聚酯合成工藝生產(chǎn)實習(xí)用演示文稿

1、聚酯合成工藝生產(chǎn)實習(xí)用演示文稿第一頁，共三十一頁。聚酯合成工藝生產(chǎn)實習(xí)用第二頁，共三十一頁。第一節(jié) 聚酯簡介官能團(tuán)：酯基-COO- 、羥基、羧基分子鏈剛性大半晶高聚物：結(jié)晶度45%熱學(xué)性質(zhì):熔點255-265，熔融熱；耐熱性和熱穩(wěn)定性好，尺寸穩(wěn)定性高；聚對苯二甲酸乙二醇酯，常簡稱為聚酯（Polyethylene terephthalate，PET ）第三頁，共三十一頁。第一節(jié) 聚酯簡介聚酯車間紡絲車間加彈車間動力部設(shè)備部品管部PTAEGPET熔體PET熔體POYFDYPOYDTY生產(chǎn)車間輔助車間第四頁，共三十一頁。低聚物高聚物酯化脫水縮聚脫乙二醇直接酯化法的合成路線第一節(jié) 聚酯簡介生產(chǎn)工藝中都

2、設(shè)置了酯化反應(yīng)釜，使PTA與EG 先生成BHET，然后進(jìn)入縮聚反應(yīng)，將不同官能團(tuán)的兩種單體之間的反應(yīng)轉(zhuǎn)化為同一官能團(tuán)同一種單體內(nèi)部的反應(yīng)，從而較順利地獲得高聚合度的PET第五頁，共三十一頁。第一節(jié) 聚酯簡介“三釜”流程漿料配制酯化預(yù)縮聚終縮聚EG回收EG循環(huán)熔體輸送紡絲H2OPTAEG第六頁，共三十一頁。第一節(jié) 聚酯簡介漿料配制酯化1酯化2預(yù)聚終聚EG回收EG循環(huán)熔體輸送紡絲H2OPTAEG“四釜”流程第七頁，共三十一頁。“五釜”流程漿料配制酯化1酯化2預(yù)聚1預(yù)聚2終聚EG回收EG循環(huán)熔體輸送紡絲H2OPTAEG第一節(jié) 聚酯簡介長樂化纖采用“五釜”聚合工藝：（1）酯化反應(yīng)溫度較低，停留時間較長

3、，但操作穩(wěn)定，產(chǎn)品中二甘醇（DEG）含量較低，產(chǎn)品質(zhì)量較好；（2）采用刮板冷凝器，解決了縮聚真空系統(tǒng)低聚物堵塞的問題；（3）五釜流程易于實現(xiàn)共聚合改性。第八頁，共三十一頁。第一節(jié) 聚酯簡介聚酯五釜流程（酯化1、酯化2、預(yù)縮1、預(yù)縮2、終縮）第九頁，共三十一頁。熔體紡絲成形動力學(xué)第一節(jié) 聚酯簡介聚酯五釜流程（酯化1、酯化2、預(yù)縮1、預(yù)縮2、終縮）第十頁，共三十一頁。第二節(jié) 聚酯合成工藝與原理PTA：精對苯二甲酸，熔點300，不溶于水外觀：白色粉末平均粒徑：M10m（中心值范圍95120m） EG：乙二醇，沸點197.3，與水互溶外觀：無色透明液體酸值：0.03mgkOH/gPTA：EG（摩爾比）

4、1:1.2乙二醇過量可以促進(jìn)正反應(yīng)的進(jìn)行，防止EG在高溫下蒸發(fā)損失；當(dāng)EG過量時，會發(fā)生EG之間、EG與BHET之間的醚化反應(yīng)。PTA、EG漿料配制第十一頁，共三十一頁。第二節(jié) 聚酯合成工藝與原理催化劑：銻系、鍺系、錫系、鈦系PTA、EG漿料配制銻系催化劑目前聚酯生產(chǎn)廣泛采用的一類催化劑，三氧化二銻（Sb2O3）、乙二醇銻（Sb2EG3）；銻系催化劑催化活性較高，對副反應(yīng)的促進(jìn)作用也較小；三價銻在縮聚時可被還原物質(zhì)還原產(chǎn)生金屬銻，從而使聚酯聚合物帶有灰霧色；二是具有毒性。特別對肝臟有不良的影響。鈦系催化劑鈦系催化劑縮聚是很有前途的催化劑，因為它催化活性特性高；鈦系催化劑促進(jìn)副反應(yīng)也較明顯，所得

