毕业设计与论文-年产十万吨聚对苯二甲酸乙二醇酯工艺设计.pdf

年产十万吨聚对苯二甲酸乙二醇酯工艺设计摘要本设计是年产十万吨聚对苯二甲酸二乙醇脂(PET)合成的工艺设计。本文对PET 的研究，生产进行了详细的概述，阐述了其在化学工业中的作用与地位。并介绍了 PET 的制备方法和确定了 PET的生产工艺。在确定PET生产工艺的基础上进行了物料衡算，热量衡算，主要设备选型，工艺管路设计。并利用Aspen软件对主要的流程进行模拟。利用Aut。CAD软件绘制主要设备图，工艺流程图以及车间布置图。文中还对三废处理 及废料回收、节能措施与安全防范、技术经济初步分析核算进行了简单的阐述。关键词：聚对苯二甲酸二乙醇脂，PET,Aspen,Aut o CADSummar yTh is d esig n is a n a n n ua l o ut put o f o n e h un d r ed t h o usa n d t o n s o f po l yet h yl en e t er eph t h a l a t e(PET)pr o c ess d esig n.In t h is pa per,t h e PET st ud y,a d et a il ed o ver view o f t h e pr o d uc t io n,ex po un d s it s r o l e a n d po sit io n c h emic a l in in d ust r y.An d in t r o d uc es t h e pr epa r a t io n met h o d o f t h e PET a n d set t h e PET pr o d uc t io n t ec h n o l o g y.In d et er min in g t h e PET pr o d uc t io n t ec h n o l o g y is c o n d uc t ed o n t h e ba sis o f t h e ma t er ia l ba l a n c e c a l c u l a t io n s,h ea t ba l a n c e c a l c ul a t io n s,t h e ma in equipmen t sel ec t io n,pr o c ess pipin g d esig n.An d simul a t in g t h e ma in pr o g r a ss by t h e so f t w a r e Aspen.Use Aut o CAD so f t w a r e d r a w t h e ma in equipmen t f ig ur e,pr o c ess f l o w d ia g r a m a n d w o r ksh o p l a yo ut f ig ur e.Th e p a per a l so f o r w a st e t r ea t men t a n d r ec yc l in g,en er g y sa vin g mea sur es a n d sa f et y,pr el imi n a r y a n a l ysis o n t ec h n ic a l a n d ec o n o mic a c c o un t in g simpl y ex pl a in ed.Key wo r ds：po l yet h yl en e t er eph t h a l a t e,PET,Aspen,Aut o CAD论文目 录前言.11概述.3-1.1基本概念.一3 1.2聚酯产品规格.一4 1.3国内外聚酯生产现状.一4一1.4全球聚酯发展与展望.-6-1.5聚酯的应用.一6一2.PET简介.错误！未定义书签。2.1 结构与性能.7 2.1.1原料性能指标.7 一2.1.2 PET结构及性能.11 一2.2合成PET的副反应.12 一3.PET生产工艺及工艺路线的选择.14 一3.1 合成原理及路线.14 3.1.1合成原理.14 一3.1.2合成路线.一15一3.2PET生产工艺流程.18 3.2.1连续缩聚.18 一3.2.2间歇缩聚.19 一3.3合成路线的选择及流程简述.一 19 一3.4世界主要生产技术.错误！未定义书签。3.5 PET生产工艺条件.