聚酯工藝基礎(chǔ)知識演示文稿

聚酯工藝基礎(chǔ)知識演示文稿現(xiàn)在是1頁\一共有43頁\編輯于星期二（優(yōu)選）聚酯工藝基礎(chǔ)知識.現(xiàn)在是2頁\一共有43頁\編輯于星期二

概述聚酯發(fā)展概況聚酯生產(chǎn)主要工藝路線聚酯生產(chǎn)的反應(yīng)機(jī)理聚酯生產(chǎn)的工藝流程介紹（中紡院五釜流程）聚酯產(chǎn)品的質(zhì)量指標(biāo)及各指標(biāo)的影響因素現(xiàn)在是3頁\一共有43頁\編輯于星期二

一、概述聚酯是由二元或多元酸和二元或多元醇縮聚而成的高分子化合物的總稱，用不同原料、不同方法合成的聚酯品種繁多，可用于纖維、容器、薄膜、涂料、工程塑料、橡膠等不同的領(lǐng)域。目前聚酯的主要品種有聚對苯二甲酸乙二醇酯（PET）、聚對苯二甲酸丁二醇酯（PBT）、聚對苯二甲酸丙二醇酯（PTT）、聚萘二甲酸乙二醇酯（PEN）等高分子化合物以及某些共聚酯系列。以對苯二甲酸（PTA）和乙二醇（EG）為原料縮聚而成的聚對苯二甲酸乙二醇酯是世界上第一個(gè)實(shí)現(xiàn)工業(yè)化和廣泛得到應(yīng)用的聚酯產(chǎn)品，也是目前世界上產(chǎn)量最高、用量最大、用途最廣泛的高分子合成材料?，F(xiàn)在是4頁\一共有43頁\編輯于星期二

現(xiàn)在是5頁\一共有43頁\編輯于星期二二、聚酯發(fā)展概況

發(fā)展歷史：1、20世紀(jì)40年代初，英國的J.R.Whenfield和J.T.Dikeon參閱了美國杜邦公司關(guān)于脂肪族二元酸與二元醇合成聚酯的論文，對苯二甲酸和乙二醇為原料，在實(shí)驗(yàn)室中成功地合成了聚對苯二甲酸乙二醇酯，并制成了聚酯纖維。并與1946年發(fā)表了世界上第一個(gè)生產(chǎn)聚酯纖維的專利。50年代，美國杜邦公司購買了生產(chǎn)聚酯的專利權(quán)，經(jīng)過中間試驗(yàn)，在1953年建成了年產(chǎn)1.6萬噸的生產(chǎn)裝置（間歇），成為世界上第一個(gè)實(shí)現(xiàn)聚酯生產(chǎn)工業(yè)化的廠家。1962年，聚酯工業(yè)開始采用連續(xù)縮聚工藝，使生產(chǎn)能力有了突破性的增長，單線的生產(chǎn)能力大幅提高。

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2、從1953年開始工業(yè)化生產(chǎn)至今，雖然只有50多年，但一直保持高速發(fā)展。進(jìn)入20世紀(jì)90年代，聚酯工業(yè)的發(fā)展重心開始轉(zhuǎn)向亞洲。90年代末以后，聚酯用量的增加以及較高利潤的回報(bào)，使聚酯產(chǎn)能急劇擴(kuò)大。進(jìn)入21世紀(jì)，我國內(nèi)地聚酯工業(yè)的發(fā)展有了重大的突破。生產(chǎn)、科研、設(shè)計(jì)和設(shè)備制造部門通過技術(shù)改造和消化吸收引進(jìn)技術(shù)，研發(fā)成功了國產(chǎn)化成套設(shè)備。大容量連續(xù)生產(chǎn)聚酯技術(shù)與設(shè)備國產(chǎn)化的成功，使聚酯裝置投資成本比90年代初下降七八成，進(jìn)而掀起了新一輪的聚酯投資熱潮。3、2005年全球聚酯產(chǎn)能接近5500萬噸/年，我國的聚酯產(chǎn)能約2160多萬噸/年，約占40%，而2005年我國內(nèi)地聚酯的需求量僅為1300萬噸左右，因此產(chǎn)能增長過快，使國內(nèi)聚酯裝置產(chǎn)能利用率持續(xù)低位徘徊，供大于求的局面可能會(huì)保持一個(gè)較長的階段。現(xiàn)在是7頁\一共有43頁\編輯于星期二

