聚酯培訓(xùn)資料

1、第一早 聚酯裝置流程介紹 18萬噸/年聚酯裝置是中國紡織設(shè)計(jì)院設(shè)計(jì)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(jì)負(fù)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(diǎn)。在控制系統(tǒng)上，聚酯裝置采用 了先進(jìn)的集中分散DCS空制系統(tǒng)，具有操作控制方便、人機(jī)聯(lián)系好、功能齊全、 可靠性高等特點(diǎn)。 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)

2、PTA庫房兩座，兩座庫房面積共 9800吊，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(fù)荷 800萬大卡的熱媒爐三臺，兩用一備） （二）罐區(qū)（設(shè)容積5000用的乙二醇貯罐兩個(gè)，貯存周期約 52天；設(shè)容積 1000吊的燃料油貯罐兩個(gè)，貯存周期約 32天。） （三）過濾器清洗 （四）化驗(yàn)室 聚酯裝置主工藝流程圖如下： EG第二酯化反應(yīng)器后控制酯化率

3、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(shí)保證裝置的穩(wěn)定運(yùn)轉(zhuǎn)。兩個(gè)酯化反應(yīng)器 的汽相物采用一個(gè)工藝塔用于乙二醇回收。 分離的重組分乙二醇回流到兩個(gè)酯化 反應(yīng)器中。塔頂輕組分冷凝后，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

4、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(jìn)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 Imbar左右。通過控 制真空度使熔體的聚合度達(dá)到指標(biāo)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

5、。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(bǔ)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 mbar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(gè)混合冷凝器。設(shè)置乙二醇蒸發(fā) 器，為噴射泵提供動(dòng)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(jì)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(dāng)其中一臺切粒機(jī)換刀維修時(shí)，另一臺切粒機(jī)可承擔(dān)全部

6、負(fù)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。 &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(dòng)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(jì)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(jī)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

7、 度，再并經(jīng)離心機(jī)分離其中大顆粒、過濾器過濾后，送入消光劑供料槽中，計(jì)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(yùn)輸至卸料區(qū)，由防爆電動(dòng)葫蘆吊至PTA卸料口拆包卸料，送 至聚酯裝置PTA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310C過熱蒸汽解聚24小時(shí)，然后是24小時(shí)熱堿 洗，24小時(shí)熱水洗，在用510Mpa高壓水洗，最后是超聲波處理，鼓泡檢驗(yàn)。 3、一次熱媒系統(tǒng)（熱媒站） 在三期聚

8、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（320C）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(gè)供熱回路循環(huán)的熱媒稱為二次熱媒。通過調(diào)節(jié)進(jìn)入每個(gè) 二次回路的一次熱媒量，可以控制二次熱媒的溫度，實(shí)現(xiàn)工藝上對每個(gè)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(yùn)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

9、采用燃料油槽車運(yùn)輸，經(jīng)燃料油卸車泵卸料后，貯 存于燃料油貯槽中。設(shè)置2X1000rn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(yàn) 設(shè)置分析化驗(yàn)室，用于中間產(chǎn)品和產(chǎn)品分析和化驗(yàn)。 分析化驗(yàn)項(xiàng)目包括：特 性粘度、外觀、熔點(diǎn)、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)制液分析，餾出水、熔體及循環(huán)乙二醇等。 本裝置有以下幾個(gè)工藝特點(diǎn)： （一）采用低溫工藝和較長的停留時(shí)間。尤其是使第一酯化反應(yīng)器達(dá)到較高 的酯化率，確保產(chǎn)品質(zhì)量和裝置穩(wěn)定運(yùn)行。本工藝的漿料摩爾比1.08，第一酯 化反應(yīng)器溫度在260r。

10、與高漿料摩爾比（1.92.0）和高溫（280 C）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(fù)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(fù)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(shí)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(gè)工藝塔并采用高效導(dǎo)向浮閥塔， 除承擔(dān)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(dān)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

11、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(jì)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。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(jī)物，而增大治理污染的負(fù)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)

12、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(dāng)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：HOCH2CH2COOC6H4COOnCH2CH20H，因?yàn)榉肿咏Y(jié)構(gòu)中含 有酯基-CO0-，故稱為聚酯纖維。滌綸分子鏈通常由1000個(gè)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?yàn)榫哂兄貜?fù)單元 -CH