一19 一3.5.1 催化剂J.-19-论文3.5.2 稳定剂.20 一3.5.3缩聚反应的温度与时间.20 一3.5.4缩聚反应的压力.21-3.5.5搅拌的影响.22 一3.5.6其他添加剂.22 一3.5.7 总结.23 一3.6影响聚酯切片质量的因素.一 23 一3.6.1 EG/PTA 投料比.2 3 3.6.2反应温度.24 一3.6.3酯化反应时间.24 一3.6.4缩聚反应釜的真空度.24 一3.6.5缩聚反应温度.24 一3.6.6缩聚反应时间.24 一3.6.7凝聚粒子.错误!未定义书签。4物料衡算.25 4.1物料平衡关系.25 4.2物料发生的化学与物理化学变化.27 4.2.1化学变化.-27-4.2.2物理化学变化（相变化）.27 4.3其它数据.一 28 一4.4计算过程.一 30 一4.5物料平衡结果总汇.一 36 一5能量衡算.一36 一5.1主要反应条件.一37 一6非标准设备的计算及定型设备的选型.39-6.1 聚酯反应器的选型原理.39 6.2 第一酯化反应器.一 41 6.2.1反应器体积.41-6.2.2搅拌装置的设计.一43一7工艺管道的计算.43 一论文7.1 EG进料管的选型.44-7.2水蒸气排放管的选型.44 8聚酯生产的三废处理及废料回收.28.1 聚酯生产的三废处理.28.2 聚酯废料的回收.38.2.1传统的化学回收技术.38.2.2聚酯回收技术进展.48.2.3聚酯回收市场及工业前景分析.59聚酯生产中的节能措施与安全防范.79.1六种节能技术在聚酯生产中的应用.79.1.1 冷凝液回用.79.1.2使用氧气尾气输送对苯二甲酸.89.1.3优化工艺降低反应水中乙二醇（EG）含量.89.1.4 EG 回用.89.1.5热媒炉“油”改“气”.99.1.6聚酯装置碱洗技术.99.2安全防范.109.2.1防火防爆.109.2.2 防毒.109.2.3防 烫伤.119.2.4防 辐射.1110技术经济初步分析核算.1211计算机模拟过程.14ILL画出流程图.1411.2.基本设置.141L3.定义组分.1411.4.定义聚合物的连段结构.151L 5.聚合物属性的定义.15论文IL 6.定义低聚物.15IL 7.热力学方法的选择.161L 8.输入进料数据.1611.9.输入反应器数据.1611.10.反应基团定义.161LH.定义反应速率常数.1711.12.给每个反应定义反应速率常数.1711.13计算结果.18参考文献.20致谢.21论文刖 H聚酯是热塑性饱和聚酯的总称，它包括PET、PEN、PCT及其共聚物等。其中 PET是开发最早、产量最大、应用最广的聚酯。聚对苯二甲酸乙二醇酯，英文名 po l yet h yl en e t er eph t h a l a t e（简称 PET）,1941 年由英国的 J.R.Wh en f iel d 和 J.T.Dikso n 采用 乙二醇与对苯二甲酸直接酯化缩聚而得。最初是作为合成纤维的原料而开发的，1950年,美国Du Po n t公司以它为原料，首次开发了聚酯纤维。然而当时对苯二甲酸的精制工艺尚未工业化，首先工业化的是对苯二甲酚二甲酯（DMT）生产工艺，因此直到20世纪60年代中期，DMT一直是PET生产的主要原料。随着高纯度对苯二甲酸（PTA）工艺的不断发展，它逐渐替代了 DMT成为生产PET 的原料。采用高纯度的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 物的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的第一步反 应。聚酯的用途可分为纤维和非纤维两大类。聚酯开发初期主要用于制造合成纤维（占 PET消耗量的70%左右），以聚酯为原料生产的聚酯纤维因其极佳的纺用性能，能很好 地替代天然纤维中的棉花、羊毛、真丝、麻类纤维等，其用量很快超过尼龙纤维，成为 合成纤维的主导产品。自从PET商品化以来，非纤维方面由于廉价的原料以及所制的薄膜和容器具有诸多 优点，如质轻、透明、容易重新密封，因而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长最快的树脂。目前世界上每年仅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，随着人们生活水平的不断改善，和消费 水平的日益提高，对塑料包装的高性能、多功能性及环境保护性的要求也越来越高。