.PET合成工藝課設(shè)資料

1、目錄第一章 總論3PET簡介3PET的發(fā)展歷史與現(xiàn)狀3第一節(jié) 設(shè)計(jì)依據(jù)4第二節(jié) 產(chǎn)品方案6第二章 生產(chǎn)方法與工藝流程8第三章 工藝計(jì)算15第一節(jié) 物料衡算15第二節(jié) 能量衡算20第三節(jié) 設(shè)備選型23第四章 小結(jié)24PET的發(fā)展前景24心得體會25參考文獻(xiàn)26第一章總論聚對苯二甲酸乙二醇酯 化學(xué)式為-OCH2-CH2OCOC6H4CO-英文名: polyethylene terephthalate，簡稱PET，為高聚合物，別名滌綸樹脂或聚酯樹脂，俗稱滌綸。由對苯二甲酸乙二醇酯發(fā)生脫水縮合反應(yīng)而來。對苯二甲酸乙二醇酯是由對苯二甲酸和乙二醇發(fā)生酯化反應(yīng)所得。由于它的原料純對苯二甲酸和乙二醇及合成樹脂

2、技術(shù)成熟，其發(fā)展速度使任何一種纖維都難以比擬。 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)堿和水蒸汽作用下會發(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，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

3、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。 PET的用途不主要局限于纖維，而是進(jìn)一步拓展到各類容器、包裝材料、薄膜、膠片、工程塑料等領(lǐng)域，目前，PET正在越來越多地取代鋁、玻璃、陶瓷、紙張、木材、鋼鐵和其他合成材料，聚酯的家庭也在持續(xù)擴(kuò)大。 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，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。而且近年來隨著人們生活水平的提高，我國乃至全球?qū)埘サ男枨笤絹碓酱?，更為我國聚酯行業(yè)的發(fā)展帶來巨大的商機(jī)，我們應(yīng)該抓住這難得的機(jī)會，不斷完善和提高聚酯的生產(chǎn)技術(shù)，并研究

4、開發(fā)新型聚酯產(chǎn)品，以增強(qiáng)我國聚酯行業(yè)的競爭能力。PET簡介 1.1 PET的發(fā)展歷史與現(xiàn)狀第一節(jié) 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11萬噸/年；生產(chǎn)時間：年工作日300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)表反應(yīng)器位號R101R102R201R202R203酯化率0.890

5、.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、工藝流程PET是生產(chǎn)滌綸纖維的原料，是合成纖維中產(chǎn)量最大的品種。要求采用PTA直接酯化縮聚連續(xù)操作工藝，采用高純度對苯二甲酸（PTA）與乙二醇（EG）為原料，經(jīng)過酯化反應(yīng)階段和縮聚反應(yīng)階段生成聚對苯二甲酸乙二醇（PET）。 PET的生產(chǎn)過程主要由漿料配制工序、聚合工序、切粒包裝工序、回收工

6、序。聚合工序采用二級酯化釜、三級縮聚釜。 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：1、 確定PTA直接酯化縮聚連續(xù)操作的工藝流程；2、 對連續(xù)聚合反應(yīng)過程進(jìn)行物料衡算；3、 關(guān)鍵設(shè)備的選型；四、設(shè)計(jì)成果1、編寫設(shè)計(jì)說明書一份；2、繪制PTA直接酯化縮聚連續(xù)操作工藝流程圖，物料流程圖；3、繪制攪拌反應(yīng)器、精餾塔結(jié)構(gòu)示意圖；4、繪制關(guān)鍵設(shè)備布置圖。第二節(jié) 產(chǎn)品方案1、PET的性質(zhì)2、PET的性能與用途 PET的主要性能第二章 生產(chǎn)方法與工藝流程1、PET的主要生產(chǎn)方法聚酯(PET)既可由對苯二甲酸二甲酯(DMT)與乙二醇(EG)反應(yīng)

7、制得，也可由對苯二甲酸(PTA)與乙二醇反應(yīng)制得。目前，世界各國PET生產(chǎn)采用的技術(shù)路線主要就是這兩種，稱為DMT法(也稱酯交換法)和PTA法(直接酯化法)。（1）酯交換法 DMT法是采用對苯二甲酸二甲酯(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PET，其反應(yīng)如下：（2）直接法 PTA法采用高純度的對苯二甲酸(PTA)或中純度對苯二甲酸(MTA)與