5、到的聚酯熱穩(wěn)定性差，色澤發(fā)黃。第十二頁，共三十一頁。第二節(jié) 聚酯合成工藝與原理催化劑：銻系、鍺系、錫系、鈦系-在打漿階段添加，200-300ppmPTA、EG漿料配制錫系催化劑錫系催化劑縮聚活性高，但所得聚酯的端羧基量較大，軟化點也較低，易帶黃色；容易生成凝膠產(chǎn)物。可以得到白度高、灰分含量低和透明的PET；所得PET中醚鍵含量較多，熔點較低。而且鍺系催化劑價格較貴；作為纖維聚酯的催化劑沒有明顯優(yōu)點。鍺系催化劑第十三頁，共三十一頁。14第二節(jié) 聚酯合成工藝與原理PTA、EG漿料配制第十四頁，共三十一頁。第二節(jié) 聚酯合成工藝與原理PTACOOH HOCH2CH2OHHOOC- H2OEGCOOH

6、HOCH2CH2OHHOOC- H2OEGCOOH HOCH2CH2OHHOOC- H2OEGCOOH HOCH2CH2OHHOOC- H2OEGBHET酯化反應(yīng)酯化反應(yīng)可在PTA的氫離子（H+）自催化作用下進(jìn)行，自催化的反應(yīng)機(jī)理是原料PTA羧基解離的H+自催化和EG進(jìn)行親和酯化反應(yīng)。其實，酯化反應(yīng)和縮聚反應(yīng)在整個生產(chǎn)過程中都同時存在，在反應(yīng)剛開始，反應(yīng)條件有利于酯化反應(yīng)的進(jìn)行。酯化反應(yīng)為可逆反應(yīng)，為了向正反應(yīng)方向進(jìn)行，必須及時除去生成的水。在實際生產(chǎn)過程中，酯化反應(yīng)生成的BHET經(jīng)本體聚合生成二聚體、三聚體等，在反應(yīng)結(jié)束時，反應(yīng)物料大部分為BHET的四聚體和五聚體。在酯化反應(yīng)過程中，也有縮聚

7、反應(yīng)、水解反應(yīng)（酯化反應(yīng)的逆反應(yīng)）、醇解反應(yīng)、生成醚的副反應(yīng)等。第十五頁，共三十一頁。在所發(fā)生的化學(xué)反應(yīng)中，固態(tài)粉末狀的PTA和液態(tài)EG之間所發(fā)生的酯化反應(yīng)反應(yīng)速率很慢，一般忽略部不計。在酯化反應(yīng)的初始階段，固態(tài)PTA和EG之間進(jìn)行的酯化反應(yīng)分為如下兩步：固態(tài)粉末狀的PTA溶解于EG/酯化物的混合物中，已溶解的PTA在高溫下與EG發(fā)生酯化反應(yīng)，生成酯化物；其中主要的酯化物是對苯二甲酸雙羥乙酯（簡稱BHET）。反應(yīng)的方程式如下：第二節(jié) 聚酯合成工藝與原理酯化反應(yīng)第十六頁，共三十一頁。 酯化反應(yīng)是一個微放熱的可逆反應(yīng)，其化學(xué)平衡常數(shù)比較小，必須將反應(yīng)產(chǎn)生的水不斷除去，才能使酯化反應(yīng)不斷地向正反應(yīng)方