近几十年来，山于聚酯在纤维和非纤维领域的发展都较快，需求日益扩大，因此在 世界范围内，尤其是亚洲地区的聚酯生产飞速发展，同时也促进和带动聚酯上下游产业 的成长。论文1概述1.1 基本概念高分子化合物（ma c r o mo l c ul a r c o mpo un d）：是由成千上万个原子通过化学 键连接而成的高分子（ma c r o mo l ec ul e）所组成的化合物，简称为聚合物川。聚酯：是指高分子主链上具有重复狱酯结构的树脂状高聚物，由二元酸或 二元醇与二元或多元酸缩聚而成。有聚酯树脂，聚酯纤维和聚酯橡胶等。按所 用酸不同，又可分为饱和聚酯和不饱和聚酯。饱和聚酯：是饱和二元酸和二元醇经缩聚反应而得，是在大分子主链上含 有许多酯键的一大类聚合物。饱和聚酯通常指的是聚对苯二甲酸乙二醇酯（po l yet h l en e t er eph t h a l a t e,PET）,聚对苯二甲酸丁二醇酯（po l ybn t yl en e t er eph t h a l a t e,PBT）,聚蔡二甲酸乙二酯（po l yet h yl en e n a ph t h a l a t e,PEN）。不饱和聚酯：是含有碳碳双键的线性共聚物，在有游离基引发剂存在条件 下，这些双键可以进一步聚合。这种共聚酯通常是由一个饱和二元竣酸或其酸 酎，一个不饱和二元竣酸或其酸酎和一个或多个二元醇生产的。高聚物按用途可分为塑料、橡胶、纤维、涂料、黏合剂、离子交换树脂等，其中前三种成为三大合成材料。纤维（f iber）：弹性模数较大（约1（）9ioIOn/d?）；受力时形变较小（百分 之几到二十）；纤维大分子沿轴向按一定规则排列，长径比大；在较广泛的温度 范围内（一50150C）,机械性能变化不大。常用的合成纤维有尼龙、涤纶、丙纶、维尼纶等。橡胶（r ubber）：弹性模数小（约105-106N/m2）；室温下，在很小外力作 用下，能产生很大形变（可达1000%）,即弹性高；除去外力后，能迅速恢复 原状。常见的橡胶有天然橡胶、丁苯橡胶、顺丁橡胶、硅橡胶等。塑料（pl a st ic s）：弹性模数介于纤维和橡胶之间（约IO7i（）8N/m2）；当温 度稍高时，受力形变可达百分之几十至几百，部分形变可逆，部分形变不可逆;弹性模数，黏度等物理性能与温度的变化直接关系，反映出塑性行为，根据塑 料受热时的不同，可以将塑料分为热塑性塑料和热固性塑料两大类型。三大合成塑料有时很难区分，某些高聚物即可以作橡胶使用也可以作塑料论文或纤维使用。如尼龙、涤纶即可以作工程塑料，这完全取决于加工过程。缩聚反应（po l yc o n d en sa t io n r ea c t io n）：是在聚合过程中，除形成聚合物 外，同时还有低分子副产物产生的反应。其产物称为缩聚物。实质是官能团之 间的多次重复的缩合反应，并在缩聚物中保留官能团的特征，如酯键、酸键等。所以，大部分缩聚物是杂键高聚物。容易被水、醇、酸等药品水解、醇解、酸 解。缩聚反应依据不同的原则进行分类，常见的有如下几种：按反应热力学的 特征分平衡缩聚和不平衡缩聚；按所生成产物的结构分线型缩聚和体型缩聚；按参加反应单体的种类分均缩聚、异缩聚（又称混缩聚）和共缩聚；按在反应 中生成的键合基团（特征基团）分聚酯化反应、聚酸化反应、聚氨酯化反应等 反应。酯化反应：端竣基和端羟基在一定条件下，生成酯基和水的反应。1.2 聚酯产品规格PET树脂分为标准级与工程级两类。标准级中有用于拉伸吹塑成型用的，又分为无色的、绿色的、琥珀色的。无色树脂又按特性黏度分几档，结晶速率较慢的适用于较宽的加工条件，可以 生产高质量的饮料瓶。1.3 国内外聚酯生产现状据国家统计局统计，2004年111月全国累计生产聚酯切片及熔体750.17 万吨.我国聚酯的生产起步较晚，20世纪70年代开始形成上海、天津、辽阳等 生产基地，20世纪80年代国产间歇式、半连续的小聚酯生产装置建设较多，据统计已有110家以上。资料表明，全国93家较大聚酯生产厂总聚酯生产能力 已由1997年334万t/a增加到2000年676万t/a,2001年底约达到730万t/a。2002年我国聚酯生产能力同比增加200万t/a以上，一举突破1000万t/a大关,达到1100万t/a,占世界聚酯总生产能力的1/4以上，居世界聚酯生产的首位。2003和2004年我国聚酯生产能力分别达到1438万t/a和1600万t/a。