《ET的生产技术》PPT课件.ppt
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1、组员:王辉李爱霞陈明陆佳帅张家进江继业卓建飞项目名称:项目名称:5050千吨千吨/年年 PET PET的生产技术的生产技术任务点任务点01 PET01 PET生产工艺路线选择生产工艺路线选择任务点任务点02 02 生产工艺条件影响因素分析生产工艺条件影响因素分析任务点任务点03 03 典型设备的选择典型设备的选择任务点任务点04 PET04 PET生产中安全、环保、节能措施生产中安全、环保、节能措施 任务点任务点05 PET05 PET生产工艺流程组织生产工艺流程组织任务点任务点06 06 能够制定能够制定PETPET生产操作要点生产操作要点任务点任务点0707生产中可能故障分析及应对措施生产
2、中可能故障分析及应对措施任务点01 PET生产工艺路线选择l简介简介l聚对苯二甲酸乙二醇酯(PET)为乳白色或纯黄色的聚合物,其密度为1.301.36g/cm3,熔点为225-260C。具有下列特性:l耐热性好,长期使用温度达120,l在较宽的温度范围内保持优良的物理力学性能;l硬度高,为热塑性中硬度最高的一个品种;l耐摩擦,耐磨损;耐蠕变性能,刚性等胜过多种工程塑料;l绝缘性能好,受环境的影响小,但耐电晕件较差;l无毒,耐气候性好,耐化学药品稳定性好,吸水率低,耐弱酸和有机溶剂,但不耐热水浸泡,不耐碱。2.生产工艺路线及选择l()、()、DMT法法l采用对苯二甲酸二甲酯(DMT)与乙二醇(E
3、G)进行酯交换反应,然后缩聚成为PET。l1963年以前工业上全用此法生产PET,现在仍为世界各国大量应用。该法主要包括两步:首先是对苯二甲酸二甲酯(DMT)与乙二醇或1,4-丁二醇在催化剂存在下进行酯交换反应(图1)。生成对苯二甲酸双羟乙酯(BHET)或双羟丁酯,常用的催化剂为锌、钴、锰的醋酸盐,或它们与三氧化二锑的混合物,其用量为DMT质量的。反应过程中不断排出副产物甲醇。第二步为生成的BHET或双羟丁酯,在前缩聚釜及后缩聚釜中进行缩聚反应(图2),前缩聚釜中的反应温度为270,后缩聚釜中反应温度为270280,加入少量稳定剂以提高熔体的热稳定性。缩聚反应在高真空(余压不大于266Pa)及
4、强烈搅拌下进行,才能获得高分子量的聚酯。l(2)、直接酯化缩聚法(PTA法)该法用高纯度对苯二甲酸(TPA)与乙二醇或1,4-丁二醇直接酯化生成对苯二甲酸双羟乙酯或丁酯,然后进行缩聚反应。该法的关键是解决TPA与乙二醇或1,4-丁二醇的均匀混合,提高反应速度和制止醚化反应。与酯交换缩聚法相比,该法可省掉DMT的制造、精制和甲醇回收等步骤,更易制得分子量大、热稳定性好的聚合物,可用于生产轮胎帘子线等较高质量的制品。但该法对原料TPA的纯度要求较高,TPA提纯精制费用大。l()、环氧乙烷法()、环氧乙烷法(EO法)法)该法直接用环氧乙烷与PTA反应生成对苯二甲酸双羟乙酯,再进行缩聚反应。其优点是可
5、省掉环氧乙烷合成乙二醇的生产工序,设备利用率高,辅助设备少,产品也易于精制。缺点是环氧乙烷与TPA的加成反应需在23MPa压力下进行,对设备要求苛刻,因而影响该法的广泛使用。日本过去曾用此法进行过生产,但由于此法具有易爆,易燃、有毒等缺点,目前已淘汰。经过比较,我们采取经过比较,我们采取PTAPTA法合成聚酯,采用间歇生产工艺,原因如下:法合成聚酯,采用间歇生产工艺,原因如下:(1)PTA法较DMT法优点更多:原料消耗低,EG回收系统较小,不副产甲醇,生产较安全,流程短,工程投资低,公用工程消耗及生产成本较低,反应速度平缓,生产控制比较稳定等,目前世界PET总生产能力中大多采用PTA法。(2)
