式中 ws eg的質(zhì)量流量； vseg的體積流量。根據(jù)化工設(shè)備機(jī)械基礎(chǔ)附錄7，采用573mm的熱軋無縫鋼管。（2）水蒸氣排放管的選型聚酯工業(yè)中排放的水蒸氣屬于過熱蒸汽，查化工原理知，260時(shí),水蒸汽23.82kg/m3，u40 m/s，則 vsws/2020.5123.82 36000.023562 m3/s d(4vs/u)1/240.023562(3.1440)1/20.02739m27.39 mm式中 ws上升蒸汽的質(zhì)量流量； vs上升蒸汽的體積流量。 根據(jù)化工設(shè)備機(jī)械基礎(chǔ)采用302.5mm的熱軋無縫鋼管。（3）

47、料漿進(jìn)料管的選型由上物料衡算、熱量衡算計(jì)算可知pta的wt0=10792.08kg/h，weg=4514.47 kg/h, m=1558 kg/m3,取流速u0.5 m/s.則 vsws/(10792.08+4514.47) 15583600=0.002729m3/sd(4vs/u)1/240.002729(3.140.5)1/20.08338m83.38 mm根據(jù)化工設(shè)備機(jī)械基礎(chǔ)采用895mm的熱軋無縫鋼管。第二部分心得體會(huì) 在這幾周的學(xué)習(xí)中，課程設(shè)計(jì)是一門很重要的學(xué)科，比我想象的要難多了，特別是對(duì)物料的計(jì)算是一項(xiàng)很大的工程，本次化工原理課程設(shè)計(jì)歷時(shí)兩周，是上大學(xué)以來第一次獨(dú)立的工業(yè)化設(shè)計(jì)。

48、從老師以及學(xué)長(zhǎng)那里了解到化工原理課程設(shè)計(jì)是培養(yǎng)我們化工設(shè)計(jì)能力的重要教學(xué)環(huán)節(jié)，通過課程設(shè)計(jì)使我們初步掌握化工設(shè)計(jì)的基礎(chǔ)知識(shí)、設(shè)計(jì)原則及方法；學(xué)會(huì)各種手冊(cè)的使用方法及物理性質(zhì)、化學(xué)性質(zhì)的查找方法和技巧；掌握各種結(jié)果的校核，能畫出工藝流程、塔板結(jié)構(gòu)等圖形；在設(shè)計(jì)過程中不僅要考慮理論上的可行性，還要考慮生產(chǎn)上的安全性和經(jīng)濟(jì)合理性。 由于第一次接觸課程設(shè)計(jì)，起初心里充滿了新鮮感和期待，因?yàn)樽晕艺J(rèn)為在大學(xué)里學(xué)到的東西終于可以加以實(shí)踐了?？墒钱?dāng)老師把任務(wù)書發(fā)到手里是卻是一頭霧水，完全不知所措?？墒窃谶@短短的三周里，從開始的一無所知，到同學(xué)討論，再進(jìn)行整個(gè)流程的計(jì)算，再到對(duì)工業(yè)材料上的選取論證和后期的程序的

49、編寫以及流程圖的繪制等過程的培養(yǎng)，我真切感受到了理論與實(shí)踐相結(jié)合中的種種困難，也體會(huì)到了利用所學(xué)的有限的理論知識(shí)去解決實(shí)際中各種問題的不易。 我的課程設(shè)計(jì)題目是苯氯苯篩板式精餾塔設(shè)計(jì)圖。在開始時(shí)，我們不知道如何下手，雖然有課程設(shè)計(jì)書作為參考，但其書上的計(jì)算步驟與我們自己的計(jì)算步驟有少許差異，在這些差異面前，我們顯得有些不知所措，通過查閱化工原理，化工工藝設(shè)計(jì)手冊(cè)，物理化學(xué)，化工原理課程設(shè)計(jì)等書籍，以及在網(wǎng)上搜索到的理論和經(jīng)驗(yàn)數(shù)據(jù)。我們慢慢地找到了符合自己的實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)。并逐漸建立了自己的模版和計(jì)算過程。 1、 設(shè)計(jì)中存在的問題 1設(shè)計(jì)過程缺乏工程意識(shí)。 學(xué)生在做課程設(shè)計(jì)時(shí)所設(shè)計(jì)的結(jié)果沒有與生產(chǎn)實(shí)際需要作參考，只是為了純粹計(jì)算為設(shè)計(jì)，缺乏對(duì)問題的工程概念的解決方法。 2.學(xué)生對(duì)單元設(shè)備概念不強(qiáng)。 對(duì)化工制圖、設(shè)備元件、材料與標(biāo)準(zhǔn)不熟悉，依葫蘆畫瓢的不在少數(shù)，沒有達(dá)到課程設(shè)計(jì)與實(shí)際結(jié)合、強(qiáng)化“工程”概念的目的。繪圖能力欠缺，如：帶控制點(diǎn)工藝流程圖圖幅設(shè)置、比例及線型選取、文字編輯、尺寸標(biāo)注以及設(shè)備、儀表、管件表示等繪制不規(guī)范。 3.物性參數(shù)選擇以及計(jì)算