1、第一章 聚酯裝置流程介紹18萬噸/年聚酯裝置是中國紡織設(shè)計院設(shè)計的國產(chǎn)化生產(chǎn)線, 在工藝上以精對苯二甲酸(PTA)和乙二醇(EG)為原料，采用直接酯化連續(xù)縮聚的五釜工藝流程,裝置設(shè)計負荷為日產(chǎn)500噸。該聚酯裝置具有單系列生產(chǎn)能力大、生產(chǎn)彈性大、化工料品種少、原料消耗低、三廢少等特點。在控制系統(tǒng)上，聚酯裝置采用了先進的集中分散DCS控制系統(tǒng)，具有操作控制方便、人機聯(lián)系好、功能齊全、可靠性高等特點。本聚酯裝置的產(chǎn)品為半消光纖維級聚酯熔體及切片，可用于直接紡制滌綸長絲或短纖。聚酯生產(chǎn)裝置包括主生產(chǎn)裝置和輔助生產(chǎn)裝置兩大部分。主生產(chǎn)裝置包括以下生產(chǎn)工序：（一）PTA卸料及輸送（設(shè)PTA庫房兩座，兩座

2、庫房面積共9800m2，貯存周期約25天）（二）漿料制備（三）酯化（第一、二酯化及工藝塔）（四）預(yù)縮聚（第一、二預(yù)縮聚，預(yù)聚物過濾及輸送）（五）終縮聚（終縮聚、熔體輸送及過濾）（六）切片生產(chǎn)、輸送及包裝（七）尾氣淋洗（八）催化劑制備（九）消光劑制備輔助生產(chǎn)裝置包括以下部分：（一）熱媒站（配備單臺熱負荷800萬大卡的熱媒爐三臺，兩用一備）（二）罐區(qū)（設(shè)容積5000m3的乙二醇貯罐兩個，貯存周期約52天；設(shè)容積1000m3的燃料油貯罐兩個，貯存周期約32天。）（三）過濾器清洗（四）化驗室聚酯裝置主工藝流程圖如下:外購原料PTA通過叉車將PTA貯存于PTA倉庫,人工將PTA投入鏈板輸送前的小料倉后,

3、用鏈板輸送方式將PTA送到聚酯大樓的日料倉。另一主要原料乙二醇貯存在罐區(qū)，用泵通過管線送入車間。催化劑三醋酸銻（或乙二醇銻）用桶裝、消光劑二氧化鈦用袋裝運入聚酯大樓四樓。聚酯裝置主要由催化劑配制、二氧化鈦配制、漿料配制、酯化、縮聚、切片生產(chǎn)及包裝等幾個工序組成。酯化縮聚設(shè)置了五個反應(yīng)器，其中兩個是酯化反應(yīng)器，兩個是預(yù)縮聚反應(yīng)器，一個后縮聚反應(yīng)器。兩個酯化反應(yīng)器為立式攪拌釜，設(shè)內(nèi)盤管加熱，兩臺反應(yīng)器共用一個分離乙二醇和水的工藝塔。第一預(yù)縮聚反應(yīng)器為立式槽，不設(shè)攪拌裝置，用液環(huán)真空泵產(chǎn)生真空。第二預(yù)縮聚反應(yīng)器和后縮聚反應(yīng)器為圓盤轉(zhuǎn)子式，兩個反應(yīng)器共用一套三級乙二醇蒸汽噴射泵系統(tǒng)(它用液環(huán)泵作排氣的

4、)，在每個縮聚反應(yīng)器和它的真空裝置間設(shè)刮板冷凝器。在第二預(yù)縮聚反應(yīng)器和后縮聚反應(yīng)器之后分別設(shè)有熔體過濾器。從終縮聚反應(yīng)器出來的熔體每天300噸供應(yīng)長絲八條生產(chǎn)線，每天200噸供應(yīng)另外的長絲四條生產(chǎn)線，其余大約有每天20-40噸熔體通過水下切粒機生產(chǎn)半消光切片，本裝置配有兩臺切粒機，切出的切片通過干燥裝置后，用氣相脈沖輸送方式將切片送至切片料倉，打包后出廠。輔助裝置有：熱媒(HTM)系統(tǒng)（主要由三臺800萬大卡的熱媒爐組成）、過濾器清洗等輔助設(shè)施。本裝置用液相熱媒作反應(yīng)器等設(shè)備、管線的加熱和保溫，共設(shè)置了十一個二次熱媒回路，分別服務(wù)不同的使用點。聚酯生產(chǎn)中的每一段工序其作用分別簡要說明如下：1、

5、漿料配制原料PTA自PTA儲存料倉采用星型給料器出料，通過振動篩去除夾帶的異狀物，質(zhì)量流量計連續(xù)計量后，送入漿料調(diào)配槽。原料PTA和MEG以及催化劑溶液按規(guī)定比例連續(xù)送入漿料配制槽中，由特殊設(shè)計的攪拌器使之充分混合并配制為恒定摩爾比（MEG/PTA）的漿料，經(jīng)漿料輸送泵連續(xù)送入酯化反應(yīng)器中。2、酯化反應(yīng)酯化反應(yīng)系統(tǒng)共設(shè)置兩臺酯化反應(yīng)器。在第一酯化反應(yīng)器中酯化率可以達到91%；第二酯化反應(yīng)器后控制酯化率在96.5%左右。通過調(diào)節(jié)反應(yīng)器的溫度、壓力和液位等，可以控制反應(yīng)酯化率，同時保證裝置的穩(wěn)定運轉(zhuǎn)。兩個酯化反應(yīng)器的汽相物采用一個工藝塔用于乙二醇回收。分離的重組分乙二醇回流到兩個酯化反應(yīng)器中。塔頂

