PET合成工藝課設(shè)資料

1、目錄第章總論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(huì)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：polyethyleneterephthalate,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技術(shù)成熟，其發(fā)展速度使任何

2、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)120C,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(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，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

3、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(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。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(huì)，不斷完善和提高聚酯的生產(chǎn)技術(shù)，并研究開發(fā)新型聚酯產(chǎn)品，以增強(qiáng)我國聚酯行業(yè)的競

4、爭能力。PET簡介1.1PET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(shí)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昆合漿液）投料配比：EGPTA=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(hào)R101R102R201R202R203酯化率0.890.970.9911縮聚反應(yīng)程度0.750.870.960.9840.9901EGPTA（摩爾比）1.1

5、21.121.051.0261.0099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、回收工序。聚合工序采用二級(jí)酯化釜、三級(jí)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

6、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、精儲(chǔ)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)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法值接酯

7、化法）。2CHQH+HOOCCOOHOIICH3OC（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DMT99.%）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：OIIC-OCH3+2H2OOIICH3O-COII酯交換COCH3+2HOCH2CH20HBHET+2CH30H縮聚BHET*PET（2）直接法PTA法采用高純度的對苯二甲酸（PTA）或中純度

8、對苯二甲酸（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：2HOCH2cH2OH+HOOC+2H2OHOCH2CH2O一OCH2CH2OHOL、OqnBHETH-OCH2CH2O-cYC）COCh2CH2OH+（n-1）HOCHCH20H由于PTA法比D

9、MT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。（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(gè)方法稱為環(huán)氧乙烷法，反應(yīng)步驟如下：HOOCCOOH+2H2CCH2、/O(EO)加成縮聚>BHET»PET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)生成聚醴，反應(yīng)熱大（約100kJ/mol）,EO在常溫下為氣體且易熱分解，

10、運(yùn)輸及儲(chǔ)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（terphthalicacid或1,4-benzenedicarboxylicacid,即TA）,而PTA則是純對苯二甲酸（purifiedterephthalicacid）的簡稱，分子式為C8H6。4,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。PE

11、T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)純度%（質(zhì)量）>99.96酸值mgKOH/g675對甲苯甲酸含量NL/L601004-竣基苯甲醛含量LL/L510濕度%（質(zhì)量）0.1金屬含量LL/L67離子含量LL/L12灰分LL/L10（2）EG:纖維級(jí)的乙二醇，最低純度為99.7%（質(zhì)量），二酊醇最大含量為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

12、烷水和法和甲醇-一氧化碳合成法。表2為纖維級(jí)乙二醇的商品規(guī)格表2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%（質(zhì)量）>99.7二酊醇含量%（質(zhì)量）<0.1沸點(diǎn)范圍C196200c相對密度（20C）1.11501.1156透射率%350nm>92276nm>90220nm>60含水量%（質(zhì)量）<0.3鐵離子含量LL/L<1.0乙酸含量%（質(zhì)量）<0.005醛含量LL/L<30外觀純凈透明的液體（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催化劑1促進(jìn)反應(yīng)，要求活性高三氧化二睇2對聚合物的熱穩(wěn)定

13、性影響下0.03%(DMT)3可溶于反應(yīng)混合物醋酸睇4在酯交換或縮聚前加入0.01%0.05%(DMT)穩(wěn)定劑1防止聚合物受熱分解亞磷酸，磷酸二甲酯，磷酸2酯交換后期或縮聚前加入二年0.03%(DMT)消光齊1J調(diào)節(jié)纖維的光澤，要求粒度細(xì)，二氧化鈦分散性好，縮聚或紡絲加口入0.3%1%(DMT)催化劑為了加速BHET的縮聚反應(yīng)，常須加入催化劑。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，如醋酸鉆、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

14、降解，自身又能被產(chǎn)生的竣基抑制而中毒”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Sb2O3o由動(dòng)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0.03%0.05%。因Sb2O3溶解性稍差，近年來有采用溶解性好的醋酸睇，或熱降解作用小的錯(cuò)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(shí)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