4、我國聚酯行業(yè)的現(xiàn)狀a、產(chǎn)能大，產(chǎn)能利用率低；b、生產(chǎn)能力過剩，效益下降；c、非纖用聚酯生產(chǎn)比例低，國內(nèi)聚酯絕大多數(shù)應(yīng)用于紡織行業(yè)表1-1世界聚酯產(chǎn)能及預(yù)測表200520062007200820092010北美南美西歐東歐非洲/中東亞洲/遠(yuǎn)東世界合計(jì)75277.8379.883.1134.833465285.3752.388.3421.7197.6240.34103.55803.7729.6108.3482.8233.92664414.86298.4813.1112.3482.82342664582.66490.8820.6112.3482.8234.3273.54741.56665820.6127.3514.8256.7273.54832.56825.4現(xiàn)在是8頁\一共有43頁\編輯于星期二

5、聚酯發(fā)展趨勢a、裝置的大型化和規(guī)模效益；b、新型反應(yīng)器的研制和流程的簡化；c、新型催化劑的使用；d、新添加劑技術(shù)；e、應(yīng)用領(lǐng)域的拓寬?，F(xiàn)在是9頁\一共有43頁\編輯于星期二三、聚酯生產(chǎn)工藝路線1、生產(chǎn)工藝路線PTA法生產(chǎn)聚酯包括酯化和縮聚兩個(gè)部分2、聚酯單體對苯二甲酸乙二醇酯的生產(chǎn)方法對苯二甲酸乙二醇酯（BHET）的生產(chǎn)方法目前主要有三種，即酯交換法、直接酯化法和環(huán)氧乙烷法，形成聚酯生產(chǎn)的三大工藝線路?，F(xiàn)在是10頁\一共有43頁\編輯于星期二

（1）酯交換法（DMT法）a、對苯二甲酸與甲醇反應(yīng)生成對羧基苯甲酸甲酯（MMP）：HOOCCOOH+CH3OHCH3OOCCOOH+H2Ob、對羧基苯甲酸甲酯再與甲醇反應(yīng)生成對苯二甲酸二甲酯（DMT）：CH3OOCCOOH+CH3OHCH3OOCCOOCH3+H2Oc、得到DMT以后，與乙二醇進(jìn)行酯交換反應(yīng)就可以獲得BHET：CH3OOCCOOCH3+2HOCH3CH3OH2CH3OH+HOCH2CH2OOCCOOCH2CH2OH現(xiàn)在是11頁\一共有43頁\編輯于星期二

酯交換法的優(yōu)點(diǎn)：1、反應(yīng)產(chǎn)生的副產(chǎn)物DEG含量較少；2、DMT能與EG完全混合，反應(yīng)速度快；3、原料可以使用粗PTA進(jìn)行生產(chǎn)。酯交換發(fā)的缺點(diǎn)：1、需要把甲醇進(jìn)行回收；2、流程復(fù)雜，投資大。由于酯交換法的生產(chǎn)復(fù)雜，需要甲醇的回收裝置，而且投資大，現(xiàn)在新建的裝置基本上已經(jīng)很少用酯交換的工藝路線，而以前的裝置也慢慢的淘汰了?，F(xiàn)在是12頁\一共有43頁\編輯于星期二

（2）直接酯化法直接酯化法是直接用對苯二甲酸與乙二醇反應(yīng)生成對苯二甲酸乙二醇酯的方法，也稱之為PTA法。直接酯化法是由高純度的對苯二甲酸與乙二醇配制成的漿料投入反應(yīng)釜，發(fā)生如下反應(yīng)：HOOCCOOH+2HOCH2CH2OH2H2O+HOCH2CH2OOCCOOCH2CH2OH目前也有用中度純度對苯二甲酸（QTA）代替PTA進(jìn)行直接酯化的工藝。（3）環(huán)氧乙烷法（EO法）HOOCCOOH+2CH2CH2HOCH2CH2OOCCOOCH2CH2OHO

