.PET合成工藝課設(shè)資料

PAGE1目錄TOC\o"1-3"\h\u第一章總論 3PET簡(jiǎn)介 3PET的開展歷史與現(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的開展前景 24心得體會(huì) 25參考文獻(xiàn) 26第一章總論聚對(duì)苯二甲酸乙二醇酯化學(xué)式為-[OCH2-CH2OCOC6H4CO]-英文名:polyethyleneterephthalate，簡(jiǎn)稱PET，為高聚合物，別名滌綸樹脂或聚酯樹脂，俗稱滌綸。由對(duì)苯二甲酸乙二醇酯發(fā)生脫水縮合反響而來(lái)。對(duì)苯二甲酸乙二醇酯是由對(duì)苯二甲酸和乙二醇發(fā)生酯化反響所得。由于它的原料純對(duì)苯二甲酸和乙二醇及合成樹脂技術(shù)成熟，其開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，外表平滑有光澤。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(guò)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。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(lái)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，因此使其更具開展優(yōu)勢(shì)。而且近年來(lái)隨著人們生活水平的提高，我國(guó)乃至全球?qū)埘サ男枨笤絹?lái)越大，更為我國(guó)聚酯行業(yè)的開展帶來(lái)巨大的商機(jī)，我們應(yīng)該抓住這難得的時(shí)機(jī)，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(guó)聚酯行業(yè)的競(jìng)爭(zhēng)能力。PET簡(jiǎn)介1.1PET的開展歷史與現(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、根本資料1、生產(chǎn)數(shù)據(jù)資料：=1\*GB3①生產(chǎn)規(guī)模：年產(chǎn)量11萬(wàn)噸/年；=2\*GB3②生產(chǎn)時(shí)間：年工作日300天/年；=3\*GB3③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%各反響器工藝控制參數(shù)及相關(guān)的氣液平衡數(shù)據(jù)表反響器位號(hào)R101R102R201R202R203酯化率0.890.970.9911縮聚反響程度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(duì)苯二甲酸〔PTA〕與乙二醇〔EG〕為原料，經(jīng)過(guò)酯化反響階段和縮聚反響階段生成聚對(duì)苯二甲酸乙二醇〔PET〕。PET的生產(chǎn)過(guò)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)，具體內(nèi)容包括：確定PTA直接酯化縮聚連續(xù)操作的工藝流程；對(duì)連續(xù)聚合反響過(guò)程進(jìn)行物料衡算；關(guān)鍵設(shè)備的選型；四、設(shè)計(jì)成果1、編寫設(shè)計(jì)說(shuō)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、繪制攪拌反響器、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(duì)苯二甲酸二甲酯(DMT)與乙二醇(EG)反響制得，也可由對(duì)苯二甲酸(PTA)與乙二醇反響制得。目前，世界各國(guó)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)?！?〕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)行酯交換反響，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先與甲醇反響生成對(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)行酯交換反響生成BHET，隨后縮聚成PET，其反響如下：〔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開展起來(lái)，此后開展迅速，PET生產(chǎn)也隨之得到了很快的開展。采用PTA為原料，PET聚酯聚合物的生產(chǎn)主要有以下兩步反響：第一步是PTA與EG進(jìn)行酯化反響，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)生縮聚反響生成PET。其反響如下：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)較平安，流程短，工程投資低，公用工程消耗及生產(chǎn)本錢較低，反響速度平緩，生產(chǎn)控制比擬穩(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，假設(shè)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，反響步驟如下：此法可省去由EO制取乙二醇這一步驟，故本錢低，且反響又快，優(yōu)于直縮法。