13、2CH2COOC6H4C00-，該單 元在分子中重復(fù)的個(gè)數(shù)n稱為聚合度。在化學(xué)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(gè)很重要的產(chǎn)品質(zhì)量控制指標(biāo)。 因?yàn)榫埘サ奶匦?粘度與分子量有直接關(guān)系。在本裝置中，特性粘度以符號 n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： 十（MA 這里

14、的a和b為常數(shù)，對每一聚合物和每種溶劑都需要實(shí)驗(yàn)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)： 2H0CH2CH20H+HC00-Q-C00HH0CH3CH3C0O-Q-0-0CCH2CH20H+2H20 縮聚反應(yīng)： nE 他加皿臨劃淑岡血咖瀚狼 + (n)HOCH2CE2OH 以對苯二甲酸和乙二醇為原料生產(chǎn)滌綸聚酯的化學(xué)反應(yīng)可表示為：反應(yīng)1 是有機(jī)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）

15、 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(shí)還生成另一種低 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(xué)變化時(shí)，不是雜亂無章的，而是嚴(yán)格遵守一定規(guī)律的，化學(xué)反應(yīng)的特征是生成了新的物質(zhì)。在化學(xué)變化中，物質(zhì)按一定的數(shù)量關(guān)系進(jìn)行反應(yīng)， 生成一定量的產(chǎn)物?；瘜W(xué)計(jì)算中，轉(zhuǎn)化率是一個(gè)很重要的概念，它定義為進(jìn)料或 進(jìn)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(jìn)料為基準(zhǔn)，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(biāo)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(jìn)料PTA的羧基克分子總

16、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(jìn) 料PTA的羧基克分子總數(shù)的分率，這里選擇的基準(zhǔn)均為進(jìn)料PTA酯化產(chǎn)物為 BHET縮聚產(chǎn)物為PET以統(tǒng)計(jì)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(xué)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(xué)反應(yīng)的物 質(zhì)。用于實(shí)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(diǎn)。催化劑的濃度要依各具體反應(yīng)而定。 因?yàn)槿绻麧舛冗^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(qiáng)、絕對壓、表壓、真

17、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(dòng)的，總稱為流體。 流體垂直作用于單位面積上的壓力， 稱為壓強(qiáng)。由于在實(shí)際生產(chǎn)中，操作壓 “絕對壓力的零線 表壓、絕對壓力和負(fù)壓（真空）關(guān)系 強(qiáng)的高低相差懸殊，有的在正壓下 操作的，有的在負(fù)壓下操作的，因 此壓強(qiáng)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(diǎn)計(jì)算的壓強(qiáng)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

18、與大 氣壓壓力的差值； 即P絕=卩大氣+P表。 如果流體的壓強(qiáng)低于大氣壓， 即處于真空或負(fù)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HOC2CHOH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(diǎn)197.4 C,熔點(diǎn)-12.6 C,密度1.140-1.1150克/厘米 （20r時(shí)），比熱0.561卡/克度（20r時(shí)），蒸發(fā)熱208千卡/公斤（190C時(shí)）, 閃點(diǎn)116r（開口容器）它具有兩個(gè)碳原子并含有兩個(gè)羥基（-OH）

19、，故稱為乙二 醇。乙二醇能大大降低水的冰點(diǎn)，這是其重要性質(zhì)。含40%體積乙二醇的水溶液 于-25 r結(jié)冰，而含60%體積乙二醇的水溶液則在于-49 r結(jié)冰，乙二醇的吸水性 強(qiáng)，同時(shí)也能很好地溶解樹酯、染料等有機(jī)物。 乙二醇的著火溫度為410C，起火時(shí)可用火、干粉等滅火。 二、對苯二甲酸的性質(zhì). 對苯二甲酸（m 二 二八鳥）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(diǎn)（在封管中）425C,升華點(diǎn)402C，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，

20、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(jìn)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(diǎn)， 僅在402C升華，而乙二醇的沸點(diǎn)為197.4 r,大大低于PTA的升華點(diǎn)，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(shí)，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(jìn)行。 隨著反應(yīng)的進(jìn)行，因?yàn)?PTA在反