主要聚酯生产企业集中在中国石化和中国石油两大集团公司。中国石化论文2001年聚酯产量达到2 02.97万t,占全国总产量的6 9.2%。中国石油2001年产 量为46.6 1万3占全国总产量的15.9%。目前主要的40多家聚酯生产企业，2001年产量在1万t以上的企业有29家，在10万t以上的企业有9家，在30 万t以上的企业有4家。仪征化纤公司是目前我国聚酯生产能力和产量最大的 企业，2001年聚酯产量达到110.85万3占全国总产量的37.8%,已成为世界 十大聚酯生产企业之一;其次是辽阳石化公司，2001年产量40.75万t,占13.9%；上海石化公司居第三位，2001年产量为38.35万3占13.1%。2002年上海石 化公司产量达到42万3辽阳石油化纤公司达40万3洛阳石化公司达22万3 天津石化公司达21万3 2003年我国共有100多家聚酯生产企业，其中小聚酯（指采用间隙法生产工艺的装置）企业有近70家，为大聚酯企业总数的2倍多，而产能约占全国总生产能力的32%。1999年至今，我国民营聚酯企业激增，聚酯生产能力急剧膨胀。到2002 年底，民营企业的聚酯生产能力已占我国总生产能力的40%左右，目前纤维级 聚酯已出现生产能力相对过剩的状况。近年我国聚酯生产能力大幅度增长，产 量也同步上升，产量和增长幅度己远超过美国，居世界首位。2002年聚酯表观 消费量已达786.9万t。因近年国内聚酯树脂和涤纶产品需求量较大，每年进口 总量均在100万t以上。2005年我国聚酯生产能力分别达到1696万t,聚酯产 量将分别达到1253万t o占世界总产量比例将从1995年9%、2002年25%提 高到2005年27%。预计到2010年在世界十大聚酯生产商中，中国将至少占有 23家。根据报导，聚酯纤维产品的市场竞争已日趋激烈。从国际化学纤维市场的 发展趋势来看，美国、西欧和日本生产量呈现下降趋势，主要原因是他们放弃 了产量高、附加价值低、生产过程中环境污染严重的大宗产品的生产，继而转 向高层次、高技术及高附加价值产品的开发与生产。并把技术含量低的大宗货 生产技术转到中国大陆、台湾、韩国及东南亚各国，使国际聚酯生产能力呈现 东移现象。目前亚洲已成为世界聚酯生产中心，并主要集中在日本、韩国和台 湾等地。日本化学纤维工业有着较长的发展历史，长期的科技投入已积累了雄 厚的产品开发基础。因此，近年来日本化学纤维工业的结构调整取得了实际效 果。目前，日本已经很少生产普通品种的化学纤维产品，他们在中国大陆和印 尼、泰国等发展中国家建立独资或合资企业生产大宗产品，而在本土开发和生 论文产高技术含量、高附加价值的差别化、功能性化学纤维产品，这些高品质、高 价值产品的研究和开发为日本化学纤维工业注入了活力，并已经成为韩国和台 湾等地化学纤维业者竞相效仿的对手而紧紧追赶。韩国为了保持韩国化学纤维 产品的竞争力，韩国政府组织学术界和产业界共同制定了改善化学纤维结构的 计划。根据这个计划，着重推进生产设施的自动化和省力化，增加了技术开发 投资，追求产品的高级化和多样化，为了取得更好的效果，韩国选择附加价值 大、技术差距大的染色加工业为突破口，给予战略上的支援。预计2007年韩国 的出口将达300亿美元，占世界市场的9%,如果这个目标能够实现，韩国将 进入化学纤维先进国家行列。台湾为了提高化学纤维的竞争能力，已经从以往 以量取胜及低成本策略调整为以新纤维开发及少量多样快速反应的纺织品为 主、求质不求量的生产策略，并逐渐导向非纺织品生产领域。各个化学纤维企 业均利用高科技手段开发新型化学纤维，他们的发展方向是“新原料、新纱线、新布料”，这一策略确立了台湾在亚洲化学纤维的地位。1.4 全球聚酯发展与展望近来，随着生产能力的过剩和毛利的下降，聚对苯二甲酸乙二醇酯（PET）已经显示了快速商品化的迹象。据有关人士分析，未来几年全球PET市场的需 求增长仍然看好，但生产毛利并不好看。PET是一种热塑性工程材料，曾经以较高的生产利润成为石油化工业的宠 儿。每年以两位数的速率快速增长，在过去的十年中它的增长速度超过了其他 任何塑料产品，在全球塑料市场需求的份额也由3%增长到6%。根据CMAI的一份分析报告指出，未来五年，全球PET市场需求将以每年 接近10%的速度快速增长。全球每年将新增100万吨的PET的需求量。亚洲和 欧洲的增长速度将超过美洲，到2007年，这两个地区的PET需求总量将超过 美洲。1.5 聚酯的应用自从聚酯及其产品被开发出来以后，由于它具有多种优良特性，倍受人们 的亲睐。