酯交换法生产PET工艺流程设计模板.doc

酯交换法生产PET工艺步骤设计 院 、 部： 学生姓名： 指导老师： 职称 专 业： 班 级： 完成时间： 摘 要本设计是年产八万吨聚对苯二甲酸二乙醇脂（PET）合成工艺设计。本文对PET研究，生产进行了具体概述，叙述了其在化学工业中作用和地位。并介绍了PET制备方法和确定了PET生产工艺。在确定PET生产工艺基础上进行了物料衡算，热量衡算，关键设备选型，工艺管路设计。利用Auto CAD软件绘制关键设备图，工艺步骤图和车间部署图。文中还对三废处理及废料回收、节能方法和安全防范、技术经济初步分析核实进行了简单叙述。关键词：聚对苯二甲酸二乙醇脂；PET；Auto CADABSTRACTThis design is an annual output of eighty thousand tons of polyethylene terephthalate (PET) process design. In this paper, the PET study, a detailed overview of the production, expounds its role and position chemical in industry. And introduces the preparation method of the PET and set the PET production technology. In determining the PET production technology is conducted on the basis of the material balance calculations, heat balance calculations, the main equipment selection, process piping design. Use Auto CAD software draw the main equipment figure, process flow diagram and workshop layout figure. The paper also for waste treatment and recycling, energy saving measures and safety, preliminary analysis on technical and economic accounting simply explained.Key words: polyethylene terephthalate; PET; Auto CAD目 录第一章绪论11.1 PET介绍11.1.2 PET结构及性能31.1.3合成PET副反应51.2聚酯应用7第二章 工艺步骤和方案说明及论证72.1 工艺路线选择82.1.1 合成原理82.1.2 合成路线选择及步骤简述82.1.3 合成路线82.2 工艺步骤设计112.2.1 连续缩聚112.2.2 间歇缩聚112.3 工艺参数选择112.3.1 催化剂122.3.2 稳定剂122.3.3 缩聚反应温度和时间122.3.4 缩聚反应压力132.3.5 搅拌影响132.3.6 其它添加剂142.4 影响聚酯反应原因152.4.1 EG/DMT投料比152.4.2 反应温度152.4.3 酯化反应时间152.4.4 缩聚反应釜真空度162.4.5 缩聚反应温度162.4.6 缩聚反应时间162.5 工艺步骤图绘制及说明162.5.1 PET生产工艺步骤简图162.5.2生产工艺步骤说明17第三章 物料衡算173.1酯交换阶段183.1.1第一酯交换器R101物料衡算183.1.2第二酯交换器R102物料衡算193.1.3第三酯交换器R103物料衡算203.1.4 