8、向進(jìn)行下去。因此，在酯化反應(yīng)階段，都設(shè)有用于分離和去除水的工藝塔。酯化反應(yīng)時由于PTA上的羧基電離出H+，對酯化反應(yīng)具有催化作用。 PTA在反應(yīng)混合物中的溶解度遠(yuǎn)比在純EG中的溶解度大，隨著反應(yīng)的進(jìn)行，PTA的溶解度逐漸增大。當(dāng)達(dá)到一定的反應(yīng)程度時，PTA完全溶解，反應(yīng)進(jìn)入均相酯化反應(yīng)階段，這時的酯化率就稱為“清晰點”（Es約為89）。H+自催化加速第二節(jié) 聚酯合成工藝與原理酯化反應(yīng)第十七頁，共三十一頁。第二節(jié) 聚酯合成工藝與原理酯化反應(yīng)第十八頁，共三十一頁。酯化1階段反應(yīng)溫度：250-255反應(yīng)壓力：0.3MPa反應(yīng)時間：。酯化率：92%-94%第二節(jié) 聚酯合成工藝與原理酯化反應(yīng)酯化2階段反

9、應(yīng)溫度：260-265反應(yīng)壓力：0.3MPa反應(yīng)時間：酯化率：96%-98%不管酯化過程的分段數(shù)量是多少，在酯化反應(yīng)結(jié)束時，總要求其酯化率大于95%。注：一段酯化工藝要比三段酯化工藝少兩只反應(yīng)釜，在工藝流程上前者就顯得十分緊湊，而且反應(yīng)所需的時間也比較短，這就要求酯化反應(yīng)器的設(shè)計思路新穎，結(jié)構(gòu)合理，工藝參數(shù)選擇適當(dāng)。第十九頁，共三十一頁。HO(CH2)2 (OOCCOO (CH2)2)nOHPETHO(CH2)2 (OOCCOO (CH2)2)nOHPETHO(CH2)2 (OOCCOO (CH2)2)nOHPETHO(CH2)2 (OOCCOO (CH2)2)nOHPETBHET- EG第二

10、節(jié) 聚酯合成工藝與原理縮聚反應(yīng)由于縮聚反應(yīng)是可逆反應(yīng)，并且反應(yīng)平衡常數(shù)較小，因此在反應(yīng)過程中必須盡快除去反應(yīng)生成的EG，否則會影響縮聚反應(yīng)速率和聚合度?？s聚階段主要是一個鏈增長的過程。因此縮聚反應(yīng)一般是在高溫、高真空的條件下進(jìn)行的。第二十頁，共三十一頁?？s聚反應(yīng)是聚酯合成過程中的鏈增長反應(yīng)。通過這一反應(yīng)，兩個-羥基乙酯基之間發(fā)生縮聚并脫去一分子的EG。反應(yīng)式如下：反應(yīng)的機(jī)理實質(zhì)是酯交換反應(yīng)。其中，x1，y1，n = x + y。第二節(jié) 聚酯合成工藝與原理縮聚反應(yīng)第二十一頁，共三十一頁。第二節(jié) 聚酯合成工藝與原理預(yù)縮1階段立式不帶攪拌反應(yīng)溫度：265-270反應(yīng)壓力：20-25KPa反應(yīng)時間：0

11、.5h酯化率：98%縮聚轉(zhuǎn)化率：85%特性粘度：預(yù)縮2階段臥式帶攪拌反應(yīng)溫度：270-275反應(yīng)壓力：3.5KPa反應(yīng)時間：0.75h酯化率：99.5%縮聚轉(zhuǎn)化率：92%-94%特性粘度：縮聚反應(yīng)-預(yù)縮聚第二十二頁，共三十一頁。通常采用臥式結(jié)構(gòu)，finisher反應(yīng)槽具有大的，不斷更新的反應(yīng)物蒸發(fā)表面，以使反應(yīng)物獲存多余的EG，能夠迅速的從粘稠物料中蒸發(fā)出來盡可能的增加熔體脫揮面積。釜外有加熱夾套,夾套中可用聯(lián)苯和聯(lián)苯醚組成的高溫導(dǎo)熱油進(jìn)行加熱。第二節(jié) 聚酯合成工藝與原理縮聚反應(yīng)-終縮聚第二十三頁，共三十一頁。第二節(jié) 聚酯合成工藝與原理縮聚反應(yīng)-終縮聚終縮階段臥式雙軸攪拌反應(yīng)溫度：275-28