15、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，在同樣的反應(yīng)時(shí)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(gè)副作用。穩(wěn)定劑用量一般為PTA的1.25%（質(zhì)量），或DMT的1.5%3%（質(zhì)量）。消光劑常為TiO2(平均粒度0.5pm)。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)，

16、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(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(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

17、，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11bar絕壓蒸汽，達(dá)到反應(yīng)溫度160c后保持三個(gè)小時(shí)，后停蒸汽打開冷卻水冷卻至50C。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,

18、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

19、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)制成均勻的漿料。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

20、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儲(chǔ)分，分儲(chǔ)出來的EG返回到反應(yīng)器內(nèi)。水蒸氣從塔頂儲(chǔ)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，在工藝塔中分儲(chǔ)。分儲(chǔ)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

21、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，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、

22、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)、直接紡長絲車問。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，

23、并完全浸沒在約25c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(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)方程式：酯化反應(yīng)(esterification)COOH+HOCH2CH2OHCOOH2CH2OH+H2O酯化縮聚反應(yīng)(polycondensationbyesterification)縮聚反應(yīng)(polycondensation)2COCH2CH2OH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

24、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：Mr=Np/Nto平均聚合度：Xn=1/(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

25、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=Mr0o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)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)系簡圖如下圖1PTA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101.1 漿料；101.1,102.1酯化產(chǎn)

26、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；101.3,102.3回流EG;003.1消光齊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(shí)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PET1O聚合物相對分子質(zhì)量符合MtMEGMwMpM

27、pet相對分子質(zhì)量166621816219454由于各反應(yīng)器中發(fā)生的主要化學(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=Nt0Mt+（2x-p）Meg-2xMw各反應(yīng)器反應(yīng)液中乙二醇數(shù)量=Nt0（Mr-2x+p）Meg酯化反應(yīng)生成水?dāng)?shù)量=2Nt0?xMw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=Nt0?MrMeG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(hào)R101R102R201R202R300x0.890.970.9911P0.750.870.960.9840

28、.9901Mr1.121.121.051.0261.0099Xn4.07.692325.062.5101.0輸出低聚物/%（質(zhì)000.1(a)0.05(b)0量）9790H2O汽化/%（質(zhì)量）36.7539.37汽相EG/%（摩爾）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(shí)間，計(jì)算單位定為kg/ho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（PTA）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（PTA）投料流量PET熔體流量與PTA理論投料流量（Wt）的關(guān)系：M19454熔體流量二_PETWT(cd)WrW0.0055WtxnMt101166熔體

29、流量PTA實(shí)際投料流量=0.85905m熔體流量kg/h-1.1658Wtkg/h（1_a）M（1-b）0.999父0.9995父1.1658"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、包裝工序物料損失率0.5%。PET熔體流量1110300x24x(10.005)=15354.55kg/hPTA投料質(zhì)量流量：Wto=15354.550.85905=13190.33kg/hPTA投料摩爾流量：Nto=13190.33466=79.4598kmol/h5、順流程逐個(gè)設(shè)備的計(jì)算R101物料衡算101.1PTA:13190.33kg/h101.2101.3EG:NtoMro

30、Meg=NtoX1.1262=5517.69kg/h1010_1011催化劑：Wto8.05%=13190.33灰05%=6.60kg/h*R101合計(jì)：13190.33+5517.69+6.60=18714.62kg/h101.2H2O:2Ntox?xXM8.97=2Nto乂0.89餡處.97=2469.52kg/h(酯化反應(yīng)生成的水有97%被汽化)03675621-0.367518EG:2469.52黑黑一=4942.29kg/h(氣相中EG摩爾分率為0.3675)合計(jì)：2469.52+4942.29=7411.81kg/h101.3EG:4942.29kg/h（蒸出的乙二醇經(jīng)分離后全部返

31、回到反應(yīng)器R101中，且無其他組分）101.1催化劑：6.60kg/hH20:2469.520.030.97=76.38kg/hEG:NtoMr-2x+p)>Meg=Nto(1.122>0.89+0.75)62=443.39kg/h聚合物：NtoMt+(2xp)Meg2xMw=NT0166+(20.89-0.75)622>0,8918=15718.74kg/h合計(jì)：6.60+76.38+443.39+15718.74=16245.11kg/hR101物料衡算驗(yàn)算：總進(jìn)料量=18746.62+4942.29=23656.91kg/h總出料量=16245.11+7411.81=2