6、輕組分冷凝后，凝液用作塔的回流液，其余作為生產(chǎn)污水送污水預(yù)處理系統(tǒng)處理。3、預(yù)縮聚反應(yīng)預(yù)縮聚反應(yīng)系統(tǒng)共設(shè)置兩臺預(yù)縮聚反應(yīng)器。第一預(yù)縮聚反應(yīng)器的操作壓力控制在100mbar左右，使用乙二醇蒸汽噴射泵和液環(huán)真空泵產(chǎn)生真空，并控制第二預(yù)縮聚反應(yīng)器的操作壓力在10mbar左右。并與終縮聚反應(yīng)器共用乙二醇蒸汽噴射泵產(chǎn)生真空。在預(yù)縮聚反應(yīng)器及其真空設(shè)備之間設(shè)置刮板冷凝器，采用乙二醇噴淋以捕集汽相中的乙二醇及夾帶物。乙二醇凝液收集在液封槽中，以循環(huán)冷卻水作為冷卻介質(zhì)，通過冷卻器降低溫度后循環(huán)使用。因乙二醇凝液中水含量較高，可送入酯化反應(yīng)系統(tǒng)工藝塔中進行分離。第二預(yù)縮聚反應(yīng)器采用齒輪泵出料，經(jīng)預(yù)聚物熔體過濾器

7、過濾后送入終縮聚反應(yīng)器中。4、終縮聚反應(yīng)設(shè)置一臺終縮聚反應(yīng)器，終縮聚反應(yīng)器中的操作壓力控制在1mbar左右。通過控制真空度使熔體的聚合度達到指標要求。為控制終縮聚系統(tǒng)真空度，采用冷凍水作為乙二醇噴淋液的冷卻介質(zhì)。新鮮乙二醇加入在終縮聚反應(yīng)器的刮板冷凝器、乙二醇蒸發(fā)器和液環(huán)真空泵組中。終縮聚反應(yīng)器和乙二醇蒸汽噴射泵組氣相凝液水含量較低，無需分離即可直接回用。該部分乙二醇和預(yù)縮聚系統(tǒng)經(jīng)工藝塔分離后的乙二醇混合，可直接送到漿料配制槽用作漿料調(diào)配用。采用乙二醇蒸汽噴射產(chǎn)生真空，用液環(huán)泵作為它的排氣級。通過調(diào)節(jié)補加在噴射泵吸入口的乙二醇蒸汽量，控制操作真空度。噴射泵組的第一級混合冷凝器的真空度在6 mb

8、ar左右，第二予縮聚反應(yīng)器的刮板冷凝器的未凝氣引至這個混合冷凝器。設(shè)置乙二醇蒸發(fā)器，為噴射泵提供動力蒸汽。5、熔體分配及切片生產(chǎn)聚酯熔體采用齒輪泵出料和增壓，經(jīng)熔體過濾器過濾后，通過特殊設(shè)計的熔體分配系統(tǒng)，一部分送熔體直紡長絲裝置，另一部分送切片生產(chǎn)系統(tǒng)鑄帶切粒。設(shè)置二條切粒生產(chǎn)線，當其中一臺切粒機換刀維修時，另一臺切粒機可承擔全部負荷。聚酯熔體從鑄帶頭擠出成型，采用除鹽水作為冷卻介質(zhì)，通過換熱器冷卻循環(huán)使用。6、切片輸送和包裝設(shè)置一條氣力輸送線，采用密相輸送方式，將切片從接收料斗輸送到成品料倉儲存和包裝。設(shè)置切片料倉二臺，切片自動包裝系統(tǒng)一套。7、乙二醇分配及催化劑配制新鮮EG自原料及化工料

9、罐區(qū)乙二醇儲罐經(jīng)EG輸送泵送至聚酯裝置本系統(tǒng)，過濾后分配至裝置各用戶。乙二醇銻作為縮聚反應(yīng)的催化劑，采用間歇調(diào)配方式，從供料槽連續(xù)計量加入到漿料配制槽中。8、二氧化鈦配制二氧化鈦是纖維級聚酯切片常用消光劑。將二氧化鈦配制成濃度較高的消光劑懸浮液，經(jīng)研磨機研磨打碎聚集的大顆粒后，加入乙二醇稀釋到工藝要求的濃度，再并經(jīng)離心機分離其中大顆粒、過濾器過濾后，送入消光劑供料槽中，計量后連續(xù)送入第二酯化反應(yīng)器。輔助生產(chǎn)裝置1、PTA卸料及輸送系統(tǒng) 根據(jù)原料來源情況，外購袋裝PTA采用叉車或橋式吊車卸料，并儲存在PTA倉庫。PTA采用叉車運輸至卸料區(qū)，由防爆電動葫蘆吊至PTA卸料口拆包卸料，送至聚酯裝置PT

10、A日料倉儲存。2、過濾器的清洗采用水解法清洗聚酯裝置預(yù)聚物和終聚物過濾器濾芯，既過熱蒸汽解聚方式。過濾器芯先在解聚槽中用310過熱蒸汽解聚24小時，然后是24小時熱堿洗，24小時熱水洗，在用510Mpa高壓水洗，最后是超聲波處理，鼓泡檢驗。3、一次熱媒系統(tǒng)（熱媒站）在三期聚酯工程的熱媒站增設(shè)三臺8,000,000 kcal/h熱媒爐，兩用一備為聚酯裝置用戶提供熱源。熱媒循環(huán)泵將恒定溫度的熱媒（320）送至聚酯裝置，使用后溫度降低的熱媒通過循環(huán)管路回到熱媒站，通常稱該死循環(huán)系統(tǒng)的熱媒為一次熱媒。送至聚酯裝置中每個供熱回路循環(huán)的熱媒稱為二次熱媒。通過調(diào)節(jié)進入每個二次回路的一次熱媒量，可以控制二次熱