BHET储槽物料衡算213.2缩聚阶段223.2.1第一缩聚釜R301物料衡算233.2.2第二缩聚釜R501物料衡算233.2.3第三缩聚釜R502物料衡算243.3切粒包装25第四章 热量衡算254.1能量衡算概述254.2 能量衡算遵照标准264.3 关键反应条件264.4 关键计算过程274.5各应器能量平衡28第五章 聚合釜及各设备选型295.1釜选型295.2 其它设备选型295.2.1搅拌器选型305.2.2换热器选型305.2.3 EG进料管道选型31第六章聚酯生产三废处理316.1 聚酯生产三废处理316.2 聚酯废料回收32参考文件34致 谢35第一章绪论1.1 PET介绍聚酯是热塑性饱和聚酯总称，它包含PET、PEN、PCT及其共聚物等。其中PET是开发最早、产量最大、应用最广聚酯。聚对苯二甲酸乙二醇酯，英文名 polyethylene terephthalate (简称PET)，1941年由英国J.R.Whenfield和J.T.Dikson采取乙二醇和对苯二甲酸直接酯化缩聚而得。最初是作为合成纤维原料而开发，1950年，美国Du Pont企业以它为原料，首次开发了聚酯纤维。然而当初对苯二甲酸精制工艺还未工业化，首先工业化是对苯二甲酚二甲酯（DMT）生产工艺，所以直到20世纪60年代中期，DMT一直是PET生产关键原料。伴随高纯度对苯二甲酸（PTA）工艺不停发展，它逐步替换了DMT成为生产PET原料。采取高纯度PTA不需回收，也不用回收甲醇，而且还有一个优点就是预聚合物酯化过程比酯交换反应快得多，酯交换反应是由DMT作原料生产PET第一步反应。自从PET商品化以来，非纤维方面因为廉价原料和所制薄膜和容器含有很多优点，如质轻、透明、轻易重新密封，所以其使用领域日益扩大，用量亦越来越大，成为塑料包装中用量增加最快树脂。现在世界上每十二个月仅PET 瓶消费树脂就高达300万吨以上，大部分作为一次性包装使用。近几年来，伴随大家生活水平不停改善，和消费水平日益提升，对塑料包装高性能、多功效性及环境保护性要求也越来越高。近几十年来，因为聚酯在纤维和非纤维领域发展全部较快，需求日益扩大，所以在世界范围内，尤其是亚洲地域聚酯生产飞速发展，同时也促进和带动聚酯上下游产业成长。PET聚酯可由乙二醇和对苯二甲酸反应而得，也可由乙二醇和对苯二甲酸二甲酯反应而得，但较为常见方法还是用乙二醇和对苯二甲酸缩聚制得。对苯二甲酸结构式为： 对苯二甲酸是芳香族二元羧酸一个，在常温下，外观为白色晶体，无毒，易燃。稍溶于水，不溶于氯仿、乙醚、醋酸，能溶于碱。物性常数以下：相对分子质量 166.13相对密度 1.55熔点 384421升华点 402 自然点 680升华热 98.4kJ/mol燃烧热 3227.8kJ/mol 生产二甲酸方法较多，就是现在使用方法也还在不停改善，关键方法有下面三种2。（1）对二甲苯高温氧化法（Amoco法美印第安纳标准石油企业，SD法或M.C法美国Mid-Century企业A.Saffer和R.S.Barker发明）其反应以下：此法收率为90%95，其工艺步骤较简单，设备数量少，占地小，投资少，在世界上聚酯原料产量第一位，且可制成精PTA用于直接酯化。但溴化物及醋酸对设备腐蚀严重，需用钛材或衬钛。（2） 对二甲苯低温氧化法（Mobil法，Kodak-Eastman法和东丽法） 为了深入改革对二甲苯高温氧化法，采取氧化促进剂进行氧化，以醋酸为溶剂，醋酸钴作催化剂，在100150 下进行氧化，不用钛材，但工艺步骤较复杂，设备台数多。Mobil法使用氧化促进剂为甲乙酮，压力为15atm，时间为2h，收率为98。Eastman法采取乙醛为氧化促进剂，压力10kg/cm2，收率为95。东丽法用三聚乙醛做氧化催进剂，压力2835kg/cm2，收率为95。