但因EO易于開環(huán)生成聚醚，反響熱大〔約100kJ/mol〕，EO在常溫下為氣體且易熱分解，運(yùn)輸及儲(chǔ)存都比擬困難，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(duì)苯二甲酸〔terphthalicacid或1,4-benzenedicarboxylicacid，即TA〕,而PTA那么是純對(duì)苯二甲酸〔purifiedterephthalicacid〕的簡(jiǎn)稱，分子式為C8H6O4，結(jié)構(gòu)式為HOOC—C6H4—COOH，相對(duì)分子量為166.133。生產(chǎn)對(duì)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(wàn)噸，其絕大局部用于生產(chǎn)聚對(duì)苯二甲酸乙二酯〔PET〕，并進(jìn)一步用來(lái)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(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的純度到達(dá)99.96％〔質(zhì)量分?jǐn)?shù)〕以上。PTA的主要性能要求見(jiàn)表1。表1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〕mgKOH/gμL/LμL/L％〔質(zhì)量〕μL/LμL/LμL/L≥99.9667560～1005～100.16～71～210〔2〕EG：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。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(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〕μL/L％〔質(zhì)量〕μL/L≥99.7≤0.1196～200℃1.1150～1.1156≥92≥90≥60≤0.3≤1.0≤0.005≤30純潔透明的液體〔3〕添加劑：在BHET縮聚中尚需參加各種添加劑，其作用及要求見(jiàn)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)反響，要求活性高2對(duì)聚合物的熱穩(wěn)定性影響下3可溶于反響混合物4在酯交換或縮聚前參加1防止聚合物受熱分解2酯交換后期或縮聚前參加調(diào)節(jié)纖維的光澤，要求粒度細(xì)，分散性好，縮聚或紡絲前參加三氧化二銻0.03％〔DMT〕醋酸銻0.01％~0.05％〔DMT〕亞磷酸，磷酸二甲酯，磷酸二苯酯0.03％〔DMT〕二氧化鈦0.3％~1％〔DMT〕①催化劑為了加速BHET的縮聚反響，常須參加催化劑。對(duì)催化劑的要求應(yīng)力為：有較強(qiáng)的催化作用；不催化副反響及PET的熱降解反響；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(duì)BHET的縮聚反響也有催化作用，但他們?cè)诟邷叵聟s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(guò)大量的篩選和研究，至今找到的最適宜的BHET縮聚催化劑是Sb2O3。由動(dòng)力學(xué)研究測(cè)知，Sb2O3的催化活性與反響中羥基的濃度成反比。在縮聚反響的后期，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(lái)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。②穩(wěn)定劑為了防止PET在合成過(guò)程中和后加工熔融紡絲時(shí)發(fā)生熱降解〔包括熱氧降解〕，常參加一些穩(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(duì)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(guò)程中的催化劑金屬醋酸鹽相互結(jié)合，抑制了醋酸鹽對(duì)PET熱降解反響的催化作用。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)定劑可使縮聚反響的速度下降，在同樣的反響時(shí)間下所得PET的分子量較低，即對(duì)縮聚反響有緩慢作用，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〕。③消光劑常為TiO2〔平均粒度<0.5μm〕。