11、媒的溫度，實現(xiàn)工藝上對每個設(shè)備不同溫度的要求。4、原料及化工料罐區(qū)乙二醇貯罐：外購乙二醇采用乙二醇槽車運輸，經(jīng)乙二醇卸車泵卸料后，貯存于乙二醇貯槽中。設(shè)置2X5,000m3乙二醇貯罐二臺，經(jīng)乙二醇輸送泵送至聚酯裝置各用戶。燃料油貯槽：外購燃料油采用燃料油槽車運輸，經(jīng)燃料油卸車泵卸料后，貯存于燃料油貯槽中。設(shè)置2X1000m3燃料油貯罐二臺，經(jīng)燃料油循環(huán)泵送至熱媒站使用。5、分析化驗設(shè)置分析化驗室，用于中間產(chǎn)品和產(chǎn)品分析和化驗。分析化驗項目包括：特性粘度、外觀、熔點、端羧基含量、色相、凝聚粒子、二甘醇含量、二氧化碳含量、灰分、鐵含量、水分、百粒量、異型切片、粉末含量，以及催化劑和二氧化鈦調(diào)制液分

12、析，餾出水、熔體及循環(huán)乙二醇等。本裝置有以下幾個工藝特點：（一）采用低溫工藝和較長的停留時間。尤其是使第一酯化反應(yīng)器達到較高的酯化率，確保產(chǎn)品質(zhì)量和裝置穩(wěn)定運行。本工藝的漿料摩爾比1.08，第一酯化反應(yīng)器溫度在260。與高漿料摩爾比(1.92.0)和高溫(280)的酯化工藝比較，酯化反應(yīng)器中乙二醇的蒸汽量較小，裝置中分離乙二醇的工作負荷也較小，大大減少了這部分的能耗。（二）采用多段圓盤式縮聚反應(yīng)器，并合理確定預(yù)縮聚反應(yīng)器和終縮聚反應(yīng)器的負荷分配，充分發(fā)揮終縮聚反應(yīng)器圓盤轉(zhuǎn)子的傳質(zhì)功能作用，實現(xiàn)單系列較大的生產(chǎn)能力。（三）乙二醇在系統(tǒng)內(nèi)全部內(nèi)循環(huán)，無需設(shè)置專用的乙二醇回收設(shè)施。（四）設(shè)置一個工藝

13、塔并采用高效導向浮閥塔，除承擔兩臺酯化反應(yīng)器氣相物的分離外，還在乙二醇全回用流程中承擔縮聚反應(yīng)器氣相物的分離。（五）采用乙二醇蒸汽噴射方式產(chǎn)生真空，與水蒸汽噴射方式相比，能耗較低；乙二醇的蒸發(fā)潛熱是水的40%，制作乙二醇蒸汽比水蒸汽的能耗低。本裝置采用三級乙二醇蒸汽噴射，用液環(huán)泵作向大氣的排氣級，與其它裝置用五級蒸汽噴射相比較，節(jié)省能量。在乙二醇蒸汽噴射系統(tǒng)中，用循環(huán)冷卻水作冷卻介質(zhì)冷卻噴淋液。而在水蒸汽噴射系統(tǒng)中，要求在第一級噴淋冷凝將汽相中絕大部分乙二醇冷凝，因此需要用冷凍水作冷卻介質(zhì)冷卻噴淋液。本設(shè)計采用乙二醇蒸汽噴射系統(tǒng)不需用冷凍水作冷卻（指17E03），相應(yīng)就節(jié)省了制備冷凍水的能耗。

14、蒸汽凝液中含水量少，經(jīng)分離即可在裝置中循環(huán)使用；污染小，避免了蒸汽噴射排放凝液因含乙二醇等有機物，而增大治理污染的負荷。（六）對真空系統(tǒng)的尾氣，采用噴淋塔將尾氣中的有害物質(zhì)噴淋吸收，以減少對環(huán)境的污染。第二章 聚酯生產(chǎn)基礎(chǔ)知識第一節(jié) 基本概念一、低分子、高分子和聚合度滌綸分子是相當長的鏈狀分子，在結(jié)構(gòu)上是對稱的苯環(huán)結(jié)構(gòu)線性大分子。其分子式可表示為：HOCH2CH2COOC6H4C00nCH2CH2OH，因為分子結(jié)構(gòu)中含有酯基-COO-，故稱為聚酯纖維。滌綸分子鏈通常由1000個以上原子組成，分子量在約為20000-30000數(shù)量級，分子長度為1000-2000 ，所以滌綸是一種高分子物質(zhì)，和高

15、分子物質(zhì)相比，對苯二甲酸和乙二醇的分子量，組成分子的原子數(shù)量及分子長度都是很小的，此類物質(zhì)叫做低分子物質(zhì)。滌綸分子之所以很長，是因為具有重復單元-CH2CH2COOC6H4C00-，該單元在分子中重復的個數(shù)n稱為聚合度。在化學反應(yīng)的不同階段，n可以為1、2、3，甚至數(shù)百數(shù)千以上，反應(yīng)程度越高，n越大，分子鏈越長。我廠生產(chǎn)的聚酯其聚合度一般在103左右。二、粘度、特性粘度粘度是用來量度流體粘性大小的，它的物理意義是指流體內(nèi)部摩擦力即粘性力。在絕對制單位中，粘度的單位用泊或厘泊表示，國際單位中為帕斯卡·秒(Pa·S)。在聚酯生產(chǎn)中，特性粘度是個很重要的產(chǎn)品質(zhì)量控制指標。因為聚酯