（3） 对二甲苯分段氧化法（Hercules-Witten法）整个工艺过程为二步氧化和二步酯化，又称四步法，反应式以下：对苯二甲酸二甲酯结构式为：对苯二甲酸二甲酯是芳香族一个，在常温下，外观为白色晶体粉末，无毒、易燃，其蒸汽或粉尘和空气混合至一定百分比，能发生爆炸。物性常数以下：相对分子质量 194.18相对密度 1.065熔点 140.65沸点 288纯度 99.9对苯二甲酸二甲酯由对苯二甲酸和甲醇酯化，然后经重结晶或真空蒸馏制得。乙二醇结构式为：HOCH2CH2OH乙二醇为无色微粘稠液体。含有较强吸湿性，有醇味但不能饮用。能够和水、醇、醛、吡啶等混溶，微溶于乙醚。其物性常数以下：相对分子质量 62.07熔点 13沸点 197.6闪点(开口) 116相对密度 1.1154黏度(20oC) 20.93折射率 1.4316膨胀系数 0.00062介电常数 38.66乙二醇关键由环氧乙烷水合制得。1.1.2 PET结构及性能 PET分子可表示为： 若原料中不含有官能度=3杂质，或合成时不发生副反应而支化，则PET大分子是含有对称性芳环结构线型大分子。因为分子中CC键内旋转，PET分子中可有两种构象，即有顺式（无定形）和反式（结晶态）两种。顺式（反复周期为1.09nm） 反式（反复周期为1.075nm）（其能量低于顺式构象）这种大分子长链既对称，又规整，全部苯环几乎处于同一平面上，且沿着分子长链方向拉伸时能相互平行排列，故能紧密敛集而易于结晶。表1 聚酯切片质量指标序号项 目单 位指 标1特征黏度（在20苯酚/四氧乙烷1：1，0.5液中测得） 0.072黏度波动范围0.13相对黏度（在20，1间甲苯酸中测得）1.644熔点2605TiO2含量（相对于消光剂0.4）0.4056端羧基（COOH）mval/kg287二甘醇（DEG）wt1.18色相（用DUPONT法测定）L829水含量（切片）wt0.410111213灰分（不含TiO2）凝聚粒子10m510m铁含量wt个/mg个/mgppm0.04无0.431.1.3合成PET副反应 PET合成采取高纯度对苯二甲酸（PTA）和乙二醇（EG）为原料，经过酯化反应阶段和缩聚反应阶段生成聚对苯二甲酸乙二醇酯（PET）。 缩聚反应过程总是经过一定方法实现。现在工业上广泛采取有熔融缩聚、溶液缩聚和界面缩聚等方法。PET合成采取是熔融缩聚，即在反应中不加溶剂，使反应温度在原料单体和缩聚产物熔化温度以上（通常高于熔点1025）进行缩聚反应。熔融缩聚法特点是反应温度高（通常在200以上）。温度高有利于提升反应速率和低分子副产物排除。此法通常见于室温下反应速率很小可逆缩聚反应。熔融缩聚生产工艺简单，因为不需要溶剂，降低了溶剂蒸发损失和省去回收溶剂工序，降低污染，有利于降低成本。 因为反应为可逆平衡，在生成大分子同时，还有若干副反应产生，这些可看作逆反应，PET合成副反应可分以下三个方面：（1）单体或低聚物环化反应环化物含量温度升高而增加。往往生成通式为环化物（n通常为2）。当温度有210升到340时，其含量由1增加到5。（2）单体副反应 因为熔融缩聚反应温度较高，在缩聚过程中常发生多种多样副反应。a. 单体乙二醇形成二氧六环温度越高，反应越显著。b. 乙二醇脱水反应假如催化剂为醋酸锌，此种反应更为显著。另外，乙二醇还可进行二聚反应。而二元羧酸单体，在反应温度较高时也会发生脱羧反应。（3）聚合物副反应a 大分子链端基裂解和环状齐聚物形成HO(CH2)2O(CH2)OHCH2CHO(CH2)OH + H2OCH2=CHO(CH2)2OH2CH3CHO 因为大分子链中酯键裂解作用，或分子内、分子外酯交换作用，使缩聚过程中生成环状齐聚物。b 大分子链热裂解和链交换作用PET大分子链中酯基（）能和体系中存在水、酸、醇等进行裂解反应，且链节之间进行交换。