6、因为项目是50千吨/年 PET的生产技术,所以用间歇生产就足够了。我们选用间歇生产。3.反应原理l酯化反应:酯化反应:l该反应为微放热反应,热效应很小,可以忽略不计。该反应为微放热反应,热效应很小,可以忽略不计。缩聚反应:缩聚反应:法合成聚酯过程lPTA法合成聚酯过程包括酯化和缩聚两个阶段,采用五釜流程装置。五釜流程,即第一酯化釜、第二酯化釜、第一预缩聚釜、第二预缩聚釜和终缩聚釜。五釜流程采用较低酯化温度和较低操作压力,总反应时间约为610h。整个生产过程中,各阶段温度是逐渐提高的,由酯交换阶段的230左右升到后缩聚釜的287左右;各阶段压强是逐渐降低的。另外,除主生产线外,还有再生及催化剂、
7、辅药配制装置。lPTA和EG及添加剂一起加入混合缸中进行混合,浆料配制为间隙式,每隔几小时配一批料。开始反应时,颗粒悬浮于之中,酯化反应为多相反应,反应速率取决于颗粒在反应物中的溶解速度,酯化反应速率较低。的溶解速度是随着酯化产物(即对苯二甲酸乙二醇酯及其低聚体)含量的增加而增加,当达到清晰点之后,完全被溶解于体系中,反应呈均相反应,反应速率取决于与的反应速率,且与反应物中的与浓度有关,反应速率较高。酯化反应速率在清晰点处达到最大值,而在清晰点之前与之后,都下降很快。第一台酯化反应器的出口酯化率已达92%左右,完成了酯化工作的绝大部分。因此,它是酯化工作段的主要反应器。l酯化段的剩余工作,只有
8、用另一台反应器来完成,如前所述,其对应的酯化反应速率将很低,从而导致反应器体积增加。ll聚酯的缩聚反应,一般分为预缩聚和两段,由于聚酯的缩聚反应是一平衡可逆反应,而且反应平衡常数较小(平均约为4.90),因此,在反应过程中必须尽快地去除在反应过程中生成的,否则,将会影响缩聚反应速率和聚合度,这与酯化反应中要求迅速去除反应生成的水是相同的。但是,随着缩聚反应的深化进行,反应物的粘度不断提高,要想去除反应生成的难度也会越来越大。特别是在终缩聚阶段,由于反应物粘度已很高,的脱除愈加困难,必须采用特殊手段。l另外,为了保证得到聚合度均匀的产物,必须尽量减少反应物流的返混,并尽量改善其停留时间分布。所以
9、,在缩聚段,特别是缩聚的后阶段,应当使反应器的设计尽量满足使反应物处于平推流的要求。l在特性粘度小于0.3/的缩聚反应前段,当特性粘度小于/时,由于此时酯化反应仍占一定比例,且处于此种粘度时缩聚生成的完全可借助搅拌作用提供其蒸发机会。再者,此时反应物之聚合度尚小,分子链不长,所以停留时间的分布要求尚不很严格。l特性粘度在0.10.3/时,为过渡阶段,此时反应动力学与脱除(传质)的作用均重要。而且在本阶段反应物之聚合度已较高,分子链已较长,故对时间分布要求严格,反应器的设计应尽量为物流提供近似活塞流的可能,采用装有卧室密圈(小螺距)螺带式搅拌器的反应器。因此,反应生成的熔体经终缩出料泵打入注带头
10、进行注带、切粒、干燥、脉冲输送到料仓、打包出厂。5.催化剂的选择l目前世界绝大数PET聚酯生产装置仍采用锑类的催化剂,锑催化剂用量约占90%,其它还有锗和钛类催化剂,尽管这些锑类催化剂的催化效果很好,但随着人们认识的提高,锑的毒性问题越来越受到人们的关注。因此近年来PET非锑催化剂研究非常活跃。l随着人类对环保的认识和要求的提高,这类催化剂开发将有广阔的前景。生产PET最简单的过程,就是对苯二甲酸与乙二醇反应形成单体(酯化),然后缩聚成长链聚合物PET。任务点02生产工艺条件影响因素分析l影响聚酯反应的主要因素有影响聚酯反应的主要因素有:反应温度、反应反应温度、反应压力、物料停留时间、浓度、浓
11、度、压力、物料停留时间、浓度、浓度、催化剂浓度等。催化剂浓度等。1.酯化反应l.温度温度l 热力学分析:微放热反应,温度对化学平衡影响小,忽略。l动力学分析:温度升高,化学反应速率加快;另一方面,原料是液固相,高温有利于固相的溶解,温度高有利酯化,但PTA高温下易分解;l再次看催化剂活性温度;高温下副反应增加(产生DEG)。因此,在低于分解温度下反应较好。可以采用两釜酯化,第一釜,较低温度,第二釜,较高温度;也可一釜,分段控温控压。l.压力压力l 热力学分析:不是气相反应,不讨论压力对平衡的影响。l动力学分析:压力不直接影响反应速率,但影响反应系统的温度,由于原料EG的沸点(196)相对较低,