16、的特性粘度與分子量有直接關(guān)系。在本裝置中，特性粘度以符號表示，單位用dL/g表示，得出特性粘度與高分子物質(zhì)的分子量之間有如下關(guān)系：這里的a和b為常數(shù)，對每一聚合物和每種溶劑都需要實驗測定，Mn是某種聚合物的分子量。我廠生產(chǎn)的聚酯其特性粘度在0.640dL/g，數(shù)均分子量一般在20000左右。三、酯化反應(yīng)和縮聚反應(yīng)：酯化反應(yīng)：縮聚反應(yīng)：以對苯二甲酸和乙二醇為原料生產(chǎn)滌綸聚酯的化學反應(yīng)可表示為：反應(yīng)1是有機酸和醇的反應(yīng)，由酸的羧基與醇的羥基相互作用生成了酯基和水，這類反應(yīng)就叫酯化反應(yīng)。反應(yīng)2是由一種（或幾種）低分子物質(zhì)（如對苯二甲酸乙二酯）彼此化合生成一種高分子物質(zhì)（如聚對苯二甲酸乙二酯），同時還

17、生成另一種低分子物質(zhì)（如乙二醇）的過程，此類反應(yīng)就叫縮聚反應(yīng)。四、酯化率和縮聚轉(zhuǎn)化率物質(zhì)在發(fā)生化學變化時，不是雜亂無章的，而是嚴格遵守一定規(guī)律的，化學反應(yīng)的特征是生成了新的物質(zhì)。在化學變化中，物質(zhì)按一定的數(shù)量關(guān)系進行反應(yīng)，生成一定量的產(chǎn)物。化學計算中，轉(zhuǎn)化率是一個很重要的概念，它定義為進料或進料中某種組份轉(zhuǎn)為某種產(chǎn)物的分率。通常要對以什么進料為基準，轉(zhuǎn)化成什么產(chǎn)物加以說明，不然結(jié)果就會混亂。酯化率和縮聚轉(zhuǎn)化率標志著酯化反應(yīng)和縮聚反應(yīng)完成的程度。在本裝置中，將酯化率定義為生成酯基的羧基克分子數(shù)對于進料PTA的羧基克分子總數(shù)的分率，將縮聚轉(zhuǎn)化率定義為生成聚對苯二甲酸乙二酯所需要的羧基克分子數(shù)對于進

18、料PTA的羧基克分子總數(shù)的分率，這里選擇的基準均為進料PTA，酯化產(chǎn)物為BHET，縮聚產(chǎn)物為PET，以統(tǒng)計反應(yīng)前后羧基克分子數(shù)的變化來確定酯化率和縮聚轉(zhuǎn)化率，和上述轉(zhuǎn)化率的定義是統(tǒng)一的。五、催化劑在化學反應(yīng)中，催化劑是一種能改變反應(yīng)速度，但本身不參加化學反應(yīng)的物質(zhì)。用于實際生產(chǎn)的催化劑一般應(yīng)具有催化活性大，對副反應(yīng)作用小，使產(chǎn)品污染程度小等優(yōu)點。催化劑的濃度要依各具體反應(yīng)而定。因為如果濃度過小，反應(yīng)速度會很慢；如果濃度過大，則副反應(yīng)速度也加大，副產(chǎn)品增加，主產(chǎn)品的質(zhì)量降低。六、壓強、絕對壓、表壓、真空度滌綸生產(chǎn)過程中所處理的物料，絕大多數(shù)是氣體和液體，氣體和液體都是能夠流動的，總稱為流體。（真

19、空度）流體垂直作用于單位面積上的壓力，稱為壓強。由于在實際生產(chǎn)中，操作壓強的高低相差懸殊，有的在正壓下操作的，有的在負壓下操作的，因此壓強的單位有多種，在我廠常用的單位有：公斤/厘米2，巴（bar）、毫米汞柱、大氣壓等。各單位之間的操作關(guān)系為：1巴=1.0197公斤/厘米2=0.9869大氣壓=750毫米汞柱凡是用絕對零壓（即絕對真空）作起點計算的壓強稱為絕對壓。由壓力表上表示的壓力讀數(shù)叫表壓，它是被測量的絕對壓力與大氣壓壓力的差值；即P絕=P大氣+P表。如果流體的壓強低于大氣壓，即處于真空或負壓狀態(tài)，則在壓力表上指示的讀數(shù)為真空度。真空度與絕對壓的關(guān)系為：絕對壓=大氣壓真空度從上式可看出，真

20、空度越大，絕對壓越小。第二節(jié) 乙二醇和對苯二甲酸的性質(zhì)一、乙二醇的性質(zhì)乙二醇（分子式為HOCH2CH2OH）是具有甜味的粘稠性液體，分子量為62，能以任何比例溶于水，沸點197.4，熔點-12.6，密度1.140-1.1150克/厘米（20時），比熱0.561卡/克度（20時），蒸發(fā)熱208千卡/公斤（190時），閃點116（開口容器）它具有兩個碳原子并含有兩個羥基（-OH），故稱為乙二醇。乙二醇能大大降低水的冰點，這是其重要性質(zhì)。含40%體積乙二醇的水溶液于-25結(jié)冰，而含60%體積乙二醇的水溶液則在于-49結(jié)冰，乙二醇的吸水性強，同時也能很好地溶解樹酯、染料等有機物。乙二醇的著火溫度為41