论文聚酯的用途可分为纤维和非纤维两大类。聚酯开发初期主要用于制造合成 纤维（占PET消耗量的70%左右），以聚酯为原料生产的聚酯纤维因其极佳的纺 用性能，能很好地替代天然纤维中的棉花、羊毛、真丝、麻类纤维等，其用量 很快超过尼龙纤维，成为合成纤维中的主导产品。聚酯的非纤维应用包括薄膜、容器和工程塑料。聚酯非纤维应用的主要领 域是制造充装饮料、食品等的包装容器。由于聚酯有较好的结晶性、刚性和强 度，对非极性气体的阻隔性高，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用于做包装材料。与玻璃瓶和一般的塑料瓶相比，聚酯瓶 具有透明性好，易于回收，力学强度高，耐化学腐蚀等优点。聚酯的另一大非纤维应用是生产聚酯薄膜，聚酯薄膜具有良好的热稳定性、尺寸稳定性、防潮性、耐化学性、阻隔性和较高的透明度及硬度，且易于运输,因此聚酯薄膜可用作包装、印刷、磁记录、感光、绝缘材料等，其中尤以食品 包装用途最为广泛。另外，根据对产品性能的要求，通过复合等措施，聚酯薄 膜的性能还能有进一步的改进。此外，聚酯还作为工程塑料，用于电子、电器等领域，如做接插件、仪表 壳、热风口罩等。聚酯非纤维应用发展很快，其中尤以包装容器的发展引人注目现在大约 20%以上的PET用作包装材料，且有上升的趋势。包装已成为PET的第二大应 用领域，仅次于合成纤维。近几十年来，由于聚酯在纤维和非纤维领域的发展都较快、需求日益扩大,因此在世界范围内，尤其是在亚洲地区的聚酯生产飞速发展，同时也促进和带 动聚酯上下游产业的成长。1.6 PET简介1.6.1 原料性能指标PET聚酯可由乙二醇和对苯二甲酸反应而得，也可由乙二醇与对苯二甲酸 二甲酯反应而得，但较为常见的方法还是用乙二醇与对苯二甲酸缩聚制得。对苯二甲酸的结构式为：论文HOOC-COOH对苯二甲酸是芳香族二元竣酸的一种，在常温下，外观为白色晶体，无毒,易燃。稍溶于水，不溶于氯仿、乙酸、醋酸，能溶于碱。物性常数如下：相对分子质量16 6.13相对密度1.55熔点384 42 1c升华点402 自然点680 升华热98.4kJ/mo l燃烧热32 2 7.8kJ/mo l生产二甲酸的方法较多，就是现在使用的方法也还在不断改进，主要的方法有下面三种。（1）对二甲苯高温氧化法（Amo c。法一一美印第安纳标准石油公司，S D 法或M.C法美国Mid-Cen t ur y公司的A.S a f f er和R.S.Ba r ker发明）其反应如下：此法收率为90%95%,其工艺流程较简单，设备数量少，占地小，投资 少，在世界上聚酯原料产量的第一位，且可制成精PTA用于直接酯化。但滨化 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（Mo bil法，Ko d a k-Ea st ma n法和东丽法）为了进一步改革对二甲苯高温氧化法，采用氧化促进剂进行氧化，以醋酸 为溶剂，醋酸钻作催化剂，在100150 c下进行氧化，不用钛材，但工艺流程 较复杂，设备台数多。Mo bil法使用的氧化促进剂为甲乙酮，压力为15a t m,时间为2 h,收率为论文98%。Ea st ma n法采用乙醛为氧化促进剂，压力l Okg/c n?,收率为95%。东丽法用三聚乙醛做氧化催进剂，压力2835kg/c n?,收率为95%。（3）对二甲苯分段氧化法（Her c ul es-Wit t en法）整个工艺过程为二步氧化和二步酯化，又称四步法，反应式如下：CII3 COOIICOOCII3 COOCH3COOCH31、I jQaCHaOJl1AHOOCCH3 COOHCH3 COOHCOOCH3对苯二甲酸二甲酯的结构式为：h3cooc cooch3对苯二甲酸二甲酯是芳香族的一种，在常温下，外观为白色晶体粉末，无 毒、易燃，其蒸汽或粉尘与空气混合至一定比例，能发生爆炸。物性常数如下:相对分子质量 194.18相对密度 1.06 5熔点 140.6 5C沸点 288纯度 99.9%对苯二甲酸二甲酯由对苯二甲酸与甲醇酯化，然后经重结晶或真空蒸播制 得。乙二醇的结构式为：ho-ch2-ch2-oh乙二醇为无色微粘稠液体。具有较强的吸湿性，有醇味但不能饮用。可以 和水、醇、醛、毗陡等混溶，微溶于乙醛。其物性常数如下：相对分子质量6 2.07熔点-13沸点197.6闪点（开口）116论文乙二醇主要由环氧乙烷水合制得。