8、乙二醇(EG)直接酯化，縮聚成聚酯。這種直接酯化法是自1965年阿莫科公司對粗對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)，生成對苯二甲酸乙二酯（或稱對苯二甲酸雙羥乙酯，簡稱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： 由于PTA法比DMT法優(yōu)點(diǎn)更多(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。（

9、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PET。這個方法稱為環(huán)氧乙烷法，反應(yīng)步驟如下： 此法可省去由EO制取乙二醇這一步驟，故成本低，且反應(yīng)又快，優(yōu)于直縮法。但因EO易于開環(huán)生成聚醚，反應(yīng)熱大（約100kJ/mol），EO在常溫下為氣體且易熱分解，運(yùn)輸及儲存都比較困難，所以此法尚未大規(guī)模采用。 2、合成樹脂的主要原料(1) PTA： 對苯二甲酸（terphthalic acid或1,4-benzenedicar boxylic acid，即 TA）,而 PTA則是純對苯二甲酸（purified terephthalic aci

10、d）的簡稱，分子式為C8H6O4，結(jié)構(gòu)式為HOOCC6H4COOH ，相對分子量為166.133。生產(chǎn)對苯二甲酸的經(jīng)典方法包括Witten法（既合并氧化、酯化法）、亨格爾法亨格爾（Henkel）法和硝酸氧化法。目前全球PTA的年產(chǎn)量已達(dá)3000萬噸，其絕大部分用于生產(chǎn)聚對苯二甲酸乙二酯（PET），并進(jìn)一步用來生產(chǎn)纖維、瓶片和薄膜等。PET聚酯生產(chǎn)所需的原料都必須高純，尤其是生產(chǎn)相對分子質(zhì)量大的聚合物對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1。表1 精對苯二甲酸的主要指標(biāo)性能單位指標(biāo)純度酸值對甲苯甲酸含量4-羧基苯甲醛含量濕度金屬含量離子

11、含量灰分（質(zhì)量）mg KOH/gL/LL/L（質(zhì)量）L/LL/LL/L99.96675601005100.1671210 （2）EG： 纖維級的乙二醇，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)相對分子質(zhì)量更大的包裝用樹脂。工業(yè)上合成乙二醇的方法有四種：氯乙醇水解法、二氯乙烷水解法、環(huán)氧乙烷水和法和甲醇-一氧化碳合成法。表2為纖維級乙二醇的商品規(guī)格。表2 纖維級乙二醇的商品規(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/L99.70.

12、11962001.11501.11569290600.31.00.00530純凈透明的液體 （3）添加劑：在BHET縮聚中尚需加入各種添加劑，其作用及要求見表3。表3 各種添加劑的作用和要求名稱作用和要求代表催化劑穩(wěn)定劑消光劑1 促進(jìn)反應(yīng)，要求活性高2 對聚合物的熱穩(wěn)定性影響下3 可溶于反應(yīng)混合物4 在酯交換或縮聚前加入1 防止聚合物受熱分解2 酯交換后期或縮聚前加入調(diào)節(jié)纖維的光澤，要求粒度細(xì)，分散性好，縮聚或紡絲前加入三氧化二銻0.03（DMT）醋酸銻0.010.05（DMT）亞磷酸，磷酸二甲酯，磷酸二苯酯0.03（DMT）二氧化鈦0.31（DMT） 催化劑 為了加速BHET的縮聚反應(yīng)，常須

13、加入催化劑。對催化劑的要求應(yīng)力為：有較強(qiáng)的催化作用；不催化副反應(yīng)及PET的熱降解反應(yīng)；能很好地溶解于PET中，且不使PET著色。在PTA與EG直接酯化或酯交換中所用催化劑，如醋酸鈷、鈣、鋅等化合物雖然對BHET的縮聚反應(yīng)也有催化作用，但他們在高溫下卻能使PET加速熱降解，自身又能被產(chǎn)生的羧基抑制而“中毒”失去催化效用。經(jīng)過大量的篩選和研究，至今找到的最合適的BHET縮聚催化劑是Sb2O3。由動力學(xué)研究測知，Sb2O3的催化活性與反應(yīng)中羥基的濃度成反比。在縮聚反應(yīng)的后期，PET分子量上升，羥基濃度下降，使得Sb2O3的催化活性更為有效。Sb2O3的用量一般為PTA質(zhì)量的0.05，或DMT質(zhì)量的0