21、0，起火時可用火、干粉等滅火。二、對苯二甲酸的性質(zhì)對苯二甲酸（ ）系白色針狀結(jié)晶體，分子量166.13，密度1.510克/厘米3，比熱0.2873卡/克·度，升華熱23.5千卡/克分子，熔點（在封管中）425，升華點402，能溶于堿溶液，稍溶于熱乙醇，微溶于水。對苯二甲酸具有羧酸的一般性質(zhì)，因此能和醇作用生成酯，與堿反應(yīng)生成鹽，其最低爆炸濃度為0.05克/升。第三節(jié) 酯化反應(yīng)原理直接酯化反應(yīng)是這樣進行的：先將粉末狀的PTA溶解于乙二醇中，已溶的PTA再在高溫下與乙二醇發(fā)生酯化反應(yīng)，其反應(yīng)式如下：根據(jù)對苯二甲酸的性質(zhì)可知，它在乙二醇中的溶解度很小，且無確定的熔點，僅在402升華，而乙二

22、醇的沸點為197.4，大大低于PTA的升華點，所以上述反應(yīng)體系屬于固液非均相體系，反應(yīng)主要只發(fā)生在已溶解的PTA和乙二醇之間，所以反應(yīng)速度很慢。反應(yīng)剛開始時，溶液中對苯二甲酸總是處于飽和狀態(tài)，反應(yīng)速度與對苯二甲酸和乙二醇的濃度無關(guān)，一直向生成對苯二甲酸乙二酯（BHET）的方向進行。隨著反應(yīng)的進行，因為PTA在反應(yīng)混全物中溶解度遠較在純EG中高，PTA粒子溶解速度逐漸增加，當PTA完全溶解時，反應(yīng)開始轉(zhuǎn)入均相酯化階段，此時酯化率約為89-91%，反應(yīng)速率將隨PTA和EG濃度的改變而改變。另外，在高溫及醇基濃度高的條件下，還將發(fā)生兩分子乙二醇脫去一分子水生成二甘醇的副反應(yīng)。第四節(jié) 對苯二甲酸乙二酯

23、縮聚反應(yīng)原理縮聚反應(yīng)是發(fā)生在乙二醇酯基之間的反應(yīng)，即每兩個乙二醇酯基縮聚并生成一分子乙二醇，反應(yīng)按下式進行：所得初步縮合物，它的每個分子仍然具有活性雙官能團（乙二醇酯基），因此縮合反應(yīng)還可以繼續(xù)下去。實驗指出，反應(yīng)開始后單體很快消失，生成各種不同聚合度的低聚物（聚合度n為4以下的低聚體），形成的低分子產(chǎn)物與原料單體相互縮合，也可以彼此之間縮合，這樣一直下去，直至形成滌綸大分子，總括起來，可將反應(yīng)式寫為：縮聚反應(yīng)是個可逆反應(yīng)。從反應(yīng)式可以看出：反應(yīng)中乙二醇濃度低將使反應(yīng)向生成高聚物方向進行。有關(guān)聚合度與平衡常數(shù)、析出的小分子乙二醇濃度的關(guān)系可用下式表明：式中：Xn為PET的數(shù)均聚合度K為平衡常數(shù)

24、nw為體系中的乙二醇分子數(shù)。從這個關(guān)系式可以看出：聚合度與K的平方根成正比，而與nw的平方根成反比。即K值越大，或越小，PET的聚合度就越高。由于平衡常數(shù)K是一定值，且對于縮聚反應(yīng)來講，K值很小，因此要得到高聚合度的聚合物，就要設(shè)法把生成的乙二醇盡量從體系中排出，也就是盡量減少nw。在高溫條件下，隨著聚合物分子量的增長。同時還會發(fā)生可逆的獨立的熱裂解、熱氧化、線性高聚物環(huán)化等多樣副反應(yīng)，結(jié)果生成乙醛以及帶有端羧基的聚合物和環(huán)狀齊聚物等，此外酯化反應(yīng)中產(chǎn)生的二甘醇也會與酯發(fā)生醚化反應(yīng)，生成醚和酸。這些副反應(yīng)將導致聚酯分子量降低，熔點下降和著色。最終使纖維性能惡化。聚酯生產(chǎn)過程中主要的副反應(yīng)有：（

25、1）醚化反應(yīng)： 2HOCH2CH2OH <=> HOCH2CH2-O-CH2CH2OH + H2O-OOCC6H4COOCH2CH2OH + HOCH2CH2OH <=>-OOCC6H4COOCH2CH2-O-CH2CH2OH + H2O（2）降解反應(yīng)： 指產(chǎn)物中酯基-COO-與水產(chǎn)生水解反應(yīng)及在一定條件下與PTA、EG產(chǎn)生的酸解反應(yīng)和醇解反應(yīng)。（3）熔體的熱降解和熱氧化降解：反應(yīng)后期，高溫下的產(chǎn)物處于熔融狀態(tài)，具有發(fā)生熱降解的傾向，而溫度越高，停留時間越長，這種熱降解傾向越大。如果系統(tǒng)中泄漏進氧氣，則會發(fā)生強烈的熱氧化降解，熱氧化降解和熱降解會導致分子結(jié)構(gòu)發(fā)生變化。（