12、因此,要增加一定压力,使EG沸点提高至反应温度。l反应时间反应时间l 反应时间短,单酯含量较大,PET质量差,浪费原料。反应时间过长,影响设备生产能力,DEG会增加。l根据实际转化率确定反应时间l配比(配比(EG/PTA=R)l 酯化反应中要让酯化反应完全R值应为2。l热力学:R大,平衡向正反应方向移动,醇过量有利。l动力学:随着R增加酯化反应速度会加快、反应时间缩短;但DEG量也会随R升高而增加,最终产物PET的质量会下降。l在酯化反应过程中生成的中间体BHET也会缩聚放出EG,R也不能过低,否则酯化产物的羧基含量会增高,一般左右。l注:纯度:高聚反应均要求原料纯度极高(注:纯度:高聚反应均
13、要求原料纯度极高(99.9%以上)以上)2.缩聚反应l温度温度l热力学分析:温度高,EG易分离,有利平衡移动。l动力学分析:温度升高,化学反应速率加快。l.压力压力l热力学分析:不是气相反应,压力对平衡无影响。但低压EG易分离,有利平衡移动。l动力学分析:不是气相反应,压力不直接影响反应速率。l反应时间反应时间l反应时间短,聚合度不高,PET质量差。反应时间过长,影响设备生产能力。l根据实际转化率确定反应时间任务点03典型设备的选择l主要设备主要设备:反应釜(酯化釜、缩聚釜)l辅助设备:辅助设备:往复式压缩机、蒸发器、离心分离器、风干机、冷凝器、造粒机、齿轮泵(比较精确)l1、反应器:、反应器
14、:l所选反应器型式的说明:反反应应特点特点对对反反应应器要求器要求均液相反应混合效果好反应温度较高 传热量大缩聚反应粘度变大防粘釜、搅拌功率变化反应器型式:反应器型式:酯化釜反应器,传热面积大,传热系数大,搅拌器的混合量大、剪切力大(大斜角浆式)缩聚釜防粘釜(镜面)换热型式换热型式大釜外盘管(流速快,传热系数大)+内盘管小釜夹套+内盘管l2.选择材质选择材质加热介质的选用加热介质的选用 导热油导热油lPET生产过程中,缩聚和酯化反应温度均在200300之间,(酯化反应温度255、聚合反应温度275)l导热油具有沸点高、蒸汽压低等特点;且化学稳定定性好,在380以下可长期使用不变质;可燃但无爆炸
15、危险,加热温度范围很广。加热均匀,调温控制温准确,能在低蒸汽压下产生高温,传热效果好,节能,输送和操作方便等。l此外,导热油的黏度较小,传热效果较好。在几乎常压的条件下,可以获得很高的操纵温、冷却的工艺需求,在同一个系统中用同一种导热油同时实现高温加热和低温冷却,降低高温加热系统的操纵压力和安全要求,可以在更宽的温度范围内满足不同温度加热、低温冷却的工艺要求,可以降低系统和操纵的复杂性,省略了水处理系统和设备,进一步提高了系统热效率,减少了设备和管线的维护工作量。搅拌器选择搅拌器选择l1、打浆釜、打浆釜l结论采用桨式或框式搅拌器l理由对于固体溶解,除了要有较大循环量外,还要有较强的剪切作用,以
16、促使其溶解,因此开启式涡轮搅拌最适合。但在实际生产中考虑到造价、保养、使用等问题,对于一些易溶的块状固体如PTA则常用桨式或框式。l桨式搅拌器桨式搅拌器适用于不需要剧烈混合的场合,例如用于物料的缓慢溶解、将物料保持在悬浮状态等。l框式搅拌器可以看作是浆式搅拌器的变形,二者的区别在于框式搅拌器可使物料作不大剧烈的上下混合,例如用于糊状物的稀释、浆状物的混合和使传热加强,以及在生产过程中有沉淀析出于反应釜壁和反应釜底的场合。l情景中属于低粘度液体混合但不需要强烈搅拌,故用桨式或框式。l2、酯化釜、酯化釜l采用锚式搅拌或双层桨式搅拌。理由低粘度均相液体的混合。因反应过程中物料黏度逐渐升高。搅拌操作以
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