这种酯键热裂解反应是一个亲电子异裂反应，羧基上氧原子向在酯键位氢原子进攻，形成羧基和烯烃，这种热裂解反应可在任意位置酯键上发生。故，为预防这类副反应，必需在无氧及惰性气体保护下进行缩聚反应。另外，还可添加稳定剂等添加剂，以提升其热稳定性。1.2聚酯应用 聚酯用途可分为纤维和非纤维两大类。聚酯开发早期关键用于制造合成纤维(占PET消耗量70左右)，以聚酯为原料生产聚酯纤维因其极佳纺用性能，能很好地替换天然纤维中棉花、羊毛、真丝、麻类纤维等，其用量很快超出尼龙纤维，成为合成纤维中主导产品。聚酯非纤维应用包含薄膜、容器和工程塑料。聚酯非纤维应用关键领域是制造充装饮料、食品等包装容器。因为聚酯有很好结晶性、刚性和强度，对非极性气体阻隔性高，耐蠕变性和尺寸稳定性好，线膨胀系数小，这些优良性能使其很适适用于做包装材料。和玻璃瓶和通常塑料瓶相比，聚酯瓶含有透明性好，易于回收，力学强度高，耐化学腐蚀等优点。聚酯另一大非纤维应用是生产聚酯薄膜，聚酯薄膜含有良好热稳定性、尺寸稳定性、防潮性、耐化学性、阻隔性和较高透明度及硬度，且易于运输，所以聚酯薄膜可用作包装、印刷、磁统计、感光、绝缘材料等，其中尤以食品包装用途最为广泛。另外，依据对产品性能要求，经过复合等方法，聚酯薄膜性能还能有深入改善。第二章 工艺步骤和方案说明及论证2.1 工艺路线选择2.1.1 合成原理用精制后对苯二甲酸双羟乙酯或它和苯甲酸混合反应物进行缩聚反应，分离出乙二醇后即得聚对苯二甲酸乙二醇酯，其反应以下： 2.1.2 合成路线选择及步骤简述基于以上对合成路线及工艺步骤简单介绍，再结合设计需要，最终此次设计采取酯交换法连续缩聚法。因为酯交换法中其原料对苯二甲酸二甲酯（DMT）可用较轻易蒸馏和重结晶方法精制，连续生产较易，所以酯交换法应用最广。现在，世界上多数工厂仍以此法为主，后两种制法是多年来发展起来新合成方法。2.1.3 合成路线PET可由单体对苯二甲酸（PTA）和乙二醇（EG）经缩聚反应而成。工业生产中，按其合成路线可分三种。（1）直缩法PTA和EG直接酯化生成对苯二甲酸二乙二醇酯（或称对苯二甲酸双羟乙酯，简称BHET），再由BHET经缩聚反应得PET，其反应以下：此法是先直接酯化再缩聚，故称直缩法。用高纯度对苯二甲酸和乙二醇反应，可省去对苯二甲酸二甲酯制造和精制及甲醇回收，所以成本有所降低。1956年开始研究此法，于1963年开始工业化生产。 对苯二甲酸和乙二醇混合物不象对苯二甲酸二甲酯和乙二醇混合物，后者为一均匀溶液，前者为浆状物。要将这种浆状物混合均匀并加热反应很困难，且在高温下PTA易升华，不仅反应速度缓慢，还易产生醚化反应。为使浆状物混合良好，往往加入过量乙二醇，这么又会加速醚化反应，结果使所得聚合物质量低劣。所以直接酯化法关键在于：处理浆状物混合问题；提升反应速度，使其达成工业生产要求；抑制醚化反应。（2）酯交换法早期生产单体PTA纯度不高，又不易提纯，不能由直接法制得质量合格PET。所以将纯度不高PTA先和甲醇反应生成对苯二甲酸二甲酯（DMT），后者较易提纯。再由EG和高纯度DMT（99.9）进行酯交换反应生成BHET，随即缩聚成PET，其反应以下： （DMT） （DMT） （EG）因合成过程中必需经过酯交换反应，工业中称此法为酯交换法。 BHET合成是在催化剂存在下进行，催化剂多为乙酸锌、乙酸锰或乙酸钴，或和三氧化锑混合使用，催化剂用量为0.010.05（DMT重）。 在生产中，先将乙二醇加入溶解釜中，然后加入DMT，EG：DMT=1：2.5（mol），溶解温度为150160，EG过量可促进酯交换反应进行完全。当物料完全溶解后用泵溶液输送至酯交换釜，同时加入催化剂。加料完成后升温到180190，甲醇在170左右开始蒸出。在酯交换过程中应通入氮气保护以预防氧化。当甲醇馏出量为理论8595时，就可认为酯交换反应完成，时间约为36小时。