《紡織材料生產(chǎn)》課件-項目5：縮聚系統(tǒng)

項目5：1.縮聚系統(tǒng)操作規(guī)程一、縮聚系統(tǒng)工藝流程自第二酯化器第一預(yù)縮聚器第二預(yù)縮聚器刮板冷凝器乙二醇封槽送去預(yù)聚物輸送泵乙二醇循環(huán)泵乙二醇冷卻器尾氣淋洗塔氣態(tài)EG液態(tài)EG濾殘渣的EG不凝氣不凝氣廢水低溫EG噴淋使用生產(chǎn)水淋洗1.預(yù)縮聚部分1.預(yù)縮聚部分一、縮聚系統(tǒng)工藝流程自第二酯化器第一預(yù)縮聚器第二預(yù)縮聚器刮板冷凝器乙二醇冷卻器乙二醇封槽乙二醇循環(huán)泵尾氣淋洗塔預(yù)聚物輸送泵1.預(yù)縮聚部分自第二預(yù)縮聚器預(yù)縮聚物輸送泵預(yù)聚物過濾器后縮聚器刮板冷凝器乙二醇液封槽乙二醇冷卻器輸送到尾氣淋洗塔去漿料調(diào)配槽乙二醇循環(huán)泵終產(chǎn)物聚酯熔體2.終縮聚部分2.終縮聚部分一、縮聚系統(tǒng)工藝流程自第二預(yù)縮聚器預(yù)縮聚物輸送泵預(yù)聚物過濾器后縮聚器刮板冷凝器乙二醇液封槽乙二醇冷卻器輸送到尾氣淋洗塔去漿料調(diào)配槽乙二醇循環(huán)泵終產(chǎn)物聚酯熔體2.終縮聚部分2.縮聚系統(tǒng)：生產(chǎn)機理、

生產(chǎn)工藝項目5“五釜”生產(chǎn)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“五釜”聚合工藝：（1）酯化反應(yīng)溫度較低，停留時間較長，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。一、縮聚反應(yīng)機理COOCH2CH2OHHOCH2CH2OOCCOOCH2CH2OHHOCH2CH2OOCCOOCH2CH2OOCHOCH2CH2OOCCOOCH2CH2OHHOCH2CH2OH（BHET）（BHET）（二聚體）（乙二醇）一、縮聚反應(yīng)機理

縮聚反應(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β-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)的機理實質(zhì)是酯交換反應(yīng)。其中，x≥1，y≥1，n=x+y。一、縮聚反應(yīng)機理HO(CH2)2(OOCCOO(CH2)2)n－OHBHET-EG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聚階段主要是鏈增長過程，也釋放許多低相對分子質(zhì)量的EG及其他化合物。為了確?？s聚反應(yīng)順利進行并得到優(yōu)質(zhì)的產(chǎn)品，必須盡快分離小分子化合物。因此，縮聚反應(yīng)通常是在相對較高的溫度、高真空的條件下進行。一、縮聚反應(yīng)機理二、縮聚反應(yīng)影響因素

反應(yīng)、傳質(zhì)、傳熱在縮聚進行到不同程度時，其表現(xiàn)行為不同。在縮聚剛開始，物料粘度為10Pa·s左右，EG和H2O的脫除速度很快，縮聚速度受縮聚的反應(yīng)速率控制。當(dāng)物料粘度>10Pa·s時，縮聚速率由受縮聚反應(yīng)速率控制逐步表現(xiàn)為受EG和H2O的脫除速度控制。實驗表明：在物料粘度低于10-15Pa·s時，加強攪拌作用對縮聚速度無明顯影響，而在此之后攪拌的物料表面更新作用明顯。當(dāng)物料粘度接近縮聚終點粘度時，表面更新作用更明顯，此時提高真空度對EG和H2O的脫除是有利的?？s聚剛開始時物料粘度>10Pa·s時物料粘度接近縮聚終點粘度時主要受縮聚的反應(yīng)速率控制主要受EG和H2O的脫除速度控制提高真空度在反應(yīng)初期，PTA未能全部溶于EG,故酯化反應(yīng)速率只與反應(yīng)溫度、壓力有關(guān)。