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EO法技術(shù)應(yīng)該是最理想的工藝路線，但是由于環(huán)氧乙烷原料很危險(xiǎn)，沸點(diǎn)很低（10.7℃），容易發(fā)生爆炸，發(fā)展很慢。其次是PTA法發(fā)展太快造成的。由于PTA法較DMT和EO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)較安全，流程短，工程投資低，公用工程消耗及生產(chǎn)成本較低，反應(yīng)速度平緩，生產(chǎn)控制比較穩(wěn)定)等，目前世界PET總生產(chǎn)能力中大多采用PTA法。現(xiàn)在是14頁\一共有43頁\編輯于星期二

3、縮聚經(jīng)過上述三種方法得到對苯二甲酸乙二醇酯后，縮聚反應(yīng)便可開始進(jìn)行，其化學(xué)反應(yīng)式如下：nHOCH2CH2OOCCOOCH2CH2OHHO〔CH2CH2OOCCOO〕nCH2CH2OH+（n-1）HOCH2CH2OH4、直接酯化法的主要生產(chǎn)工藝直接酯化法生產(chǎn)聚酯的工藝主要有吉瑪工藝、鈡紡工藝、杜邦工藝、伊文達(dá)工藝等?，F(xiàn)在是15頁\一共有43頁\編輯于星期二

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吉瑪工藝的特點(diǎn)：（1）選用單一的縮聚催化劑；（2）酯化反應(yīng)溫度較低，停留時(shí)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；（3）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?，F(xiàn)在是17頁\一共有43頁\編輯于星期二

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鐘紡工藝過程的特點(diǎn)：（1）原料配制時(shí)乙二醇摩爾比低，故反應(yīng)系統(tǒng)中EG過剩量少，能耗低，生成二甘醇副產(chǎn)物少，使產(chǎn)品中的DEG含量較低；（2）各級反應(yīng)條件（壓力、溫度、停留時(shí)間）適中，各縮聚反應(yīng)級間聚合度分配合理，使產(chǎn)品質(zhì)量較高；（3）利用攪拌功率以及終聚在線毛細(xì)管黏度計(jì)來調(diào)節(jié)終聚的真空度，使產(chǎn)品黏度控制穩(wěn)定；（4）縮聚反應(yīng)器中有兩釜采用臥式反應(yīng)器，內(nèi)部為多槽溢流串聯(lián)結(jié)構(gòu)，液面穩(wěn)定，減少了劣化物的生成；同時(shí)，改善了物料的活塞流情況，有利于產(chǎn)品的相對分子質(zhì)量分布。現(xiàn)在是19頁\一共有43頁\編輯于星期二現(xiàn)在是20頁\一共有43頁\編輯于星期二

杜邦工藝的特點(diǎn)：（1）工藝流程簡單合理，停留時(shí)間短，雖然反應(yīng)條件強(qiáng)烈，但產(chǎn)品質(zhì)量較好；（2）設(shè)備簡單，動(dòng)設(shè)備少，維修量少，裝置連續(xù)運(yùn)行時(shí)間較長，可達(dá)到4年；（3）添加劑加入口有噴嘴和靜態(tài)混合器，分散性好，品種轉(zhuǎn)換時(shí)間較短?，F(xiàn)在是21頁\一共有43頁\編輯于星期二現(xiàn)在是22頁\一共有43頁\編輯于星期二

伊文達(dá)工藝的特點(diǎn);（1）酯化、縮聚等主工藝過程充分利用壓差和位差作為物料攪拌和輸送動(dòng)力，減少動(dòng)設(shè)備，能耗低；（2）反應(yīng)器結(jié)構(gòu)合理，有利于傳質(zhì)、傳熱和反應(yīng)的需要；（3）縮聚過程的噴淋冷凝器均設(shè)有自動(dòng)刮板，解決了真空系統(tǒng)的堵塞問題?，F(xiàn)在是23頁\一共有43頁\編輯于星期二四、聚合反應(yīng)機(jī)理1、酯化反應(yīng)機(jī)理PTA和EG的酯化反應(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(shí)，酯化反應(yīng)和縮聚反應(yīng)在整個(gè)生產(chǎn)反應(yīng)過程中都同時(shí)存在，在反應(yīng)剛開始時(shí)，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(shí)除去生成的水。另外EG與PTA的配比也有一定的影響，當(dāng)EG過量時(shí)，會(huì)發(fā)生EG之間、EG與BHET之間的醚化反應(yīng)。在實(shí)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(shí)，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。現(xiàn)在是24頁\一共有43頁\編輯于星期二