它可使全反射光變?yōu)闊o(wú)規(guī)那么的漫射光，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(wàn)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，反響時(shí)間短，EG回收系統(tǒng)較小，不副產(chǎn)甲醇，生產(chǎn)較平安，流程短，工程投資低，公用工程消耗及生產(chǎn)本錢較低，反響速度平緩，生產(chǎn)控制比擬穩(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(gòu)的一噸袋裝PTA運(yùn)至原料倉(cāng)庫(kù)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(guò)過(guò)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(lái)的氮?dú)鈱TA密相輸送至聚酯裝置內(nèi)的PTA日料倉(cāng)，供漿料配制用?！?〕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Sb2O3參加到催化劑配制槽中。催化劑配制槽配有攪拌器，加速催化劑的溶解。當(dāng)催化劑溶液到達(dá)一定量時(shí)，在配制槽的夾套內(nèi)通入11bar絕壓蒸汽，到達(dá)反響溫度160℃后保持三個(gè)小時(shí)，后停蒸汽翻開冷卻水冷卻至50℃。經(jīng)化驗(yàn)合格后排至催化劑貯槽，再連續(xù)定量地參加到漿料混合槽中。在穩(wěn)定劑配制槽中定量的參加EG，再以人工的方式將固體的穩(wěn)定劑定量的參加槽中，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(guò)濾器將穩(wěn)定劑溶液連續(xù)定量地送往第二酯化反響釜中?！?〕消光劑的配制經(jīng)人工稱量的消光劑TiO2經(jīng)過(guò)加料臺(tái)和加料器進(jìn)入消光劑配制槽中，再在配制槽中參加定量的EG，TiO2經(jīng)攪拌器的作用均勻的分散在EG中。通過(guò)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(guò)攪拌后進(jìn)入TiO2稀釋槽，同時(shí)定量的參加EG，經(jīng)攪拌、稀釋配制成稀濃度的TiO2分散液。再通過(guò)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(lái)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，并在槽中再次參加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(guò)濾器定量地送入第二酯化反響器中。〔4〕漿料混合進(jìn)入PTA日料倉(cāng)的PTA物料，從日料倉(cāng)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(lái)的EG和從催化劑輸送泵送來(lái)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)的酯化反響器，每臺(tái)反響器均設(shè)有攪拌器及熱媒加熱夾套，在其頂局部別設(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響器中，在攪拌器的作用下與反響器中原有的酯化物完全混合。PTA/EG漿料在反響器中進(jìn)行酯化反響。酯化反響生產(chǎn)的水，以蒸汽的形式從反響器的頂部排出。同時(shí)攜帶局部的蒸汽，水蒸氣和EG蒸汽在工藝塔中得到的餾分，分餾出來(lái)的EG返回到反響器內(nèi)。水蒸氣從塔頂餾出，一局部蒸汽去真空系統(tǒng)做工作蒸汽，另一局部經(jīng)過(guò)冷凝器冷凝，變成液體進(jìn)入回流罐，其中一局部作為工藝塔塔頂回流液，另一局部液體排入污水管。在第二酯化反響器中，酯化反響繼續(xù)進(jìn)行。同時(shí)定量的參加已配制好的消光劑和穩(wěn)定劑，酯化反響生成水和一局部EG蒸汽從反響器頂部蒸出，在工藝塔中分餾。分餾出來(lái)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。從第二酯化反響器底部排出的酯化物，由輸送泵經(jīng)過(guò)過(guò)濾器送往第一縮聚反響器?！?〕縮聚縮聚區(qū)設(shè)有三臺(tái)縮聚反響器，分別在不同的真空狀態(tài)下操作。每臺(tái)反響器均設(shè)有熱媒加熱裝置和EG噴淋系統(tǒng)。酯化物進(jìn)入縮聚反響器后在真空的條件下進(jìn)一步別離出EG，并在較高的反響器溫度下逐步進(jìn)入縮聚反響。三臺(tái)縮聚反響器的反響溫度逐步提高，而反響器的壓力逐步降低，即在最終的縮聚反響器中，到達(dá)最高反響溫度和最高真空度。在第一縮聚反響器中，大局部的EG從反響器的頂部蒸出，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)入最終縮聚反響器中，通過(guò)調(diào)整溫度、真空度和停留時(shí)間來(lái)進(jìn)一步控制、調(diào)節(jié)聚合物的最終粘度。三臺(tái)縮聚反響器均設(shè)有液位控制，分別保證物料在反響器中的停留時(shí)間，有利于產(chǎn)品質(zhì)量的穩(wěn)定。最終聚合物熔體從反響器的底部出料，經(jīng)熔體輸送泵、過(guò)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)縮聚反響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(guò)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(lái)自酯化過(guò)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?！?