相对密度 黏度（2 0）折射率 膨胀系数 介电常数1.11542 0.931.43160.0006 238.6 6其中直接酯化聚酯法对对苯二甲酸和乙二醇的质量要求如（表1）。h2c=ch2/水CH2CH2-HOCH2CH2 OH表1直接酯化聚酯法对对苯二甲酸和乙二醇的质量指标Table 1 Direct esterification of terephthalic acid and ethylene glycol polyester method of quality indicators原料性能单位指标对苯二甲酸纯度%（质量）99.96酸值mg KOH/g675对甲苯甲酸含量|1L/L60 1004-竣基苯甲醛含量g L/L5-10湿度%（质量）0.1金属含量g L/L67离子含量g L/L12乙二醇灰分g L/L10相对密度1.1130 1.1136沸点1400.7二缩、三缩乙二醇%（质量）0.05水分%（质量）0.1铁离子含量g L/L1.0乙酸含量%（质量）0.005醛含量g L/L30外观无色透明论文1.6.2 PET结构及性能PET分子可表示为：?H-OCH2CH2O 一c C 3 OCH2 c H2 0H若原料中不含有官能度/=3的杂质，或合成时不发生副反应而支化，则PET 大分子是具有对称性芳环结构的线型大分子。由于分子中CC键的内旋转，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（重复周期为1.09n m）0反式（重复周期为1.075n m）（其能量低于顺式构象）这种大分子长链既对称，又规整，所有的苯环几乎处于同一平面上，且沿 着分子长链方向拉伸时能互相平行排列，故能紧密敛集而易于结晶。聚酯产品质量指标表2 聚酯切片的质量指标Table 2 Polyester chip quality index序号项目单位指标1特性黏度（在20苯酚/四氧乙烷1：1,0.5%溶液中测得）0.072黏度波动范围0.013相对黏度（在20,1%间甲苯酸中测得）1.6 4+1.54熔点260论文-1.05TiOz含量（相对于消光剂0.4%）%0.4056端竣基（-COOH）mva l/kg2 87二甘醇（DEG）w t%82Lb+3.59水含量（切片）w t%0.410灰分（不含TiCh）w t%0.0411凝聚粒子10|jm个/mg无5l Oja m个/mg0.412铁含量ppm R102 102.1图12 R 102物料平衡示意图102.2H2O：(2 NtoxAxx18+55.55)x0.9=2 x 72.2 36 x(0.97-0.89)X18+55.55 x 0.9=2 49.72 kg/h(R 102中生成水加上R 101中残留水的90%被蒸出)EG：2 49.72 x 0.3937/(1-0.3937)x 6 2/18=558.53kg/h(气相中EG摩尔分率为0.3937)合计：2 49.72+558.53=808.2 5 kg/h102.3EG：558.53 kg/h102.1催化剂：6.00 kg/hH2O：2 49.72x0.14-0.9=2 7.75 kg/hEG：NTo(Mr2 x+p)Meg=72.2 36 x(1.12-2 x 0.97+0.87)x 6 2=179.15 kg/h聚合物：NtoMt+(2 xp)MEG 2 x Mw=72.2 36 x 16 6+(2 x 0.97-0.87)x 6 2-2 x 0.97x l 8=142 6 0.83kg/h合计：6.00+2 7.75+179.15+142 6 0.83=14473.73 kg/hR 102 物料平衡验算：总进料量=1476 8.2 3+558.53=1532 6.76 kg/h总出料量=14473.73+808.2 5=152 81.98kg/hR2 01物料衡算V S2-102.1 R201 2 01.1论文图13 R201物料平衡示意图在R2 01中加入消光剂EG溶懒颛。3的01曲程抽函施含有少量聚合物被夹 带出，使2 01.1中的Nto减少为Nto,同时夹带出极少量的消光剂及催化剂。