年产7万吨聚对苯二甲酸乙二醇酯的工艺初步设计课程设计(编辑修改稿)

年产7万吨聚对苯二甲酸乙二醇酯的工艺初步设计课程设计(编辑修改稿)内容摘要：

1951年各自独立发明的方法，美国 Hereuies公司最先工业化，其后 Witten和 Hoechst公司等相继工业化，进而将氧化和酯化反应改为两步法。 Witten法自 50年代工业化以来，直到 80年代中期，在 DMT、PTA生产中一直居首位，该法技术成熟，可大规模生产。 纤维级聚酯早期的工业化生产就源自于 Witten法的 DMT路线。 但 DMT作为聚酯原料因其原料消耗大，经济效果 和质量都不如PTA法，所以进入 80年代后已不再发展。 而 witten法生产 PTA，就是先生产 DMT，然后水解生成 PTA。 PET的工艺流程 合成路线的选择 PET的生产方法主要有 DMT法和 PTA法，工艺流程又分间歇式和连续式两种。 由于 PTA法较 DMT法有原料消耗低，反应时间短 ， 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 ，等优点；而大规模生产线适合用连续生产工艺，半连续及间歇生产工艺适合中、小型多种生产装置。 因而本 设计选用 PAT法的连续生产工艺。 具体流程如下 : （ 1）原料的贮运 外购的一吨袋装 PTA运至原料仓库贮存。 加料时，将 PTA包装袋外部清理干净，由提升装置将 PTA大包提升装入卸料斗，后经 PTA振动筛进入加料斗。 加料斗底部装一流化元件，进入氮气使物料变为流化态，同时除去物料带入的空气，气体通过过滤器排至大气。 流化的 PTA进入输送装置，由氮气压缩机出来的氮气将 PTA密相输送至聚酯装置内的PTA日料仓，供浆料配制用。 （ 2）催化剂、稳定剂的制备 将一定量的乙二醇（ EG）和称量 后的催化剂 Sb2O3加入到催化剂配制槽中。 催化剂配制槽配有搅拌器，加速催化剂的溶解。 当催化剂溶液达到一定量时，在配制槽的夹套内通入11bar绝压蒸汽，达到反应温度 160℃后保持三个小时，后停蒸汽打开冷却水冷却至 50℃。 经化验合格后排至催化剂贮槽，再连续定量地加入到浆料混合槽中。 在稳定剂配制槽中定量的加入 EG，再以人工的方式将固体的稳定剂定量的加入槽中，经搅拌将其配制成均匀的稳定剂溶液， 1小时后取样分析合格后送入稳定剂贮槽，再用稳定剂输送泵经过滤器将稳定剂溶液连续定量地送往第二酯化反应釜中。 （ 3）消光剂的配制 经人工称量的消光剂 TiO2经过加料台和加料器进入消光剂配制槽中，再在配制槽中加入 12 定量的 EG， TiO2经搅拌器的作用均匀的分散在 EG中。 通过 TiO2喂料泵将分散液送入 TiO2研磨机中，进一步研磨分散后进入 TiO2贮槽，经过搅拌后进入 TiO2稀释槽，同时定量的加入 EG，经搅拌、稀释配制成稀浓度的 TiO2分散液。 再通过离心机喂料泵把分散液送入 TiO2离心机，在离心机的作用下，大颗粒的 TiO2粒子被 EG冲洗下来回到配制槽中。 合格的分散液进入带有搅拌器的 TiO2中间槽中，并在槽中再次加入 EG。 经搅拌制得符合工艺要求的 TiO2悬浮液，再送入悬浮槽中，搅拌后用 TiO2计量泵，经过滤器定量地送入第二酯化反应器中。 （ 4）浆料混合 进入 PTA日料仓的 PTA物料，从日料仓底部进入 PTA计量称称量后连续地投入浆料的混合槽。 同时从 EG贮槽送来的 EG和从催化剂输送泵送来的催化剂溶液，也连续定量地进入混合槽内。 在混合槽搅拌器的作用下混合调制成均匀的浆料。 （ 5）酯化 酯化工序有两台串联的酯化反应器，每台反应器均设有搅拌器及热媒加热夹套，在其顶部分别设有工艺塔。 PTA/EG浆料，由浆 料泵连续定量地送入第一酯化反应器中，在搅拌器的作用下与反应器中原有的酯化物完全混合。 PTA/EG浆料在反应器中进行酯化反应。 酯化反应生产的水，以蒸汽的形式从反应器的顶部排出。 同时携带部分的蒸汽，水蒸气和 EG蒸汽在工艺塔中得到的馏分，分馏出来的 EG返回到反应器内。 水蒸气从塔顶馏出，一部分蒸汽去真空系统做工作蒸汽，另一部分经过冷凝器冷凝，变成液体进入回流罐，其中一部分作为工艺塔塔顶回流液，另一部分液体排入污水管。 在第二酯化反应器中，酯化反应继续进行。 同时定量的加入已配制好的消光剂和稳定剂，酯化反应生成水和一部 分 EG蒸汽从反应器顶部蒸出，在工艺塔中分馏。 分馏出来的 EG送至EG混合罐中。 塔顶蒸汽经冷凝器冷凝后进入回流罐。 从第二酯化反应器底部排出的酯化物，由输送泵经过过滤器送往第一缩聚反应器。 （ 6）缩聚 缩聚区设有三台缩聚反应器，分别在不同的真空状态下操作。 每台反应器均设有热媒加热装置和 EG喷淋系统。 酯化物进入缩聚反应器后在真空的条件下进一步分离出 EG，并在较高的反应器温度下逐步进入缩聚反应。 三台缩聚反应器的反应温度逐步提高，而反应器的压力逐步降低，即在最终的缩聚反应器中，达到最高反应温度和最高真空度。 在第一 缩聚反应器中，大部分的 EG从反应器的顶部蒸出，在喷淋的冷凝器中被循环的EG喷淋冷凝而进入 EG冷凝液收集器中，在此 EG继续蒸出，被喷淋冷凝器收集。 而物料经一定时间停留后进入最终缩聚反应器中，通过调整温度、真空度和停留时间来进一步控制、调节聚合物的最终粘度。 三台缩聚反应器均设有液位控制，分别保证物料在反应器中的停留时间，有利于产品质量的稳定。 最终聚合物熔体从反应器的底部出料，经熔体输送泵、过滤器、熔体分配管分别送往切片生产、直接纺长丝车间。 三台缩聚反应器共用一套真空装置及喷淋冷凝系统。 此系统包括水处理装置、 喷淋水输送泵、喷林水过滤器、冷却塔、真空密封管、冷却塔密封水加料泵。 喷射机组的工作蒸汽来自酯化过程产生的工艺蒸汽，这样既可以节约热能，降低冷却水用量并能减少污水量。 （ 7）切片生产 从熔体输送泵送来的 PET熔体，进入铸带头，在铸带头中熔体被分配到一排铸带喷丝孔中，从喷丝孔出来的 PET熔体铸带，靠重力自动流入水下切粒机的导流板，并完全浸没在约25℃的脱盐水中。 在水中铸带的表面逐渐冷却凝固，铸带被送至水下切粒机，切成一定规格的切片。 13 2 物料发生 的物理与化学变化 的 主、副反应方程式： ① 化学变化。 在 PET合成过程中每一个反应器中都发生着同样的化学反应，只是各反应器中各化学反应进行的程度不同。 主要反应方程式： 酯化反应（ esterification） 酯化缩聚反应（ polycondensation by esterification） 缩聚反应（ polycondensation） 在酯化反应釜中，以酯化反应与酯化缩聚反应为主。 在缩聚釜中，以酯化缩聚与缩聚反应为主，在此不考虑副反应，业不对副反应进行物 料衡算。 为了描述各反应进行的程度特做如下定义： 酯化率： x ＝参加反应 PTA（ mol） /PTA初始 (mol) ＝ [PTA初始 (mol)－ PTA残留 (mol) ]/PTA初始（ mol） ＝ (NTO－ NT)/NTO 缩聚反应程度： p=生成 PET链节（ mol） /PAT初始（ mol）＝ NP/NTO 乙二醇与 PTA摩尔比： Mr＝ NP/NTO 平均聚合度： Xn＝ 1/(1－ p) ② 物理 化学变化（相变化）。 在各酯化釜中，由于反应温度高，高于水和 EG的沸点，酯化生成的水被蒸出反应体系。 由于气液平衡关系，所以反应液中仍含有少量的水。 水在蒸出的同时，按气液平衡关系夹带出一定比例的 EG。 为了保持酯化反应的原料配比，蒸出的EG经分离后全部返回到反应器中，所以各酯化反应器中 Mr=Mr0。 在缩聚反应釜中，为了使缩聚反应向生成聚合物的方向移动，需尽量降低反应液中 EG的含量，所以缩聚阶段特别是在反应后期，需在高真空的条件下进行。 各缩聚釜中生成的EG大部分被蒸出，使 MrMr0，但由于气液平衡关系 的存在，反应液蒸仍有少量的 EG。 101.2 101.3 R101 R102 R201 R202 102.2 102.3 201.2 202.2 203.2 R203 14 各反应器工艺控制参数及相关的气液平衡数据 反应器位号 R101 R102 R201 R202 R300 x p M r X n 输出低聚物 /%(质量） H2O汽化 /%(质量 ) 汽相 EG/％（摩尔） 0 97 0 90 （ a） 1 （ b） 1 0 第四章 工艺计算 物流计算 计算的基准、单位、顺序 因为是连续操作过程，所以计算基准选时间，计算单位定为kg / h。 虽然整个工艺过程比较复杂，但可以得到产品产量与主要原料（ P T A）投料量之间的比例关系，所以采用顺流程的计算顺序。 主要原料（ P T A）投料流量 PET 熔体流量与 PTA理论投料流量（ W T ）的关系：  TTTTTn PET WWWdcWMx M 19454)(熔体流量 hkgWT /  hkgba WP T A T /)1(1 熔体流量熔体流量）（实际投料流量   该生产装置年产量 9 万吨，年开工 ，切粒、包装工序物料损失率 ％。 PTA投料质量流量： W T0＝ ＝ PTA投料摩尔流量： N T0＝ 247。 166＝ 顺流程逐个设备的计算。