溫度的作用是提高PTA的溶解度。

達(dá)到“清晰點”時，酯化反應(yīng)速率又與PTA和EG濃度有關(guān)，而EG的濃度取決于反應(yīng)壓力。酯化反應(yīng)的壓力調(diào)節(jié)應(yīng)遵循下列原則：壓力高限應(yīng)不妨礙EG與水的排出，低限又應(yīng)避免EG過量蒸發(fā)使物料配比失調(diào)，同時因大量EG循環(huán)而增加能量消耗。停留時間在酯化階段也是一項很重要的影響因素。停留時間太短，酯化率達(dá)不到要求，停留時間達(dá)到一定值后，酯化率幾乎不再增加，若再延長反應(yīng)停留時間，只會使DEG生成量增加。隨反應(yīng)溫度的升高，酯化反應(yīng)速度和DEG生成反應(yīng)均同時增加。反應(yīng)溫度低，反應(yīng)速率變慢，且所得的PET產(chǎn)品熔點低，DEG含量高，色澤也不好。 二、縮聚反應(yīng)影響因素13201反應(yīng)溫度反應(yīng)壓力0203停留時間熱力學(xué)角度：反應(yīng)微放熱，溫度影響不大動力學(xué)角度：提高溫度能增加速反應(yīng)速率；反應(yīng)壓力越低或真空度越高，越有利于小分子脫除，所生成的聚酯的相對分子質(zhì)量越大。停留時間延長會使聚合物黏度升高；停留時間過長，由于反應(yīng)料位高，使EG蒸發(fā)困難。在預(yù)縮聚階段，主要的控制參數(shù)是溫度與壓力，提高溫度與降低壓力，均有利于提高聚合度二、縮聚反應(yīng)影響因素第一縮聚釜第二縮聚釜終縮釜酯化物聚酯熔體三級縮聚VS一級縮聚縮聚釜酯化物聚酯熔體為何選擇三級縮聚？三、縮聚系統(tǒng)工藝控制第一縮聚釜第二縮聚釜終縮釜酯化物聚酯熔體預(yù)縮聚：受反應(yīng)速率控制終縮聚：受小分子脫除速率控制三級縮聚的意義：改變不同反應(yīng)階段的反應(yīng)條件來促進縮聚過程速率。三、縮聚系統(tǒng)工藝控制

縮聚系統(tǒng)的任務(wù)是將酯化物在真空條件下進行縮聚反應(yīng)，經(jīng)過2~3個縮聚反應(yīng)單元，使聚合物的特性黏度達(dá)到產(chǎn)品的要求值。最后1個縮聚單元為終縮聚，前面的縮聚單元都稱為預(yù)縮聚?？s聚反應(yīng)是可逆平衡反應(yīng)，要及時把反應(yīng)生成的小分子EG脫除，才能使反應(yīng)向縮聚正方向進行。縮聚過程是化學(xué)反應(yīng)和小分子脫揮的偶合過程，過程速率從受反應(yīng)速率控制過渡到受反應(yīng)速率和脫揮速率共同控制。所謂“預(yù)縮聚”是受反應(yīng)速率控制的過程，而“后縮聚”是從反應(yīng)速率控制過渡到受反應(yīng)速率和脫揮速率共同控制的過程。三、縮聚系統(tǒng)工藝控制可逆反應(yīng)生成乙二醇體系黏度增大高溫、高真空縮聚反應(yīng)特征：影響乙二醇脫除的主要因素影響乙二醇脫除的速率的主要因素有體系黏度、真空度及物料面積。預(yù)縮聚階段黏度低，小分子易脫除，采用立式聚合釜即可；終縮聚階段，體系黏度高，采用臥式聚合釜有利于增加小分子的脫除面積來提高脫除速率。第一縮聚釜第二縮聚釜終縮釜酯化物聚酯熔體三、縮聚系統(tǒng)工藝控制預(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：0.5h酯化率：≥98%縮聚轉(zhuǎn)化率：85%特性粘度：0.10-0.15dl/g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：0.17-0.20dl/g三、縮聚系統(tǒng)工藝控制終縮階段臥式雙軸攪拌反應(yīng)溫度：275-280℃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

終縮聚時物料粘度比較高。更新物料表面是縮聚后期反應(yīng)控制的關(guān)鍵。每個縮聚單元都配有乙二醇噴淋冷凝系統(tǒng)，用于噴淋冷凝吸收縮聚反應(yīng)放出來的乙二醇，并配置有真空發(fā)生系統(tǒng)（真空泵），為縮聚反應(yīng)提供真空動力。起始縮聚階段：低真空后縮聚階段：提供盡可能大的物料比表面積三、縮聚系統(tǒng)工藝控制

終縮聚通常采用臥式結(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)熱油進行加熱。三、縮聚系統(tǒng)工藝控制四、聚酯產(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0.64-0.65dL/g，而工業(yè)絲切片粘度一般要>0.85dL/g,通常為0.95-1.1dL/g

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.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法四、聚酯產(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（-2.0-2.0）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