12、0反應(yīng)壓力：0.15KPa反應(yīng)時間：3-3.5h酯化率：99.5%縮聚轉(zhuǎn)化率：99%特性粘度：0.675dl/g第二十四頁，共三十一頁。第二節(jié) 聚酯合成工藝與原理縮聚反應(yīng)第二十五頁，共三十一頁。第三節(jié) 聚酯聚合產(chǎn)品的評價指標(biāo)1.特性粘度特性粘度是聚酯的非常重要的指標(biāo)，是分子內(nèi)摩擦的量度，由于高分子的流動是通過鏈段的位移形成的，鏈段越長，摩擦力越大，其特性粘度越高，因此是分子量大小的一個標(biāo)志。一般民用絲切片粘度在L/g，而工業(yè)絲切片粘度一般要0.85dL/g,通常為測試方法：采用烏式粘度計測定聚酯切片的特性粘度，溶劑苯酚/1,1,2,2-四氯乙烷（質(zhì)量比50/50，或60/40，計算公式不同）2

13、.熔點PET屬于半結(jié)晶聚合物，若聚酯100%結(jié)晶，理論熔點約在300左右，通常切片的結(jié)晶度在30-40%左右，國標(biāo)中規(guī)定熔點一般在252-262左右。測試方法：顯微鏡法，DSC法第二十六頁，共三十一頁。第三節(jié) 聚酯聚合產(chǎn)品的評價指標(biāo)3.端羧基值一般認(rèn)為，在一定的范圍內(nèi)端羧基含量高，聚酯的熱穩(wěn)定性差，隨著熱降解時間的增長，端羧基含量增大。另外，端羧基會對酯基進(jìn)行酸解反應(yīng)，使黏度降低。在縮聚過程中，聚合工藝條件有波動，縮聚的反應(yīng)溫度高，真空度偏低或停留時間過長，這些都對降低產(chǎn)品中的端羧基含量不利。測試方法：容量滴定法，光度滴定法，常規(guī)要求35mol/t4.色度色相通常用L值（黑白度）、B值（黃藍(lán)指

14、數(shù)）、a值（紅綠指數(shù)）表征。測試方法：干燥粉碎法，干燥法，常規(guī)要求：L（75-79） b（-1-6） a（）第二十七頁，共三十一頁。第三節(jié) 聚酯聚合產(chǎn)品的評價指標(biāo)5.凝集粒子凝集粒子是指凝聚粒子、凝膠粒子、炭黑粒子以及其他雜質(zhì)粒子的總稱。凝集例子對生產(chǎn)最大的影響是熔體過濾器、紡絲組件壓差上升快，縮短使用周期，增加紡絲斷頭。測試方法：顯微鏡下觀察凝聚粒子6.二甘醇二甘醇（DEG）端羥基間反應(yīng)的產(chǎn)物，該副反應(yīng)主要發(fā)生在游離EG量大的場合，聚合物中的DEG含量高，會使熔點降低，色相變差，但同時可以改善PET的染色性能，所以產(chǎn)品的DEG含量不必過低，而應(yīng)保證在指標(biāo)范圍內(nèi)穩(wěn)定；DEG在縮聚過程中幾乎不增加，主要在酯化過程中產(chǎn)生，產(chǎn)生量與酯化的進(jìn)料EG/PTA的摩爾比、酯化溫度、酯化停留時間等幾個參數(shù)有較大關(guān)系。測試方法：甲醇值降解法，乙醇胺降解法，國標(biāo)要求在0.80-1.60%第二十八頁，共三十一頁。開發(fā)了微量改性、無機(jī)/有機(jī)改性、多組分共聚合、高比例添加等多種協(xié)同改