26、4）鏈交換反應(yīng):即高分子縮聚物的端基和另一高分子縮聚物的的鏈節(jié)進行的鏈交換反應(yīng)。（GM）m（GM）n<=>（GM）r（GM）s 式中：m + n = r + s，GM為聚酯分子鏈的基本鏈節(jié)第五節(jié) 聚酯裝置的主要工藝參數(shù)及其控制在前面兩節(jié)中，我們分別討論了直接酯化反應(yīng)原理和縮聚反應(yīng)原理。在生產(chǎn)過程中，實際的化學反應(yīng)并不是按照先酯化完全，再開始縮聚的順序進行，而是當酯化反應(yīng)一旦生成了一定量的對苯二甲酸乙二酯后，縮聚反應(yīng)便與酯化反應(yīng)同時發(fā)生了，所以在聚酯裝置中很難明確地劃分酯化階段和縮聚階段。我們把在兩個酯化釜和兩個縮聚釜中進行的反應(yīng)過程稱為酯化階段，此時酯化率約為97%，縮聚率約為90

27、%，而在最終反應(yīng)器里進行的反應(yīng)過程稱為縮聚階段。鑒于在反應(yīng)過程中酯化反應(yīng)和縮聚反應(yīng)同時發(fā)生，相應(yīng)的工藝控制就不能只從一種反應(yīng)出發(fā)，而要結(jié)合兩種反應(yīng)機理來考慮，當然在不同時期兩種反應(yīng)的深度不一，工藝控制又要有所側(cè)重。下面就PTA和乙二醇一次混合配成漿料、經(jīng)兩段酯化、兩段預(yù)縮聚和最終縮聚生成聚酯熔體的整個生產(chǎn)過程談?wù)勂渲饕に噮?shù)的控制。一、原料摩爾比根據(jù)PTA和乙二醇直接酯化原理，提高乙二醇的濃度，酯化率和反應(yīng)速率都會加大，同時也會使生成二甘醇的醚化副反應(yīng)的速率增大，為了抑制由于乙二醇濃度過高而引起的醚化副反應(yīng)，通常將第一酯化釜中的EG和PTA之比控制在1.3-2，加料摩爾比則控制在1.08左右

28、。不足部分靠把酯化釜中蒸出的乙二醇-水氣相混合物分離而得到的EG重新返回酯化釜來補充，從而使乙二醇的耗用量得到減少。二、溫度控制在反應(yīng)初期，反應(yīng)體系屬非均相體系，此時提高溫度有利于PTA的分散和溶解，促進反應(yīng)體系均勻化。實驗表明：溫度每升高1，反應(yīng)速率大約可以增加一倍。但是生成二甘醇的副反應(yīng)速率也有相應(yīng)程度的提高。對縮聚反應(yīng)來講，提高反應(yīng)溫度可加快反應(yīng)速度，有利于乙二醇的排除，促使反應(yīng)向生成物方向進行，縮短縮聚時間，但溫度過高會使聚合物發(fā)生熱降解，也易使EG及BHET分子間發(fā)生脫水的醚化副反應(yīng)，影響滌綸樹酯的色澤和和質(zhì)量，故縮聚溫度要控制在PET的熱降解溫度（290）以下。綜合上述因素考慮后本

29、裝置各反應(yīng)的溫度控制為：第一酯化釜為260左右，以后溫度沿各級逐漸上升，以滿足縮聚反應(yīng)的要求，在最終縮聚階段，則將溫度控制在284左右。三、壓力控制酯化反應(yīng)可在加壓或常壓下進行。但當酯化溫度高于EG在常壓下的沸點時，若在常壓下進行反應(yīng)，乙二醇就會大量蒸發(fā)，根據(jù)壓力升高，液體相應(yīng)的沸點也升高的原理，高溫下的酯化反應(yīng)應(yīng)在加壓下進行，這樣液相中乙二醇濃度得到提高，從而可加快反應(yīng)應(yīng)速度，減少進料中乙二醇與PTA的配比。不過壓力提高不利于酯化反應(yīng)生成的水的逸出，這就要影響酯化率的提高，因此要找一個適宜的壓力，并在不同的酯化階段進行不同的壓力控制，酯化率低時時使反應(yīng)在較高壓力下進行，以提高液相中乙二醇的濃

30、度；酯化率高時使反應(yīng)在較低壓力下進行，以利于水的逸出，進一步提高反應(yīng)度。對于縮聚反應(yīng)而言，壓力（通常用真空度表示）是其最重要的工藝參數(shù)，因為在生產(chǎn)上采取對反應(yīng)體系抽真空的辦法來達到排除體系中殘留乙二醇的目的。如果真空度不高，乙二醇排除慢，系統(tǒng)中殘留乙二醇就高，相應(yīng)的粘度就低，同時還引起逆反應(yīng)應(yīng)速度增大，正反應(yīng)速度減小，反應(yīng)時間處長，熱氧化降解增多而使產(chǎn)品泛黃等，因此，縮聚反應(yīng)必須在高真空下進行。本聚酯裝置中，第一酯化釜的壓力為180KPa（絕），第二酯化釜降低到22KPa （表）,在第一預(yù)縮和第二預(yù)縮過程中逐漸形成真空（0.08-0.16 KPa左右，絕）。這種采取不同壓力的控制方法符合不同反

31、應(yīng)階段的要求，并能保證生產(chǎn)的穩(wěn)定。如果在預(yù)縮聚階段立即形成高真空，則會由于反應(yīng)混合液中低聚物的蒸發(fā)而造成設(shè)備和管道的堵塞，從而帶來生產(chǎn)的不穩(wěn)定。四、催化劑對于酯化反應(yīng)來講，可以用催化劑，也可以不用催化劑，反就體系中來自PTA的氫離子（H）具有自催化作用，加入催化劑可以提高反應(yīng)速度，但了可能產(chǎn)生副作用，如引起副反應(yīng)增多，使聚合物著色等，本裝置的酯化反應(yīng)沒有采用催化劑?？s聚催化劑有很多種，本裝置用的是銻催化劑，因為銻催化劑具有很高的活性，尤其是在高粘度階段，對副反應(yīng)的影響較小。對于一定的反應(yīng)，催化劑濃度了有一定的值。提高催化劑濃度可加快縮聚反應(yīng)速度，但濃度過高也會使降解反應(yīng)速度加快，且由于分散不均