〕切片生產(chǎn)從熔體輸送泵送來(lái)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(lái)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(méi)在約25℃的脫鹽水中。在水中鑄帶的外表逐漸冷卻凝固，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、副反響方程式：①化學(xué)變化。在PET合成過(guò)程中每一個(gè)反響器中都發(fā)生著同樣的化學(xué)反響，只是各反響器中各化學(xué)反響進(jìn)行的程度不同。主要反響方程式：酯化反響〔esterification〕酯化縮聚反響〔polycondensationbyesterification〕縮聚反響〔polycondensation〕在酯化反響釜中，以酯化反響與酯化縮聚反響為主;在縮聚釜中，以酯化縮聚與縮聚反響為主，在此不考慮副反響，業(yè)不對(duì)副反響進(jìn)行物料衡算。為了描述各反響進(jìn)行的程度特做如下定義：酯化率：x＝參加反響PTA〔mol〕/PTA初始(mol)＝[PTA初始(mol)－PTA殘留(mol)]/PTA初始〔mol〕＝(NTO－NT)/NTO縮聚反響程度：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/(1－p)②物理化學(xué)變化〔相變化〕。在各酯化釜中，由于反響溫度高，高于水和EG的沸點(diǎn)，酯化生成的水被蒸出反響體系。由于氣液平衡關(guān)系，所以反響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。為了保持酯化反響的原料配比，蒸出的EG經(jīng)別離后全部返回到反響器中，所以各酯化反響器中Mr=Mr0。在縮聚反響釜中，為了使縮聚反響向生成聚合物的方向移動(dòng)，需盡量降低反響液中EG的含量，所以縮聚階段特別是在反響后期，需在高真空的條件下進(jìn)行。各縮聚釜中生成的EG大局部被蒸出，使Mr<Mr0，但由于氣液平衡關(guān)系的存在，反響液蒸仍有少量的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(guò)程比擬復(fù)雜,在此對(duì)流經(jīng)反響器的物流進(jìn)行物料衡算,流經(jīng)反響器物料平衡關(guān)系簡(jiǎn)圖如下:101.2202.2003.1101.3201.2102.3102.2203.2101.2202.2003.1101.3201.2102.3102.2203.2101.0101.1102.1201.1202.1203.1R101R102R201R202R203圖1PTA直接酯化縮聚連續(xù)操作主反響器物料平衡關(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；203.1－PET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－消光劑2、收集的數(shù)據(jù)資料①生產(chǎn)規(guī)模。年產(chǎn)量(生產(chǎn)能力):11萬(wàn)噸/a②生產(chǎn)時(shí)間。年工作日：300d/a(24h/d)③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%。④化學(xué)變化及物理變化的變化關(guān)系化學(xué)物名稱對(duì)苯二甲酸乙二醇水PET鏈節(jié)聚合物相對(duì)分子質(zhì)量符合MTMEGMWMPMPET相對(duì)分子質(zhì)量166621816219454由于各反響器中發(fā)生的主要化學(xué)反響相同，但反響進(jìn)行的程度〔x、p〕不同，所以各反響器中物質(zhì)組成變化的計(jì)量關(guān)系是相同的，分別如下：各反響器反響液中聚合物數(shù)量＝NT0[MT＋(2x－p)MEG－2xMW]各反響器反響液中乙二醇數(shù)量＝NT0(Mr－2x＋p)MEG酯化反響生成水?dāng)?shù)量＝2NT0?xMW各酯化釜中水、EG的汽化量和反響液中殘留量由表15中參數(shù)計(jì)算。各縮聚釜蒸出EG數(shù)量＝NT0?MrMEG表4各反響器工藝控制參數(shù)及相關(guān)的氣液平衡數(shù)據(jù)反響器位號(hào)R101R102R201R202R300xpMrXn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〕10.99011.0099101.003、計(jì)算的基準(zhǔn)、單位、順序因?yàn)槭沁B續(xù)操作過(guò)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(guò)程比擬復(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：該生產(chǎn)裝置年產(chǎn)量11萬(wàn)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：WT0＝15354