32、3656.92kg/hR102物料衡算102.2H2O:(2Nt0X?xX1876.38)0啕=2NT0X(0.97-0.89)18+76.380.9=274.70kg/h(R102中生成水加上R101中殘留水的90%被蒸出)EG:274.700,393762=614.41kg/h1-0,393718合計(jì)：274.70+614.41=889.11kg/h102.3EG:614.41kg/h102.1催化劑：6.60kg/hH2O:274,700.10.9=30.52kg/hEG:NT0X(Mr-2x+p)Meg=Nt0><1,12-2X0.97+0.87)62=246.33kg/h

33、聚合物：Nt0Mt+2xp)Meg-2xMw=Nt0>166+(2)0,97-0.87)62-2>0,9718=15686.95kg/h合計(jì)：6.60+30.52+246.33+15686.95=15970.40kg/hR201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NT0減少為Nt0',同時(shí)夾帶出極少量的消光劑及催化劑。003.1(20%消光齊1JEG混合漿液)消光劑：Wt>0,005=65.95kg/hEG:65,950.80.2=263.80kg/h合計(jì)：65.95+263.80=329.75kg/

34、h201.1NT0'=0.999NT0=79.3803kmol/h(由于抽真空帶出低聚物引起)消光劑：65.950,999=65.88kg/h催化劑：6.600.999=6.59kg/hEG:Nto'(Mr-2x+p)>Meg=Nto'(1.052>0.99+0.96)62=147.65kg/h聚合物：Nto'Mt+(2xp)>Meg-2xMw=Nto'166+(2)0.99-0.96)62-2>0.9918=15368.03kg/h合計(jì)：65.88+147.65+15368.03+6.59=15588.15kg/h201.2消光

35、劑：65.950.001=0.07kg/h催化劑：6.600.001=0.01kg/hH2O:2NtoX?xX1830.52=2Nto（0.99-0.97）18+30.52=87.73kg/h（R201中生成的水加上R102中殘留的水全部被蒸出）EG:NtoX?Mr>Meg+263.80=Nto><1.121.05）62+263.80=608.66kg/h（隨消光劑帶入的乙二醇全部被蒸出）聚合物：15368.030.0010.999=15.38kg/h（抽真空帶出低聚物的數(shù)量）合計(jì)：0.07+0.01+87.73+608.66+15.38=711.85kg/hR201物料平衡

36、驗(yàn)算：總進(jìn)料量=15970.40+329.75=16300.15kg/h總出料量=15588.15+711.85=16300.00kg/hR202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Nto'減少為Nto”。同時(shí)夾帶出極少量的消光劑及催化劑。消光劑：催化劑：EG:Nto''聚合物：202.1Nto''=0.9995N淅o'=79.3406kg/h（由于抽真空帶出低聚物引起）65.880.9995=65.85kg/h6.590.9995=6.59kg/h(>Mr-2x+p)>Meg=Nto'

37、9;(1.0262+0.984)62=49.19kg/hNto''Mt+(2x-p)Meg2xMw=Nto''166+(2-0.984)622M8=15312.10kg/h201.1合計(jì)：65.85+6.59+49.19+15312.10=15433.73kg/h202.2消光劑：65.880.0005=0.03kg/h催化劑：6.590.0005=0.00kg/hH2O:2Nto'x?xX18=2TN0.99)18=28.58kg/h聚合物：15312.100.00050.9995=7.66kg/hEG:Nto'X?M>Meg=Nto&#

38、39;(1.05-1.026)62=118.12kg/h合計(jì)：0.03+28.58+7.66+118.12=154.39kg/hR202物料平衡驗(yàn)算：總進(jìn)料量=15588.15kg/h總出料量=15433.73+154.39=15588.12kg/hR203物料衡算同心十203.1 消光劑：65.85kg/h催化劑：6.59kg/hEG:Nto''(>Mr-2x+p)>Meg=0kg/h聚合物：Nto''Mt+(2xp)>Meg2xMw=Nto''166+(2-0.9901)622M8=15282.09kg/h合計(jì)：65.85+