14、.030.05。 因Sb2O3溶解性稍差，近年來有采用溶解性好的醋酸銻，或熱降解作用小的鍺化合物，也有用鈦化合物的。 穩(wěn)定劑 為了防止PET在合成過程中和后加工熔融紡絲時發(fā)生熱降解（包括熱氧降解），常加入一些穩(wěn)定劑。工業(yè)上最常用的是磷酸三甲酯（TMP）、亞磷酸三苯酯和磷酸三苯酯（TPP）。尤其是后者效果更佳，因?yàn)樗€具有抗氧化作用。 對穩(wěn)定劑的作用有兩種觀點(diǎn)；一種認(rèn)為是封鎖端基的作用，防止PET降解；另一種認(rèn)為是穩(wěn)定劑能與直接酯化過程中的催化劑金屬醋酸鹽相互結(jié)合，抑制了醋酸鹽對PET熱降解反應(yīng)的催化作用。 穩(wěn)定劑用量越高，即PET中含磷量越高，其熱穩(wěn)定性也越好。但是穩(wěn)定劑可使縮聚反應(yīng)的速度下降

15、，在同樣的反應(yīng)時間下所得PET的分子量較低，即對縮聚反應(yīng)有遲緩作用，工業(yè)生產(chǎn)中必須考慮這個副作用。穩(wěn)定劑用量一般為PTA的1.25（質(zhì)量），或DMT的1.53（質(zhì)量）。消光劑 常為TiO2（平均粒度<0.5m）。它可使全反射光變?yōu)闊o規(guī)則的漫射光，由此可以改進(jìn)反光色調(diào)，并具有增白作用。其用量常為PET的0.5。4、 年產(chǎn)11萬噸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)

16、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PTA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，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

17、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，在配制槽的夾套內(nèi)通入11bar絕壓蒸汽，達(dá)到反應(yīng)溫度160后保持三個小時，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

18、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)過攪拌后進(jìn)入TiO2稀釋槽，同時定量的加入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

19、槽。同時從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)制成均勻的漿料。 （5）酯化酯化工序有兩臺串聯(lián)的酯化反應(yīng)器，每臺反應(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

20、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。同時定量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)有三臺縮聚反應(yīng)器，分別在不同的真空狀態(tài)下操作。每臺反應(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)。三臺縮聚反應(yīng)器的反應(yīng)溫度逐步提高，而反應(yīng)器的壓

21、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，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、真空度和停留時間來進(jìn)一步控制、調(diào)節(jié)聚合物的最終粘度。三臺縮聚反應(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)、直接紡長絲車間。三臺縮聚反應(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

22、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。 5、 物料發(fā)生的物理與化學(xué)變化 寫出主、副反應(yīng)方程式： 化學(xué)變化。在PET合成過程中每一個反應(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)方程式： 酯化反應(yīng)（e

23、sterification） 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： MrNP/NTO

24、 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，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，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Mr<Mr0，但由于氣液平衡關(guān)系的存在，反應(yīng)液蒸仍有少量的EG。第三章 工藝計(jì)算第一節(jié)

25、 物料衡算1、 物料平衡關(guān)系示意圖 完整的PTA直接酯化縮聚連續(xù)操作工序的物料衡算過程比較復(fù)雜,在此對流經(jīng)反應(yīng)器的物流進(jìn)行物料衡算,流經(jīng)反應(yīng)器物料平衡關(guān)系簡圖如下:101.2202.2003.1101.3201.2102.3102.2203.2 101.0 101.1 102.1 201.1 202.1 203.1 R101 R102 R201 R202 R203圖1 PTA直接酯化縮聚連續(xù)操作主反應(yīng)器物料平衡關(guān)系示意圖101.0漿料；101.1，102.1酯化產(chǎn)物；201.1，202.1預(yù)縮聚物；203.1PET熔體；101.2，102.2，201.2，202.2，203.2上升蒸汽；101