003.1(20%消光剂一EG混合浆液)消光齐I：WtoxO.5%=11991.2 0 x0.005=59.96 kg/hEG：59.96 x 0.80.2=2 39.82 kg/h合计：59.96+2 39.82=2 99.78 kg/h2 01.1Nto=O.999xNto=O.999x72.2 36=72.16 4 kmo l/h(由于抽真空带出低聚物引起)消光剂：59.96 x 0.999=59.90 kg/h催化齐I：6.00 x 0.999=5.99 kg/hEG：Nto(Mr2 x+p)xMeg=72.16 4x(1.05-2 x 0.99+0.96)x 6 2=134.2 2 kg/h聚合物：Nto Mt+(2 xp)MEG 2 x Mw=72.16 4x 16 6+(2 x 0.99-0.96)x 6 2-2 x 0.99x l 8=13970.95 kg/h合计：59.90+5.99+134.2 2+13970.95=14171.06 kg/h2 01.2消光剂：59.96 x 0.001=0.06 kg/h催化剂：6.00 x 0.001=0.01 kg/hH2O：2 NtoxAxx18+2 2.2 O=2 x 72.2 36 x(0.99-0.97)X18+2 2.2 0=74.2 1 kg/h(R2 01中生成的水加上R102中残留的水全部被蒸出)EG：NTOx AMrx MEG+191.84论文=72.2 36 x(1.12-1.05)x 6 2+191.84=505.34kg/h(随消光剂带入的乙二醇全部被蒸出)聚合物：13970.95x 0.001+0.999=13.98kg/h(抽真空带出低聚物的数量)合计：0.06+0.01+74.2 1+505.34+13.98=593.6 0 kg/hR2 01 物料平衡验算：总进料量=14473.73+2 99.78=14773.73 kg/h总出料量=14171.06+593.6 0=1476 4.6 6 kg/hR 202物料衡算2Q202.202 2 R图14 R202物料衡算示意图在R2 02中由于抽真空会有少量聚合物被夹带出，使2 01.1中的Nto减少为 Nto。同时夹带出极少量的消光剂及催化剂。2 02.1N to=O.9995xN To=0.9995x72.1 64=72.13 kg/h(由于抽真空带出低聚物引起)消光剂：59.90 x 0.9995=59.87 kg/h催化齐IJ：5.99x 0.9995=5.99 kg/hEG：Nto(M一2 x+p)Meg=72.13x(1.02 6-2+0.984)x 6 2=44.72 kg/h聚合物：Nt0 Mt+(2 xp)Meg 2 x Mw =72.13x 16 6+(2-0.984)x 6 2-2 x l 8=1392 0.51 kg/h论文合计：59.87+5.99+44.72+1392 0.51=14031.09kg/h2 02.2消光剂：59.90 x 0.0005=0.03 kg/h催化剂：5.99x 0.0005=0.00 kg/hH2 O：2 NT0 xAxx18=2 x 72.16 4x(1-0.99)x l 8=2 5.98 kg/h聚合物：1392 0.51x 0.00050.9995=6.96 kg/hEG：Ntox AMrx Meg=72.16 4x(1.05-1.02 6)x 6 2=107.38kg/h合计：0.03+2 5.98+6.96+107.38=140.35 kg/hR2 02物料平衡验算：总进料量=14171.06 kg/h总出料量=14031.09+107.38=14138.47kg/hR 203物料衡算2fB.22 02.1 R203 2 03.1,图15 R2 03物料平衡示意图 2 03.1消光剂：59.89 kg/h Fig ur ed R2 03 ma t er ia l ba l a n c e催化剂：5.99 kg/hEG：Nt0(Mr-2 x+p)xMeg=0 kg/h聚合物：Nt0 Mt+(2 xp)MEG2 x Mw=72.13x 16 6+(2-0.9901)x 6 2-2 x l 8=13893.2 3 kg/h合计：59.87+5.99+13893.2 3=13959.09kg/h2 03.2EG：NT0 x AMrx 6 2论文=72.13x(1.02 6-1.0099)x 6 2=72.00kg/hR2 03物料平衡验算：总进料量=14031.09 kg/h总出料量=13959.09+72.00=14031.09kg/h计算出的2 03.1的数量与开始计算时求出的PET熔体的流量相同，说明物 料衡算的整个过程是正确的。3.5物料平衡结果总汇。(见表6)。