2、影響酯化反應(yīng)的主要工藝條件：（1）EG/PTA摩爾比的影響；（2）反應(yīng)壓力的影響；（3）反應(yīng)溫度的影響；（4）反應(yīng)時(shí)間的影響；（5）PTA粒徑的影響；（6）催化劑的影響?，F(xiàn)在是25頁\一共有43頁\編輯于星期二

3、縮聚的反應(yīng)機(jī)理由于聚酯的縮聚反應(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，將會(huì)影響縮聚反應(yīng)速率和聚合度?？s聚階段主要是一個(gè)鏈增長的過程，這一階段伴隨著高分子聚合物的生成，同時(shí)也釋放出許多地相對分子量的EG及其他化合物。為了確?？s聚反應(yīng)順利進(jìn)行，得到優(yōu)質(zhì)的聚酯產(chǎn)品，必須把這些反應(yīng)所產(chǎn)生的小分子物質(zhì)迅速分離出反應(yīng)系統(tǒng)。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(jìn)行的?，F(xiàn)在是26頁\一共有43頁\編輯于星期二

4、影響縮聚反應(yīng)的主要工藝條件：（1）催化劑的影響；（2）穩(wěn)定劑的影響；（3）反應(yīng)溫度的影響；（4）反應(yīng)壓力的影響；（5）反應(yīng)時(shí)間的影響；（6）攪拌速度的影響；（7）熔體層厚度的影響；（8）酯化率對聚合度的影響?，F(xiàn)在是27頁\一共有43頁\編輯于星期二五、聚酯生產(chǎn)的工藝流程介紹（五釜）聚酯二部有兩條共40萬噸的聚酯裝置，BP和CP線，采用的是中國紡織工業(yè)設(shè)計(jì)院技術(shù)的五釜流程。BP線在2007年7月份開車，CP線在07年11月份開車。聚酯裝置包括PTA下料及輸送單元、漿料配置單元、酯化單元、縮聚單元、真空系統(tǒng)、熔體輸送單元和熱媒爐單元。PTAADDH2O五釜流程工藝示意圖漿料配制酯化1酯化2預(yù)聚1預(yù)聚2終聚EG回收EG循環(huán)熔體輸送紡絲現(xiàn)在是28頁\一共有43頁\編輯于星期二PTA輸送及漿料配制現(xiàn)在是29頁\一共有43頁\編輯于星期二酯化1現(xiàn)在是30頁\一共有43頁\編輯于星期二酯化2現(xiàn)在是31頁\一共有43頁\編輯于星期二EG/H2O分離塔（工藝塔）現(xiàn)在是32頁\一共有43頁\編輯于星期二預(yù)聚1現(xiàn)在是33頁\一共有43頁\編輯于星期二預(yù)聚2現(xiàn)在是34頁\一共有43頁\編輯于星期二預(yù)聚物過濾器（預(yù)聚物輸送）現(xiàn)在是35頁\一共有43頁\編輯于星期二終聚現(xiàn)在是36頁\一共有43頁\編輯于星期二熔體輸送（1）現(xiàn)在是37頁\一共有43頁\編輯于星期二熔體輸送（2）現(xiàn)在是38頁\一共有43頁\編輯于星期二熔體輸送（3）現(xiàn)在是39頁\一共有43頁\編輯于星期二六、PET的質(zhì)量指標(biāo)及各指標(biāo)的影響因素為了使生產(chǎn)的PET滿足后加工的要求，其質(zhì)量必須滿足一定的條件。常用來衡量PET質(zhì)量的指標(biāo)有黏度、熔點(diǎn)、端羧基、色相、凝集粒子、水含量、異狀切片、灰分、鐵含量、二甘醇含量等?，F(xiàn)在是40頁\一共有43頁\編輯于星期二

1、黏度黏度是聚酯的非常重要的指標(biāo)，一般用特性黏度（相對黏度）表示。黏度是分子內(nèi)摩擦的量度，由于高分子的流動(dòng)是通過鏈段的位移形成的，鏈段越長，摩擦力越大，其黏度越高，因此黏度是分子量大