26、.3，102.3回流EG；003.1消光劑2、 收集的數(shù)據(jù)資料 生產(chǎn)規(guī)模。年產(chǎn)量(生產(chǎn)能力):11萬噸/a 生產(chǎn)時間。年工作日：300d/a(24h/d) 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)PAT(配制成20%EG混合漿液) 投料配比： Mr0=NE0:NT0=1.12 切粒、包裝工序物料損失率：e=0.5%。 化學(xué)變化及物理變化的變化關(guān)系 化學(xué)物名稱 對苯二甲酸 乙二醇 水 PET鏈節(jié) 聚合物 相對分子質(zhì)量符合 MT MEG MW MP MPET 相對分子質(zhì)量 166 62 18 162 19454 由于各反應(yīng)器中發(fā)生的主要化

27、學(xué)反應(yīng)相同，但反應(yīng)進(jìn)行的程度（x、p）不同，所以各反應(yīng)器中物質(zhì)組成變化的計(jì)量關(guān)系是相同的，分別如下： 各反應(yīng)器反應(yīng)液中聚合物數(shù)量N T 0 M T (2 x p ) M E G 2 x M W 各反應(yīng)器反應(yīng)液中乙二醇數(shù)量N T 0 ( M r 2 x p ) M E G 酯化反應(yīng)生成水?dāng)?shù)量2 N T 0 x M W 各酯化釜中水、EG的汽化量和反應(yīng)液中殘留量由表15中參數(shù)計(jì)算。 各縮聚釜蒸出EG數(shù)量N T 0 M r M E G表4 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)反應(yīng)器位號R101R102R201R202R300xpM rX n輸出低聚物/%(質(zhì)量）H2O汽化/%(質(zhì)量)汽相EG/（

28、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 3、 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)選時間，計(jì)算單位定為kg / h。 雖然整個工藝過程比較復(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，所以采用順流程的計(jì)算順序。 4、 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11萬噸，年開工300d.連續(xù)生產(chǎn) ，切粒

29、、包裝工序物料損失率 0.5。 PTA投料質(zhì)量流量：W T015354.55×0.8590513190.33kg/h PTA投料摩爾流量：N T013190.33÷16679.4598kmol/h 5、 順流程逐個設(shè)備的計(jì)算 R101物料衡算 1.010101.1101.3101.2R101 101.1 PTA：13190.33kg/h EG：N T0 ·M r0·M EGN T0×1.12×625517.69kg/h 催化劑：W T0 ×0.05%13190.33×0.056.60kg/h 合計(jì)：13190.33

30、5517.696.6018714.62kg/h 101.2 H 2O :2N T0 ×x ×M W ×0.97 2 N T0 × 0.89 × 18 × 0.972469.52kg/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)：2469.52 4942.29 7411.81kg/h 101.3 EG: 4942.29 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：6.60 kg/h H 2O:2469.52 ×0.03 ÷ 0.97

31、 76.38kg/h EG: N T0×(M r2xp)×M EG N T0 (1.122×0.890.75)×62443.39/h 聚合物：N T0 M T ( 2x p ) M EG 2 x M W N T0 166( 2×0.890.75 ) ×622×0.89×18 15718.74 kg/h 合計(jì): 6.6076.38443.3915718.7416245.11kg/h R101物料衡算驗(yàn)算： 總進(jìn)料量18746.624942.2923656.91kg/h 總出料量16245.117411.8123656

32、.92 kg/h R102物料衡算 102.2 H 2O：(2 N T0×x×1876.38 )×0.92 N T0× (0.970.89 )×1876.38×0.9 274.70kg/h(R102中生成水加上R101中殘留水的90被蒸出) 合計(jì)：274.70614.41889.11 kg/h 102.3 EG：614.41kg/h 102.1 催化劑：6.60 kg/h H 2O：274.70×0.1÷0.930.52kg/h EG：N T0× ( M r 2xp )×M EGN T0