当温度上升到260280时即达反应终点。（3）环氧乙烷加成法因为乙二醇是由环氧乙烷制成，若由环氧乙烷（EO）和PTA直接加成得BHET，再缩聚成PET。这个方法称为环氧乙烷法，反应步骤以下： （PTA） （EO）此法可省去由EO制取乙二醇这一个步骤，故成本低，而反应又快，优于直缩法。但因EO易于开环生成聚醚，反应热大（约100kJ/mol），EO易热分解，又EO在常温下为气体，运输及贮存全部较困难，故此法还未大规模采取。在三种合成路线中，酯交换聚酯法和直接酯化法现在仍然是合成聚酯两大EGEG单批DMT（液体）DMT槽料仓熔化槽DMT（固体）PTAPTA料仓浆料混合器甲醇酯交换甲醇分馏塔水水分馏塔酯化预缩聚中等黏度缩聚排出蒸汽冷凝废乙二醇纺丝拉伸容器塑料中黏度切片料仓纺丝长丝加工成型高黏度切片料仓成型短纤维织物和工业用丝薄膜片基瓶子高强度纱线造粒高黏度最终反应器结晶固相缩聚成型结晶干燥熔融挤压机关键工艺路线，其生产过程（图1）所表示图1 酯交换和直接酯化聚酯法工艺路线生产2.2 工艺步骤设计PET生产工艺步骤可分为间歇法、连续法和半连续法。间歇法比较简单，关键是一个酯化（或酯交换）反应器及一个缩聚反应器组成；而连续法，则由很多个反应器串联而成，最终产品PET可连续不停地送去铸带、切拉，或直接纺丝。连续式所得产品质量稳定，适合大批量生产。中国多个大石化企业如：上海金山石化企业、北京燕山石化总企业等均采取连续缩聚。也有些人研究并开发了半连续法，即在酯化和缩聚两个过程之间设一个中间贮存糟，酯化后得到BHET可存放于此槽中，定时定量送入间歇缩聚反应器中进行缩聚。一个中间槽可配多个缩聚反应器，故此法适宜生产多品种PET需求。2.2.1 连续缩聚 通常可分为三段：第一段是除去酯化或酯交换反应中多出或产生乙二醇；第二段是低聚合度物料缩聚，这时物料黏度较低，设备能够用釜式、塔式（容量板塔）和卧式反应器，设备容量较大，要求物料接触充足，加热均匀，不堵塞、不返料，采取二级蒸汽喷射泵抽真空，通常称这一阶段为预缩聚。辽宁石化总企业预缩聚结构较特殊，有12块塔板，塔板上有热油盘管，加热均匀，无返料，副反应少；第三段是在高真空下进行缩聚，称后缩聚，此时进入后缩聚釜物料黏度较大（反应后期已达200Pas以上），设备结构较新，以利于小分子副产物排除。尽可能使物料呈活塞流动，不发生返混现象。预防物料滞留、局部过热降解，影响产品质量。缩聚釜形式很多，常见有盘环式、鼠笼式、螺杆反应式等。物料用泵强制输送，采取四、五级蒸汽喷射泵抽真空。2.2.2 间歇缩聚间歇缩聚工艺步骤比较简单，只有一台缩聚釜。酯交换结束后物料（BHET）用氮气压入缩聚釜，在低真空下（40mmHg）进行前缩聚，然后在高真空下进行后缩聚。 缩聚结束后由氮气将物料压出，铸带、冷却、切粒及干燥，最终得粒状产物。2.3 工艺参数选择2.3.1 催化剂 为了加速BHET缩聚反应，常须加入催化剂。对催化剂要求应为：有较强催化作用；不催化副反应及PET热降解反应；能很好地溶解于PET中，且不使PET着色。在PTA和EG直接酯化中所用催化剂，如醋酸钴、钙、锌等化合物即使对BHET缩聚反应也有催化作用，但她们在高温下却能使PET加速热降解，本身又能被产生羧基抑制而“中毒”失去催化效用。经过大量筛选和研究，至今找到最适宜BHET缩聚催化剂是Sb2O3。由动力学研究测知，Sb2O3催化活性和反应中羟基浓度成反比。在缩聚反应后期，PET分子量上升，羟基浓度下降，使得Sb2O3催化活性更为有效。Sb2O3用量通常为PTA质量0.05，或DMT质量0.030.05。 因Sb2O3溶解性稍差，多年来有采取溶解性好醋酸锑，或热降解作用小锗化合物，也有用钛化合物。2.3.2 稳定剂 为了预防PET在合成过程中和后加工熔融纺丝时发生热降解（包含热氧降解）常加入部分稳定剂。