32、或沉結(jié)結(jié)塊在聚酯熔體中形成局部過催化，增加凝聚粒子，影響紡絲生產(chǎn)和纖維質(zhì)量。五、消光劑由于化學纖維表面光滑，具有一定透明度，所以在光線照射下，因為反射光強度很大而產(chǎn)生極光，使纖維具有肉眼看起來很不愉快的強烈的光澤，若在纖維中添加少量折射率不同的物質(zhì)，則光線向不同方向進行漫射，纖維光澤就變暗，這種方法稱為消光，加入的物質(zhì)稱為消光劑。本廠所生產(chǎn)的滌綸長絲、聚酯切片都是加入了消光劑的。所用的消光劑為二氧化鈦，因為二氧化鈦的折射率與滌綸的相差較大，二氧化鈦比常見的合成纖維樹脂的折射率高近2倍，其消光原理主要利用了它的高折射率，兩者的折射率之差越大消光效果越好（銳鈦型二氧化鈦：2.55；聚酯：1.725

33、），二氧化鈦同時還具有化學穩(wěn)定性高，不溶于水，在高溫下不起變化，在后處理過程中不會消失等優(yōu)點。大有光（也稱其為“超有光”）聚酯切片中的二氧化鈦含量為零；“有光”聚酯切片中的二氧化鈦含量為0.10%左右；“半消光”聚酯切片中的二氧化鈦含量為（0.32±0.03）%；“全消光”聚酯切片中的二氧化鈦含量為2.4%2.5%。工業(yè)二氧化鈦根據(jù)其晶型結(jié)構(gòu)可分為銳鈦型和金紅石型。金紅石型晶體結(jié)構(gòu)緊密，相對密度大，耐候性好，遮蓋力高，著色力強，但顆粒硬，不容易分散，在化學纖維紡絲時容易磨損噴絲板、切絲刀，不宜作化學纖維的消光劑；銳鈦礦型比較松軟，白度白，易分散，適宜用作化學纖維的消光劑。化纖鈦白粉平

34、均粒徑一般在0.35m，粒子很細，表面積很大，任何質(zhì)量優(yōu)越的鈦白粉在儲運、包裝、堆放、和運輸過程中又絮凝或凝聚在一起形成大粒粒團，在使用前一定要通過研磨才能使用，否則由于分散性不好會造成粒子在纖維中分散不均勻，不僅消光效果不好，甚至會出現(xiàn)毛絲、斷絲現(xiàn)象。二氧化鈦經(jīng)球磨分散后不僅能使絮凝后的二氧化鈦重新分散開來，而且可能去除鈦白粉中可能夾帶的極微量大粒子（大于5微米）。二氧化鈦粒子表面帶有負電荷，在溶液中由于相同電荷電斥力的作用使它保持穩(wěn)定分散狀態(tài)，如果在制造過程或于分散介質(zhì)中吸附了其他離子，就會使分散性能降低。二氧化鈦分散在樹脂中，其表面會吸附一層樹脂層，這種單分子吸附層，具有走向緩沖作用，又

35、稱空間位阻效應(yīng)，也能起到分散作用，使其保持穩(wěn)定分散狀態(tài)。本裝置中是將二氧化鈦與乙二醇配制成懸浮液，經(jīng)球磨分散、離心、沉降、過濾后再加入第二酯化釜內(nèi)室中的反應(yīng)物中。為了保證聚酯產(chǎn)品的可紡性，也就是說聚酯熔體或切片中的凝聚粒子不得超過規(guī)定指標，對二氧化鈦的粒度分布有一定的要求，對配制懸浮液過程中的工藝參數(shù)，如分散時間、沉降時間、過濾方式等也有嚴格的控制。本裝置設(shè)一套消光劑配制系統(tǒng)，每天制備一批供生產(chǎn)所需。第六節(jié) 主要工藝設(shè)備1、第一酯化反應(yīng)器 型式為立式單室攪拌釜，釜內(nèi)設(shè)有盤管式內(nèi)加熱器。為減少熱損失，增加加熱渠道，反應(yīng)器設(shè)有外部夾套。為保證物料清潔，減少制造成本及熱阻，內(nèi)筒體和內(nèi)封頭采用304L

36、16Mn復合鋼板。 夾套采用螺旋盤繞的“L”型液相熱媒夾套，由于熱媒無腐蝕性，故夾套選用16MnR鋼板制造。內(nèi)盤管采用螺旋型盤管，材質(zhì)為0Cr18Ni9。攪拌器采用上裝式，槳葉靠近反應(yīng)器內(nèi)筒低部。由于軸很長，軸下端設(shè)有下穩(wěn)定支撐軸承。軸封采用雙端面機械密封，有獨立的潤滑、冷卻系統(tǒng)。攪拌器選用防爆電機驅(qū)動。本反應(yīng)器由國內(nèi)自行設(shè)計、制造，攪拌器選用進口產(chǎn)品。 2、第二酯化反應(yīng)器 本反應(yīng)器為立式雙筒夾套攪拌釜，在圓筒型立式反應(yīng)器內(nèi)裝有一圓筒型隔離筒，將反應(yīng)器分為內(nèi)、外兩室，物料由外室入，內(nèi)室下部出。物料在攪拌下進行反應(yīng)，由內(nèi)盤管和夾套進行加熱與保溫。 攪拌槳為上部安裝，下部設(shè)有剪切輪和穩(wěn)定軸承。內(nèi)加