33、5;(1.122×0.970.87)×62 246.33kg/h 聚合物：N T0 M T 2x p )×M EG 2x M W N T0×166(2×0.970.87)×622×0.97×18 15686.95 kg/h 合計(jì)：6.6030.52246.3315686.9515970.40 kg/h R201物料衡算在R201中加入消光劑EG溶液（003.1）。由于抽真空會有少量聚合物被夾帶出，使201.1中的 N T0減少為 N T0' ,同時夾帶出極少量的消光劑及催化劑。 003.1 （20%消光劑E

34、G混合漿液） 消光劑：W T×0.005=65.95 kg/h EG: 65.95×0.8÷0.2 =263.80kg/h 合計(jì)：65.95263.80=329.75 kg/h 201.1 N T0 '=0.999 N T0 =79.3803 kmol/h （由于抽真空帶出低聚物引起） 消光劑：65.95×0.999=65.88 kg/h 催化劑：6.60×0.999=6.59 kg/h EG：N T0 '( M r2xp)×M EG=N T0 '( 1.052×0.990.96 )×62

35、=147.65 kg/h 聚合物：N T0 ' MT(2xp)×M EG2xM W =N T0 '×166(2×0.990.96)×622×0.99×18 =15368.03kg/h 合計(jì)：65.88147.6515368.036.59=15588.15 kg/h 201.2 消光劑：65.95×0.001=0.07kg/h 催化劑：6.60×0.001=0.01 kg/h H 2O：2 N T0×x×1830.52=2 N T0(0.990.97)×1830.5287

36、.73 kg/h （R201中生成的水加上R102中殘留的水全部被蒸出） EG: N T0×M r×M EG263.80=N T0×(1.121.05)×62263.80=608.66kg/h （隨消光劑帶入的乙二醇全部被蒸出） 聚合物：15368.03×0.001÷0.999=15.38kg/h（抽真空帶出低聚物的數(shù)量） 合計(jì)：0.070.0187.73608.6615.38=711.85 kg/h R201物料平衡驗(yàn)算：總進(jìn)料量=15970.40329.75=16300.15 kg/h 總出料量=15588.15711.85=16

37、300.00 kg/h R202物料衡算 在R202中由于抽空氣會有少量聚合物被夾帶出，使201.1中的N T0' 減少為N T0''。同時夾帶出極少量的消光劑及催化劑。 202.1 N T0''=0.9995×N T0'=79.3406kg/h（由于抽真空帶出低聚物引起） 消光劑：65.88×0.9995=65.85 kg/h 催化劑：6.59×0.9995=6.59kg/h EG: N T0''×( M r2xp)×M EG=N T0''×(1.026

38、20.984)×62=49.19 kg/h 聚合物：N T0'' MT(2xp)×M EG2xM W =N T0''×166(20.984)×622×18 =15312.10 kg/h 合計(jì)：65.856.5949.1915312.10=15433.73 kg/h 202.2 消光劑：65.88×0.0005=0.03 kg/h 催化劑：6.59×0.0005=0.00 kg/h H 2O: 2 N T0'×x×18=2 N T0'×(10.99)

39、×18=28.58kg/h 聚合物：15312.10×0.0005÷0.9995=7.66kg/h EG: N T0'×M r×M EG=N T0'×(1.051.026)×62=118.12 kg/h 合計(jì)：0.0328.587.66118.12=154.39 kg/h R202物料平衡驗(yàn)算：總進(jìn)料量=15588.15kg/h 總出料量=15433.73154.39 =15588.12kg/h R203物料衡算 203.1 消光劑：65.85kg/h 催化劑：6.59 kg/h EG：N T0'&#

40、39;×( M r2xp)×M EG=0 kg/h 聚合物：N T0'' MT(2xp)×M EG2xM W =N T0''×166(20.9901)×622×18 =15282.09 kg/h 合計(jì)：65.856.5915282.09=15354.53 kg/h 203.2 EG：=N T0''×M r×62=N T0''(1.0261.0099)×62 =79.20 kg/h R203物料平衡驗(yàn)算：總進(jìn)料量=15433.73 kg/h 總

41、出料量=15354.5379.20=15433.73kg/h 計(jì)算出的203.1的數(shù)量與開始計(jì)算時求出的PET熔體的流量相同，說明物料衡算的整個過程是正確的。7 6、物料平衡表 見表5。 表5 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PTAEGW催化劑消光劑聚合物合計(jì)101.0101.1101.2101.3102.1102.2102.3201.1201.2003.1202.1202.2203.1203.213190.335517.69443.394942.294942.29246.33614.41614.41147.65608.66263.8049.19118.1279.