工业上最常见是磷酸三甲酯（TMP）和亚磷酸三苯酯和磷酸三苯酯。尤其是后者效果更佳，因为它还含有抗氧化作用。 对稳定剂作用有两种见解；一个认为是封锁端基作用，预防PET降解；另一个认为是稳定剂能和直接酯化过程中催化剂金属醋酸盐相互结合，抑制了醋酸盐对PET热降解反应催化作用。 稳定剂用量越高，即PET中含磷量越高，其热稳定性也越好。不过稳定剂可使缩聚反应速度下降，在一样反应时间下所得PET分子量较低，即对缩聚反应有迟缓作用，工业生产中必需考虑这个副作用。稳定剂用量通常为PTA1.25（质量），或DMT1.53（质量）。2.3.3 缩聚反应温度和时间 缩聚时产物PET分子量（即）和反应温度立即间关系（见图2）所表示。从图中可看到每一个反应温度下，值全部出现一个高峰。说明缩聚时现有使分子链增加反应，同时存在有使分子链断裂降解反应。反应开始时，由低聚物缩聚成较大分子反应为主，待PET分子增大后，裂解反应起关键作用。反应温度较高时，反应速率较快，故抵达极大值时间较短，但高温下热降解严重，此极大值较低。在生产中必需依据具体工艺条件和要求黏度值来确定最适宜缩聚温度和反应时间。当黏度达成极大值后，应立即出料，避免因出料时间延长而引发分子量下降。特征黏度0.81.0283272293 2 4 6 8 10 120.60.40.2时间，h 图2 PET和缩聚反应温度立即间关系2.3.4 缩聚反应压力因为BHET缩聚反应是一个平衡常数很小可逆反应，为了使反应向产物PET生成方向移动，必需尽可能除去EG，也就是说反应过程中需要抽高真空。图3指出不一样压力下PET和反应时间关系。可知在285下反应时，压力越低，可在较短反应时间内取得较高值特征黏度40Pa270Pa670Pa2670Pa0.80.40.20.61.01.0 2.0 3.0 4.0 5.0 时间，h图3 PET和压力及反应时间关系通常在缩聚反应后阶段中可要求反应压力低达0.1kPa。工业上常见五级蒸汽喷射泵或乙二醇喷射泵来达成这个要求。2.3.5 搅拌影响 PET合成时，必需采取猛烈搅拌，使熔体气液界面不停更新，有利于EG逸出。在一样反应条件下，搅拌速率越快，取得PET分子量越高。在连续缩聚法中，当反应处于初缩聚阶段，常可采取塔式设备。黏度不太大熔体可在塔内垂直管中自上而下作薄层运动，以提升EG蒸发表面积。当缩聚反应进行至中、后期，熔体黏度较大，通常采取卧式熔融缩聚釜。卧式熔融缩聚釜含有横卧式中心轴，轴上安装有多层螺旋片，可推进物料前进；另有数层网片（插在螺旋片间），可增加EG蒸发表面。网片旋转时，网片上网孔将粘附有薄膜状物料暴露于缩聚釜上半部空间中，不停形成新表面，有利于EG排除。总而言之，不管采取哪种搅拌形式，其作用是增加EG蒸发扩散表面积，或降低扩散液层厚度，以加速缩聚反应。2.3.6 其它添加剂（1）扩链剂 在缩聚后期，EG不易排除，常可加入二元酸二苯酯（如草酸二苯酯）作为扩链剂，可发生下列反应。生成苯酚易于逸出，有利于大分子链增加。如=0.5PET树脂，加入一定量扩链剂，抽至高真空，在20分钟左右即可提升至=1.0。（2）消光剂 由此能够改善反光色调，并含有增白作用。其用量常为PET0.5。（3）着色剂有时可把色料和缩聚原料一起加入反应釜中反应，可得到颜色较为均匀有色PET树脂，这种方法称为原液着色。因为缩聚反应温度较高，必需采取耐温型着色剂，如酞菁兰、炭黑及还原艳紫等。2.3.7 总结（1）影响聚酯反应关键原因有：反应温度、反应压力、物料停留时间、PTA浓度、EG浓度、催化剂浓度等。（2）在不一样反应阶段，各项影响原因对最终产品各项指标影响力度不一样，应找出最关键影响原因加以调整。（3）对于最终产品质量影响原因，应综合不一样反应阶段一起调整。（4）酯化反应关键受温度、压力、停留时间影响，仅在后期受EG/PTA摩尔比影响。