表6 PTA直接酯化缩聚连续操作物料平衡表 单位:kg/hTable 6 PTA direct esterification condensation material balance continuous operation units：kg/h物流代 号PTAEGh2o催化剂消光剂聚合物合计101.011991.2 05016.066.0017013.2 6101.1403.086 9.436.00142 89.721476 8.2 3101.24492.782 2 45.016 737.79101.34492.784492.78102.1179.152 7.756.00142 6 0.8314473.73102.2558.532 49.72808.2 5102.3558.53558.53201.1134.2 25.9959.9013970.9514171.06201.2505.3474.2 10.010.0613.98593.6 0003.12 39.8259.962 99.78202.144.725.9959.871392 0.5114031.09202.2107.382 5.980.036.96140.35203.15.9959.8713893.2 313959.09203.272.0072.003.6能量衡算论文3.6.1主要反应条件（见表7）表7 PET生产主要反应条件Table 7 PET production main reaction conditions名称混合釜酯化一釜酯化二釜前缩聚釜中缩聚釜后缩聚釜T()30 402502602 552 6 02 6 52 75275八2 80280285t(h)0.75-11.5-2.01.751-1.50.8-11-1.3P(105Pa)15 2.00.5 1.00.50.80.05-0.080.01-0.023.6.2能量衡算概述在化工生产中，有些过程需消耗巨大的能量，如蒸发、干燥、蒸储等；而 另一些过程则可释放大量能量，如燃烧、放热化学反应过程等。为了使生产保 持在适宜的工艺条件下进行，必须掌握物料带入或带出体系的能量，控制能量 的供给速率和放热速率。为此，需要对各生产体系进行能量衡算。能量衡算对 于生产工艺条件的确定、设备的设计是不可缺少的一种化工基本计算。化工生 产的能量消耗很大，能量消耗费用是化工产品的主要成本之一。衡量化工产品 能量消耗水平的指标是能耗，即制造单位质量（或单位体积）产品的能量消耗 费用。能耗也是衡量化工生产技术水平的主要指标之一。而能量衡算可为提高 能量的利用率，降低能耗提供主要依据。通过能量衡算，可确定整个工艺系统 的能耗是否符合设计合同的要求。3.6.3能量衡算遵循的原则物流焰的基准状态包括物流的基准压强、基准温度、基准相状态，由能量 守恒定律：输入系统的能量二输出系统的能量+系统积累的能量。加对于连续系统：Q+W=S Ho ut-Wh inQ设备的热负荷。W-输入系统的机械能。2 Ho ut离开设备的各物料熔之和。S Hin进入设备的各物料焙之和。本工艺计算以单元设备为对象，考虑由机械能转换、化学反应释放能量和论文单纯的物理变化带来的热量变化。3.6.4能量衡算步骤热量衡算的基本步骤为：1）建立以单位时间为基准的物料流程图，确定热量衡算的范围；2）在物料流程图上标明已知温度、压力、相态、物流量及组成等已知条 件；3）选定计算的基准温度。由于手册、文献上查到的热力学数据大多数是 2 73K或2 98K的数据，故选此温度为基准温度，计算比较方便。计算时相态的 确定也是很重要的；4）列出热量衡算式，然后用数学方法求解未知值；5）列出热量衡算表；6）如果需要，计算出所需要的加热剂或冷却剂的用量。热量衡算的基本方法有热量平衡法和统一基准焰平衡法。3.6.5各个反应器能量平衡表8各个反应器热量平衡表Ta bl e 8 Ea c h r ea c t o r h ea t ba l a n c e sh eet设备进出热交换R101-105590.93 MJ/h-74793.805 MJ/h30797.12 5MJ/hRI 02-33349.6 2 MJ/h-32 6 10.72 5 MJ/h738.895MJ/hR2 01-30495.2 2 2 MJ/h-2 9890.36 6 MJ/h6 04.856 MJ/hR2 02-2 9478.841 MJ/h-2 9478.841 MJ/h0.1817 MJ/hR2 03-2 876 6.483 MJ/h-2 876 6.483 MJ/h8.4 MJ/h论文4非标准设备的计算及定型设备的选