42、2076.382469.5230.52274.7087.7328.586.606.606.606.590.016.596.5965.880.0765.9565.850.0365.8515718.7415686.9515368.0315.3815312.107.6615282.0918714.6216245.117411.814942.2915970.40889.11614.4115588.15711.85329.7515433.73154.3915354.5379.20第二節(jié) 能量衡算（1）主要物性參數(shù)，由相關(guān)資料查得以下數(shù)據(jù)： HEG（25）454.92KJ/mol HPTA（25）781.

43、906KJ/molHPET（25）209.2KJ/mol H水（25）241.818KJ/molCP（水） 33.577 J/mol CP（PET）261.1J/mol CP（EG）3.7KJ/mol 反應(yīng)熱：酯化：32.89KJ/mol 縮聚：-8.36KJ/mol EG汽化潛熱：740.22KJ/Kg（2）基本公式 QH出H進(jìn) QWCP T HH2H1CPT 汽化熱 H汽/T沸88 J/mol8（3）主要反應(yīng)條件見表11。表6 PET生產(chǎn)主要反應(yīng)條件名稱混合釜酯化一釜酯化二釜前縮聚釜中縮聚釜后縮聚釜T()t (h)P(105Pa)30400.7512502601.52.0152.02552

44、601.7526527511.50.50.82752800.810.050.0828028511.30.010.02（4）主要計(jì)算過程 根據(jù)物料平衡關(guān)系示意圖，忽略催化劑、消光劑的影響。將EG投入漿料罐時，取室溫為25。參考表17的工藝條件參數(shù)。101.0進(jìn)料EG帶入的能量： HEG（25） HEG（25）×NT0（EG）454.92KJ/mol×5517.69kg/h÷62kg/kmol 40485605.40 KJ/h 式中 NT0（EG）EG的進(jìn)料摩爾流量進(jìn)料PTA帶入的能量：HPTA（25） HPTA（25）×NT0（PTA） 781.906KJ

45、/mol×79.4598Kmol/h 62130094.38 KJ/h 式中 NT0（PTA）PTA的進(jìn)料摩爾流量。 合計(jì)：40485605.4062130094.38102615699.78KJ/h101.2 取第一酯化反應(yīng)釜的溫度為250，上升水蒸汽的質(zhì)量流量為2469.52KJ/h，上升EG蒸汽的質(zhì)量流量為4942.29KJ/h，則 H水（250）（HCPT）N241.81833.577×10-3（25025）×2469.52×103÷18 32139866.44kJ/hH汽（水） 88×10-3×（273100）&#

46、215;2469.52×103÷18 4503306.92 KJ/h反應(yīng)熱：酯化=13190.33×1000/166×0.89×32.89=2325955.78 KJ/h 縮聚=13190.33×1000/166×0.75×（8.36）=498213.07KJ/h合計(jì)： 32139866.444503306.922325955.78498213.0725808816.81KJ/h102.2 取第二酯化釜的溫度為260，上升水蒸汽的質(zhì)量流量為274.70 Kg/h，上升EG蒸汽的質(zhì)量流量為614.41KJ/h，則 H

47、水（260）（HCPT）N241.81833.577×10-3（26025）×274.70×103÷18 3569992.12 KJ/h H汽（水） 88×10-3×（273100）×274.70×103÷18500930.71KJ/h反應(yīng)熱：酯化=13190.33×1000/166×（0.970.89）×32.89=209074.68 KJ/h 縮聚=13190.33×1000/166×（0.870.75）×（8.36）=79714.09KJ/h合計(jì)： 3569992.12500930.71209074.6879714.092939700.82KJ/h201.2 取前縮聚反應(yīng)器的溫度為270，上升水蒸汽的質(zhì)量流量為87.73 Kg/h，上升EG蒸汽的質(zhì)量流量為608.66KJ/h，則 H水（270）（HCPT）N241.81833.577×10-3（27025）×87.73×103÷18 1138499.67 KJ/hH汽（水） 88×10-3×（273100）×87.73×103/18159980.53