DEG生成关键是在酯化阶段，DEG含量应关键从酯化阶段入手。预缩聚阶段端羧基含量高关键原因和酯化反应酯化率有很大关系。所以，酯化反应优化很关键。（5）在参数优化过程中，影响参数也应综合考虑，在调整一项参数同时，能够合适调整其它参数，以赔偿因调整该项参数对其它指标造成影响。2.4 影响聚酯反应原因2.4.1 EG/DMT投料比 EG/DMT投料比指EG/DMT实际投入打浆釜摩尔比。从反应机理中可知，反应生成BHET可替换EG参与酯化反应，同时在缩聚反应中又生成EG，所以理论上EG/PTA投料比是2。但实际生产控制在1.11.33为宜。 EG/DMT投料比增大，EG加入量增大，从而使酯化反应釜中酯化反应副反应醚化反应增大，最终造成产品熔点下降。另外，酯化分馏柱温度及柱顶温度控制高出正常值范围，也会使酯化水中EG含量过高（5%）而影响正常生产。EG/PTA投料比减小，将造成酯化不完全。未参与反应PTA物料导入缩聚釜后，因为大分子链端基部分大部分为羧基，形成了链终止剂，从而不能生成工艺要求所需大分子PET。2.4.2 反应温度 当反应温度过低时，酯化反应停止。大量EG在次温度下蒸发（EG沸点为197）。在实际生产中，酯化分馏柱温度及柱顶温度超出正常工艺范围值，会造成大量EG蒸出，深入造成EG/DMT摩尔比下调，最终造成产品质量下降。当反应温度高时，反应速度加紧，造成釜内生成水不能立即蒸出，副反应增多，产品熔点降低，影响后加工染色性能，使色度增加，影响产品外观。2.4.3 酯化反应时间 物料在酯化釜内停留时间通常不宜过长。反应时间过长会造成副反应增大，熔点下降，色值增大。反应时间过短会形成釜内起压或造成低于反应温度而形成EG蒸出现象。所以反应时间必需按实际设计工艺要求控制。2.4.4 缩聚反应釜真空度 缩聚反应真空阶段分两个部分即低真空阶段和高真空阶段。 在低真空阶段，反应物较稀，分子链小，真空度上升速度要均衡，不然会使物料大量带出造成泛液，通常低真空阶段控制在30min40min；在高真空阶段，反应物料较为粘稠，分子链长，分子之间缩合出EG也越来越少，所以，要从较粘稠物料中抽出少EG，必需使真空度提升。所以在反应后期，若真空度达不到要求工艺值，反应生成EG就不能立即抽出，致使反应时间过长，最终影响产品黏度和色值。2.4.5 缩聚反应温度 缩聚反应本身是一个放热反应，但因为反应早期有大量EG生成，为了使其蒸发，需要大量蒸发烧，因反应放出热量不足使大量生成乙二醇（EG）蒸发，故反应早期必需对其加热。反应后期，生成EG量少，反应本身放出热量即可维持反应进行。2.4.6 缩聚反应时间 缩聚反应时间也是影响产品质量指标黏度关键原因。反应时间长，黏度大，产品聚合度高；但过长会造成物料在釜内热裂解，端羧基增多，黏度下降，色值上升。生产中，应按工艺要求控制缩聚反应时间。2.5 工艺步骤图绘制及说明2.5.1 PET生产工艺步骤简图一级酯交换釜二级酯交换釜三级酯交换釜BHE储槽稳定剂TiO2脱除器后缩聚釜前缩聚釜EG/ DMT催化剂甲醇回收乙二醇产品PETEG回收图1 PET工艺步骤方块图2.5.2生产工艺步骤说明EG和DMT以一定摩尔比(2.2.5:1)配制好浆料经预热后进入三个串联阶梯式酯化釜第一级.Co-Ca催化剂（0.04%）也在此加入.第一级酯化釜温度控制在180-190, 反应大约3h,一级常压酯交换率为69%-70%。二级酯交换反应釜温度控制在200-210，反应3h,常压酯酯交换率为90%-92%。三级酯交换反应釜温度控制在210-215，反应3h,常压酯酯交换率为97%-98%。因为酯交换反应温度高，酯交换生成甲醇夹带着EG被蒸出反应釜，为了保持反应釜原料配比（EG和DMT摩尔比）不变，甲醇和EG混合蒸汽分别在精馏塔中进行分离。经过冷凝器冷凝，回收甲醇。