21、應(yīng)混全物中溶解度遠(yuǎn)較在純 EG中高，PTA 粒子溶解速度逐漸增加，當(dāng)PTA完全溶解時(shí)，反應(yīng)開始轉(zhuǎn)入均相酯化階段，此時(shí) 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(gè)乙二醇酯基縮聚并生成 一分子乙二醇，反應(yīng)按下式進(jìn)行： 所得初步縮合物，它的每個(gè)分子仍然具有活性雙官能團(tuán)（乙二醇酯基），因 此縮合反應(yīng)還可以繼續(xù)下去。實(shí)驗(yàn)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），

22、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(gè)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(jìn)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 X n K為平衡常數(shù) nw為體系中的乙二醇分子數(shù)。 從這個(gè)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

23、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(shí)還會發(fā)生可逆的獨(dú)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(dǎo)致聚酯分子量降低，熔點(diǎn)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: （1）醚化反應(yīng)： 2H0CH 2CH0H HOGCH-O-CHCHOH + HO -00C6HC00GHH0H + H0C2CH0H ve-OOCSCOOCCHO-CfCHOH + HO （2）降解反應(yīng)： 指產(chǎn)物中酯基-COO與水產(chǎn)生水解反

24、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(shí)間越長，這種熱降解傾向越大。如果系統(tǒng)中泄漏進(jìn)氧氣，則會發(fā)生強(qiáng) 烈的熱氧化降解，熱氧化降解和熱降解會導(dǎo)致分子結(jié)構(gòu)發(fā)生變化。 （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(jìn)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。

25、 在生產(chǎn) 過程中，實(shí)際的化學(xué)反應(yīng)并不是按照先酯化完全，再開始縮聚的順序進(jìn)行，而是 當(dāng)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(shí)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(gè)酯化釜和兩個(gè)縮聚釜中進(jìn)行的反應(yīng)過程稱為酯化階段，此時(shí)酯化率約為97% 縮聚率約為90%而在最終反應(yīng)器里進(jìn)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(shí)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(jī)理來考慮，當(dāng)然在不同時(shí)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

26、縮聚生成聚酯熔體的整個(gè)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(shí)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。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(bǔ)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(shí)提高溫度有利于PTA的分散和溶 解，促進(jìn)反應(yīng)體系均勻化。實(shí)驗(yàn)表明：溫度每升高 C,反應(yīng)

27、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(jìn)行，縮短縮聚時(shí)間，但溫度過高會使聚合物發(fā)生熱降解， 也易使EG及 BHE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（290C）以下。 綜合上述因素考慮后本裝置各反應(yīng)的溫度控制為：第一酯化釜為260 C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 C左右。 三、壓力控制 酯化反應(yīng)可在加壓或常壓下進(jìn)行。但當(dāng)酯化溫度高于EG在常壓下的沸點(diǎn)

28、時(shí)， 若在常壓下進(jìn)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(diǎn)也 升高的原理， 高溫下的酯化反應(yīng)應(yīng)在加壓下進(jìn)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(jìn)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(gè)適宜的 壓力，并在不同的酯化階段進(jìn)行不同的壓力控制， 酯化率低時(shí)時(shí)使反應(yīng)在較高壓 力下進(jìn)行，以提高液相中乙二醇的濃度；酯化率高時(shí)使反應(yīng)在較低壓力下進(jìn)行， 以利于水的逸出，進(jìn)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(dá)

29、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(shí)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(shí)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(jìn)行。 本聚酯裝置中，第一酯化釜的壓力為180KP&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

30、 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（J）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。 縮聚催化劑有很多種， 本裝置用的是銻催化劑， 因?yàn)殇R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(xué)纖維表面光滑， 具有

31、一定透明度， 所以在光線照射下， 因?yàn)榉瓷涔?強(qiáng)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(qiáng)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(jìn)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?yàn)槎趸伒恼凵渎逝c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 ），二氧化鈦同時(shí)還 具有化學(xué)穩(wěn)定性高， 不溶于水， 在高溫下不起變化，