37、熱盤管結(jié)構(gòu)與第一酯化反應(yīng)器相同，夾套結(jié)構(gòu)和攪拌器密封結(jié)構(gòu)也類似。本反應(yīng)器由國內(nèi)自行設(shè)計、制造，攪拌器選用進口產(chǎn)品。 3、第一預(yù)縮聚反應(yīng)器 本反應(yīng)器為立式夾套真空反應(yīng)釜，釜內(nèi)不設(shè)攪拌器。反應(yīng)器設(shè)有“L”型液相夾套和螺旋型液相盤管，并設(shè)有分室圓形筒將反應(yīng)器分為內(nèi)、外兩室，外室安裝螺旋盤繞的“L”型夾套。內(nèi)室安裝有螺旋型盤管。全部國內(nèi)設(shè)計、制造。 4、第二預(yù)縮聚反應(yīng)器 本反應(yīng)器為臥式圓盤真空反應(yīng)器，在夾套式臥置圓筒型反應(yīng)器體內(nèi)，設(shè)一圓盤攪拌系統(tǒng)。該系統(tǒng)為一橫向支承的主軸，軸上用特殊鍵固定多塊圓盤。圓盤攪拌系統(tǒng)由特殊的電機、減速機驅(qū)動。軸與穿出的端蓋間用橡膠“J”型密封裝置進行密封，以保持縮聚反應(yīng)器所

38、需的真空度。傳動裝置和密封設(shè)有獨立的潤滑、冷卻油系統(tǒng)。除減速機和軸承引進外，其余國內(nèi)設(shè)計、制造。 5、后縮聚反應(yīng)器 本反應(yīng)器為臥式雙驅(qū)動圓盤反應(yīng)器，在臥置夾套式圓筒型釜體內(nèi)，放置縱向串聯(lián)的兩根轉(zhuǎn)動主軸，在各軸上用鍵固定多塊圓盤。兩根主軸在釜內(nèi)的軸端支承在同一軸承座上。除減速機和軸承引進外，其余國內(nèi)設(shè)計、制造。第三章 聚酯原輔材料1、精對苯二甲酸（purified terephthalic acid 簡稱PTA） 分子量 166.13 外觀 白色粉末 酸值 675±2mg KOH/g 4-羧基苯甲醛（4-CBA） 25ppm 對甲基苯甲酸 （PT酸） 150ppm 灰分 6ppm 特種

39、金屬總量 10ppm（Mo, Cr, Ni, Fe, Mn, Ti, Co） 鐵 1ppm 水分 0.2wt % 色相b值 1.6APHA 5%DMF色相 10APHA 粒度分布：<40 mm 20wt % 40160 mm 余量 169250 mm 15wt % >250 mm 3.0wt % 500 mm 0wt % 平均粒徑（中心值范圍95-120mm） M±10mm PTA各項質(zhì)量指標對聚酯生產(chǎn)的影響： 酸值酸值基本上可以看作PTA純度的標志，如果酸值異常要進一步分析其他有機酸含量，一般該項目數(shù)值穩(wěn)定。 灰份灰份為PTA和催化劑中不可燃燒的金屬等無機化合物含量之和

40、，灰份過高時會使熔體在紡絲過程中斷頭，使聚酯生產(chǎn)中過濾器壽命縮短和噴絲板易堵。 鐵、特種金屬含量其含量過大時影響所生產(chǎn)聚酯產(chǎn)品色相，這些金屬是聚酯降解反應(yīng)的催化劑，使斷鏈逆反應(yīng)加速。 4-羧基苯甲醛（4-CBA）4-CBA是PTA生產(chǎn)過程中的中間產(chǎn)物，其在聚酯生產(chǎn)過程中會形成黃色共軛產(chǎn)物，4-CBA含量上升，聚酯產(chǎn)品B值上升，又由于4-CBA一端有醛基，會阻止聚酯鏈段的增長，所以4-CBA含量上升，特性粘度下降。 水份PTA中的水份含量較高時，使PTA結(jié)塊嚴重，潮濕的PTA對投料工作造成不便，容易在料倉底部架橋、震動篩堵塞，致使配料中斷，嚴重時使PTA和EG漿料中PTA含量減少。 對甲基苯甲酸

41、 （PT酸）PT酸是PX在氧化過程的中間產(chǎn)物，也是對苯二甲酸在精制過程中使4-CBA氫化的產(chǎn)物，易溶于水，可在精制過程中從PTA中除去，具有單官能團，會阻礙PET鏈段增長，含量過高時，會使PET特性粘度下降。 色相PTA的色相與其所生產(chǎn)的PET色相有直接關(guān)系，PTA色相差，在其他條件不變的情況下，PTA色相也差。 粒徑平均粒徑：PTA平均粒徑小，漿料粘度就大，不利于漿料輸送和增加攪拌動力（11TA01攪拌器電流上升）；PTA比表面積大，容易溶解，反應(yīng)速度快，反之各項情況也相反，所以要求PTA平均粒徑不要變化太大。2、乙二醇（ETHYLENE GLYCOL 簡稱EG） 分子量 62.07 外觀 無色透明粘稠液體 密度 1.1128-1.1138g/cm3 酸值 0.03mg-KOH/g 醛（以甲醛計） 8ppm 灰分 10ppm 鐵 0.1ppm 氯化物 0.5ppm 二甘醇 0.05wt % 水份 0.05wt % 色相 5APHA 鹽酸中的色相 20APHA 餾程 初餾點 196 終餾點199 紫外線透過率 220 nm 70wt % 275 nm 95wt %