.55×0.85905＝13190.33kg/hPTA投料摩爾流量：NT0＝13190.33÷166＝79.4598kmol/h5、順流程逐個(gè)設(shè)備的計(jì)算①R101物料衡算1.010101.1101.3101.2R1011.010101.1101.3101.2R101PTA：13190.33kg/hEG：NT0·Mr0·MEG＝NT0×1.12×62＝5517.69kg/h催化劑：WT0×0.05%＝13190.33×0.05％＝6.60kg/h合計(jì)：13190.33＋5517.69＋6.60＝18714.62kg/h101.2H2O:2NT0×?x×MW×0.97＝2NT0×0.89×18×0.97＝2469.52kg/h〔酯化反響生成的水有97％被汽化〕〔氣相中EG摩爾分率為0.3675〕合計(jì)：2469.52＋4942.29＝7411.81kg/h101.3EG:4942.29kg/h(蒸出的乙二醇經(jīng)別離后全部返回到反響器R101中，且無(wú)其他組分)101.1催化劑：6.60kg/hH2O:2469.52×0.03÷0.97＝76.38kg/hEG:NT0×(Mr－2x＋p)×MEG＝NT0(1.12－2×0.89＋0.75)×62＝443.39㎏/h聚合物：NT0[MT＋(2x－p)MEG－2xMW]＝NT0[166＋(2×0.89－0.75)×62－2×0.89×18]＝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＝23656.92kg/h②R102物料衡算102.2H2O：(2NT0×?x×18＋76.38)×0.9＝[2NT0×(0.97－0.89)×18＋76.38]×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)：274.70＋614.41＝889.11kg/h102.3EG：614.41kg/h102.1催化劑：6.60kg/hH2O：274.70×0.1÷0.9＝30.52kg/hEG：NT0×(Mr－2x＋p)×MEG＝NT0×(1.12－2×0.97＋0.87)×62＝246.33kg/h聚合物：NT0[MT＋2x－p)×MEG－2xMW]＝NT0×[166＋(2×0.97－0.87)×62－2×0.97×18]＝15686.95kg/h合計(jì)：6.60＋30.52＋246.33＋15686.95＝15970.40kg/h③R201物料衡算在R201中參加消光劑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%消光劑－EG混合漿液〕消光劑：WT×0.005=65.95kg/hEG:65.95×0.8÷0.2=263.80kg/h合計(jì)：65.95＋263.80=329.75kg/h201.1NT0'=0.999NT0=79.3803kmol/h〔由于抽真空帶出低聚物引起〕消光劑：65.95×0.999=65.88kg/h催化劑：6.60×0.999=6.59kg/hEG：NT0'(Mr－2x＋p)×MEG=NT0'(1.05－2×0.99＋0.96)×62=147.65kg/h聚合物：NT0'[MT＋(2x－p)×MEG－2xMW]=NT0'×[166＋(2×0.99－0.96)×62－2×0.99×18]=15368.03kg/h合計(jì)：65.88＋147.65＋15368.03＋6.59=15588.15kg/h201.2消光劑：65.95×0.001=0.07kg/h催化劑：6.60×0.001=0.01kg/hH2O：2NT0×?x×18＋30.52=2NT0(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:NT0×?Mr×MEG＋263.80=NT0×(1.12－1.05)×62＋263.80=608.66kg/h〔隨消光劑帶入的乙二醇全部被蒸出〕聚合物：15368.03×0.001÷0.999=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/h④R202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NT0'減少為NT0''。同時(shí)夾帶出極少量的消光劑及催化劑。202.1NT0''=0.9995×NT0'=79.3406kg/h〔由于抽真空帶出低聚物引起〕消光劑：65.88×0.9995=65.85kg/h催化劑：6.59×0.9995=6.59kg/hEG:NT0''×(Mr－2x＋p)×MEG=NT0''×(1.026－2＋0.984)×62=49.19kg/h聚合物：NT0''[MT＋(2x－p)×MEG－2xMW]=NT0''×[166＋(2－0.984)×62－2×18]=15312.10kg/h合計(jì)：65.85＋6.59＋49.19＋15312.10=15433.73kg/h202.2消光劑：65.88×0.0005=0.03kg/h催化劑：6.59×0.0005=0.00kg/hH2O:2NT0'×?x×18=2NT0'×(1－0.99)×18=28.58kg/h聚合物：15312.10×0.0005÷0.9995=7.66kg/hEG:NT0'×?Mr×MEG=NT0'×(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/h⑤R203物料衡算203.1消光劑：65.85kg/h催化劑：6.59kg/hEG：NT0''×(Mr－2x＋p)×MEG=0kg/h聚合物：NT0''[MT＋(2x－p)×MEG－2xMW]=NT0''×[166＋(2－0.9901)×62－2×18]=15282.09kg/h合計(jì)：65.85＋6.59＋15282.09=15354.53kg/h203.2EG：=NT0''×?Mr×62=NT0''(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(shuō)明物料衡算的整個(gè)過(guò)程是正確的。