经过酯交换反应生成BHET等物料送入BHET储槽，同时加入消光剂（0.4%）和稳定剂（2%），在此釜中控制温度230-235，搅拌1-1.5h，常压酯交换率99%.由BHET储槽出来物料前后进入到缩聚反应釜，在抽真空条件下进行缩聚反应，得到含有一定聚合度PET熔体。由缩聚釜蒸出EG蒸汽经过分离出夹带少许低聚物后，进入EG洗涤器进行冷凝。冷凝下来EG经过循环泵冷却器冷却后循环使用，多出EG送到EG回收装置处理。其中第一缩聚釜反应温度控制在230-235,在45-50KPa下反应1h；第二缩聚釜反应温度控制在270-275,在1.5-3.0KPa下反应2.5-3.0h；第三缩聚釜反应温度控制在275-280,在0.1-0.3KPa下反应5-6h；最终由缩聚釜出来熔体PET进行后处理得到产品。 回收辛醇一部分直接循环到酯化部分使用，另一部分需进行分馏和催化加氢处理。生产废水（COD值7001500mHg/L）用活性污泥进行生化处理后再排放。本工艺步骤特点：原料简单，工艺步骤短，物料循环使用，生产效率高。第三章 物料衡算本工艺配方以下（以DMT质量为参考标准）：DMT 100 催化剂 0.04稳定剂 2 消光剂 0.5 物料配比：DMT：EG=1:2.15（摩尔比）。采取顺步骤计算次序进行物料衡算，该工艺为年产8万吨PET，开工300天，天天生产二十四小时，总损耗为5%。三级酯交换率分别为70%、92%和98%。部分物质参数以下表3-1表3-1名称TPAEG水甲醇BHETDMT相对分子质量166621832254194假设PET聚合度为103，链节为162，相对分子质量为0。具体物料衡算过程以下：PET熔体=8107/（300240.95）=11695.91 kg/h；故DMT投料摩尔量 n=11695.91/0103=60.23kmol/h；DMT投料质量为M=n194=11685.38 kg/h。3.1酯交换阶段3.1.1第一酯交换器R101物料衡算101.0 R101101.0101.2101.1DMT：MDMT=11685.38 kg/hEG: MEG=2.15n62=8028.66 kg/h催化剂用量：M催化剂=0.04/100 MDMT=4.67 kg/h累计： 11685.38+8028.66+4.67=19718.71 kg/h101.1 因为酯交换率为70%，所以生成BHET质量为 ：MBHET1=n0.7254=10708.89kg/h； 生成甲醇质量为：M甲醇1= n0.7232=2698.30kg/h；剩下DMT质量为：M剩DMT1=11685.380.3=3505.61kg/h；剩下EG质量为：M剩EG1=（60.232.15-260.230.7）62=2800.70 kg/h；所以101.1为：M催化剂+ MBHET1 + M剩DMT1+ M剩EG1=17019.87kg/h；101.2为：M甲醇1= n0.7232=2698.30kg/h；R101物料平衡验算：总进料量=11685.38 +8028.66+4.67=19718 .71 kg/h总出料量= M催化剂+ MBHET + M剩DMT1+ M剩EG1+ M甲醇=19718.71 kg/h整理计算结果得：表3-2 DMT酯交换法连续操作物料平衡表 单位：kg/h物料名称进料出料DMT11685.383505.61EG8028.662800.70催化剂4.674.67BHET10708.89甲醇2698.30累计19718 .7119718 .713.1.2第二酯交换器R102物料衡算R102102.0102.1102.2102.0 催化剂：M催化剂=0.04/100 MDMT=4.67 kg/hBHET质量为 ：MBHET=n0.7254=10708.89 kg/h；DMT质量为：M剩DMT1=116