32、 在后處理過程中不會消失等 優(yōu)點(diǎn)。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 ）.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(qiáng)，但顆粒硬，不容易分散， 在化學(xué)纖維紡絲時(shí)容易磨損噴絲板、 切絲刀，不宜作化學(xué)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(xué)纖維的消光劑。 化纖鈦白粉平均粒徑一般在0.35卩m粒子很細(xì)，表

33、面積很大，任何質(zhì)量優(yōu) 越的鈦白粉在儲運(yùn)、 包裝、 堆放、和運(yùn)輸過程中又絮凝或凝聚在一起形成大粒粒 團(tuán)，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?xí)霈F(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(fù)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，又稱

34、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(biāo)， 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(shí)間、沉降時(shí)間、過濾方 式等也有嚴(yán)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

35、熱阻，內(nèi)筒體 和內(nèi)封頭采用304L+ 16M復(fù)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16Mn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(jī)械密封，有獨(dú)立的潤滑、冷卻系統(tǒng)。攪拌器選用防爆電機(jī)驅(qū)動(dòng)。本 反應(yīng)器由國內(nèi)自行設(shè)計(jì)、制造，攪拌器選用進(jìn)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(jìn)行 反應(yīng)，由內(nèi)盤管和夾套進(jìn)行加熱與保溫。

36、 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(jì)、 制造，攪拌器選用進(jìn)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(jì)、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(jī)、減速機(jī)

37、驅(qū)動(dòng)。軸與穿出的端蓋間用橡膠“J”型密封裝置 進(jìn)行密封，以保持縮聚反應(yīng)器所需的真空度。傳動(dòng)裝置和密封設(shè)有獨(dú)立的潤滑、 冷卻油系統(tǒng)。除減速機(jī)和軸承引進(jìn)外，其余國內(nèi)設(shè)計(jì)、制造。 5 、后縮聚反應(yīng)器 本反應(yīng)器為臥式雙驅(qū)動(dòng)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(dòng)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(jī)和軸承引進(jìn)外，其余國內(nèi)設(shè)計(jì)、制造。 第三章聚酯原輔材料 1、精對苯二甲酸（purified terephthalic acid 分子量166.13 外觀 簡稱PTA 白色粉末 2 mg KOH/g 4- 羧基苯甲醛（4-CBA 對甲基苯甲酸（

38、PT酸） 灰分 特種金屬總量 （Mo, Cr, Ni, Fe, Mn, Ti, Co ） 鐵 水分 色相b值 25ppm 150ppm 6ppm 10ppm 1ppm 0.2wt % 1.6APHA 5%DMF色相 粒度分布：40 Jm 250 m v 3.0wt % 500 m 0wt % 平均粒徑（中心值范圍 95-120M _10m PTA各項(xiàng)質(zhì)量指標(biāo)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(biāo)志，如果酸值異常要進(jìn)一步分析其他有機(jī) 酸含量，一般該項(xiàng)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(jī)化合物含量之和，灰份過高時(shí) 會使熔體在紡絲過程中斷頭，使聚酯生產(chǎn)中

39、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(shí)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 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(shí)，使PTA結(jié)塊嚴(yán)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(dòng)篩堵塞，致使配料中斷，嚴(yán)重時(shí)使 PTA和 EG漿 料中PTA含量減少。 對甲基苯甲酸 （PT酸） PT酸是PX在氧

40、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(tuán)，會阻 礙PET鏈段增長，含量過高時(shí)，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(dòng) 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(xiàng)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稱 EG 分子量62.07 外觀 密度 酸值 醛（以甲醛計(jì)） 灰分 無色透明粘稠液體 1.1128-1.1138g/cm 0.03mg-KOH/g 8ppm 10ppm 鐵 氯化物 二甘醇 水份 色相 鹽酸中的色相 餾程 初餾點(diǎn) 終餾點(diǎn) 紫外線透過率220 nm 275 nm 350 nm O.lppm 0.5ppm 0.05wt % 0.05wt % 5APHA 196C 70wt % 95wt % 99wt % 乙二醇各項(xiàng)質(zhì)量指標(biāo)對聚酯生產(chǎn)的影響: 密度、餾程、含水率 密度和餾程實(shí)際上是EG純度的反