[7]6、物料平衡表見(jiàn)表5。表5PAT直接酯化縮聚連續(xù)操作物料平衡表單位：kg/h物流代號(hào)PTAEGW催化劑消光劑聚合物合計(jì)101.0101.1101.2101.3102.1102.2102.3201.1201.2003.1202.1202.2203.1203.213190.335517.69443.394942.294942.29246.33614.41614.41147.65608.66263.8049.19118.1279.2076.382469.5230.52274.7087.7328.586.606.606.606.590.016.596.5965.880.0765.9565.850.0365.8515718.7415686.9515368.0315.3815312.107.6615282.0918714.6216245.117411.814942.2915970.40889.11614.4115588.15711.85329.7515433.73154.3915354.5379.20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)：HθEG〔25℃〕＝－454.92KJ/molHθPTA〔25℃〕＝－781.906KJ/molHθPET〔25℃〕＝－209.2KJ/molHθ水〔25℃〕＝－241.818KJ/molCP〔水〕＝33.577J/molCP〔PET〕＝261.1J/molCP〔EG〕＝3.7KJ/mol反響熱：酯化：32.89KJ/mol縮聚：-8.36KJ/molEG汽化潛熱：740.22KJ/Kg〔2〕根本公式∑Q＝∑H出－∑H進(jìn)Q＝WCPΔTΔH＝H2－H1＝CPΔT汽化熱H汽/T沸＝88J/mol[8]〔3〕主要反響條件見(jiàn)表11。表6PET生產(chǎn)主要反響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)30～400.75～1250～2601.5～2.015～2.0255～2601.75265～2751～1.50.5～0.8275～2800.8～10.05～0.08280～2851～1.30.01～0.02〔4〕主要計(jì)算過(guò)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℃〕＝HθEG〔25℃〕×NT0〔EG〕＝－454.92KJ/mol×5517.69kg/h÷62kg/kmol＝－40485605.40KJ/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℃〕＝HθPTA〔25℃〕×NT0〔PTA〕＝－781.906KJ/mol×79.4598Kmol/h＝－62130094.38KJ/h式中NT0〔PTA〕——PTA的進(jìn)料摩爾流量。合計(jì)：－40485605.40－62130094.38＝－102615699.78KJ/h101.2取第一酯化反響釜的溫度為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，那么H水〔250℃〕＝〔Hθ＋CPΔT〕N＝[－241.818＋33.577×10-3〔250－25〕]×2469.52×103÷18＝－32139866.44kJ/hH汽〔水〕＝88×10-3×〔273＋100〕×2469.52×103÷18＝4503306.92KJ/h反響熱：酯化=13190.33×1000/166×0.89×32.89=2325955.78KJ/h縮聚=13190.33×1000/166×0.75×〔－8.36〕=－498213.07KJ/h合計(jì)：－32139866.44＋4503306.92＋2325955.78－498213.07＝－25808816.81KJ/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274.70Kg/h，上升EG蒸汽的質(zhì)量流量為614.41KJ/h，那么H水〔260℃〕＝〔Hθ＋CPΔT〕N＝[－241.818＋33.577×10-3〔260－25〕]×274.70×103÷18＝－3569992.12KJ/hH汽〔水〕＝88×10-3×〔273＋100〕×274.70×103÷18＝500930.71KJ/h反響熱：酯化=13190.33×1000/166×〔0.97－0.89〕×32.89=209074.68KJ/h縮聚=13190.33×1000/166×〔0.87－0.75〕×〔－8.36〕=－79714.09KJ/h合計(jì)：－3569992.12＋500930.71＋209074.68－79714.09＝－2939700.82KJ/h201.2取前縮聚反響器的溫度為270℃，上升水蒸汽的質(zhì)量流量為87.73Kg/h，上升EG蒸汽的質(zhì)量流量為608.66KJ/h，那么H水〔