39、6.59+15282.09=15354.53kg/h203.2 EG:=Nto''X?M62=Nto''(1.026-1.0099)62=79.20kg/hR203物料平衡驗(yàn)算：總進(jìn)料量=15433.73kg/h總出料量=15354.53+79.20=15433.73kg/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。76、物料平衡表見表5。表5PAT直接酯化縮聚連續(xù)操作物料平衡表單位：kg/h物流代PTA號(hào)EG催化劑消光劑聚合物合計(jì)101.013190.335517.696.6018714.62101.144

40、3.3976.386.6015718.7416245.11101.24942.292469.527411.81101.34942.294942.29102.1246.3330.526.6015686.9515970.40102.2614.41274.70889.11102.3614.41614.41201.1147.656.5965.8815368.0315588.15201.2608.6687.730.010.0715.38711.85003.1263.8065.95329.75202.149.196.5965.8515312.1015433.73202.2118.1228.580.037.

41、66154.39203.16.5965.8515282.0915354.53203.279.2079.20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):H9eg(25C)=454.92KJ/molH9pta(25C)=781.906KJ/molH9pet(25C)=209.2KJ/molH9水(25C)=241.818KJ/molCp(水)=33.577J/molCp(PET)=261.1J/molCp(EG)=3.7KJ/mol反應(yīng)熱：酯化：32.89KJ/mol縮聚：-8.36KJ/molEG汽化潛熱：740.22KJ/Kg(2)基本公式W2Q=W2H出一IZH進(jìn)Q=WCpat

42、AH=H2Hi=CpAT汽化熱H7ST沸=88J/mol網(wǎng)(3)主要反應(yīng)條件見表11。表6PET生產(chǎn)主要反應(yīng)條件前縮聚釜1T(C)3040250260255260265275275280280285t(h)0.7511.52.01.7511.50.8111.3一5一P(105Pa)152.00.50.80.050.080.010.02(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(shí)，取室溫為25C。參考表17的工藝條件參數(shù)。101.0進(jìn)料EG帶入的能量：Heg(25C)=H9eg(25C)xNt0(EG)=454.92KJ/mol)5517.69kg/h6

43、2kg/kmol=40485605.40KJ/h式中Nto(EG)EG的進(jìn)料摩爾流量進(jìn)料PTA帶入的能量：Hpta(25C)=H9pta(25C)XNt。(PTA)=781.906KJ/mol79.4598Kmol/h=62130094.38KJ/h式中Nto(PTA)PTA的進(jìn)料摩爾流量。合計(jì)：40485605.40-62130094.38=-102615699.78KJ/h101.2取第一酯化反應(yīng)釜的溫度為250C,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(250C)=(H9+CpAT)N=241.818+33.57710-3(2

44、5025)>2469.52X038=32139866.44kJ/hH汽(水)=88X10-3x(273+100)>2469.52103勺8=4503306.92KJ/h反應(yīng)熱：酯化=13190.33X000/166)0.89:32.89=2325955.78KJ/h縮聚=13190.331000/1660.75義(8.36)=-498213.07KJ/h合計(jì)：一32139866.44+4503306.92+2325955.78-498213.07=25808816.81KJ/h102.2取第二酯化釜的溫度為260C,上升水蒸汽的質(zhì)量流量為274.70Kg/h,上升EG蒸汽的質(zhì)量流量

45、為614.41KJ/h,則H水(260C)=(H9+CpAT)N=-241.818+33.57710-3(260-25)>274.70M03勺8=3569992.12KJ/hH汽(水)=88X10-3x(273+100)>274.70103勺8=500930.71KJ/h反應(yīng)熱：酯化=13190.33>1000/166乂(0.970.89)M2.89=209074.68KJ/h縮聚=13190.331000/166X(0.870.75)X(8.36)=79714.09KJ/h合計(jì)：3569992.12+500930.71+209074.6879714.09=2939700.82KJ/h201.2取前縮聚反應(yīng)器的溫度為270C,上升水蒸汽的質(zhì)量流量