【正文】 This design is to produce 100,000 tons of polyester (PET) production process design. In this paper, PET research, production and application of a detailed overview described its role in the chemical industry and status. And describes the preparation of PET and determining the PET production process. In determining the PET production process based on a material balance, heat balance, economic accounting, equipment selection and plant design process. And safety, water supply, sewage and other aspects of simple exposition. Finally drawing flow chart with control points, the main equipment drawings and plant layout. Key words ： Polyethylene terephthalate ； PET ； Transesterification。在較寬的溫度范圍內(nèi) 都 具有優(yōu)異的機(jī)械性能，可在 120℃長(zhǎng)期使用，耐蠕變性 佳 ，耐疲勞性 好 ，耐磨性 強(qiáng)，尺寸穩(wěn)定性 良好 ,電絕緣性 優(yōu)異 ，即使在高溫 高頻 下，其電性能仍好，但耐電暈性較差。但仍然需要 進(jìn)一步改良 結(jié)晶速度慢的弊病，可以采取添加成核劑和結(jié)晶促進(jìn)劑等手段 。 這些低聚物的聚合度較 低，又以環(huán)狀形式存在。 且 PET 分子中含有約 46％的酯基，酯基 高溫 下 可水解，熱裂 解 ，遇堿則皂解，使聚合度降低 ； 滌綸分子中還含有脂肪族烴鏈 ， 它可以使 PET 分子 有一定程度的 柔性彎曲，但 其內(nèi)部還有不能發(fā)生 內(nèi)旋轉(zhuǎn)的苯環(huán)， 所以大分子的PET 基本上是剛性的分子，分子鏈易 于保持線。如三角形纖維有閃光效應(yīng)；五葉形纖維有肥光般光澤，手感良好，并抗起球；中空纖維由于內(nèi)部有空腔，密度小，保暖性好。 此外，由于滌綸大分子也能形成伸直鏈結(jié)晶（原纖化結(jié)晶）。 純 PET 耐磨耗、低摩擦、吸水性小、尺寸穩(wěn)定性高，但力學(xué)性能、耐熱性和沖擊性能較差，經(jīng)玻璃纖維增強(qiáng) 后 PET 的力學(xué)性能和耐熱性大幅度提高，可用于工程塑料 。 （ 2） 力學(xué)性能 PET 膜的拉伸強(qiáng)度很高，可與鋁箔媳美，是 HDPE 膜 的 9 倍 ， 是 PC（ 聚碳酸酯薄膜 ） 和 PA（ 聚酰胺 ，尼龍） 膜的 3 倍。 （ 4） 電學(xué)性能 7 PET 雖為極性聚合物，但電絕緣性優(yōu)良，在高頻下仍能很好保持。 PET 具有 優(yōu)良的耐候性，長(zhǎng)期在戶外使用 無(wú)礙 。耐磨性僅次于耐磨性最好的錦綸，比其他 天然纖維 和合成纖維都好。尤其是在玻璃后面的耐曬能力很好，幾乎與腈綸不相上下。還有較強(qiáng)的抗酸堿性，抗紫外線的能力 。 PET 薄膜的另一個(gè)應(yīng)用領(lǐng)域是片基和基帶，如電影膠片、Ｘ光片、錄音磁帶、電子計(jì)算機(jī)磁帶等。 8 薄膜和片材 PET 薄膜和片材主要用于包裝材料如食品 、藥品及無(wú)毒 無(wú)菌的衛(wèi)生包裝 和紡織品、精密儀器、電子元件的高檔包裝，錄音、錄像、照相、電影、磁盤、光盤及磁卡等基材，電器絕緣材料如電容器膜、柔性印刷線路板及格薄膜開關(guān)等。 ① 電子電器，如連接器、線圈繞線管、 集成電路外殼、電容器外殼、變壓器外殼、電視機(jī)配件、調(diào)諧器、開關(guān)、計(jì)時(shí)器外殼及繼電器等。 PET 的加工特性 PET 屬極性聚合物，熔融溫度和熔體粘度都較大，具體加工特性如下。 PET 的結(jié)晶速度慢，為促進(jìn)結(jié)晶，常采用高模溫，一般為 100～ 130℃。具體工藝條件為 :料筒溫度 270～ 290℃，噴嘴溫度 240～ 250℃，模具溫度壁厚小時(shí)為 50～ 70℃、壁厚大時(shí)為 140℃，注塑壓力為 40～ 100MPa。 (3)吹塑 用于生產(chǎn) PET 瓶體，常用注173。吹塑壓力 2MPa。中石油 2020年 總 產(chǎn)量為 萬(wàn)噸，占全國(guó) 聚酯 總產(chǎn)量的 %。上海石化公司于 2020 年，年產(chǎn) 383500 噸排名第三，占 全國(guó)總產(chǎn)量的 ％。 80 年代后，隨著合成纖維工業(yè)的迅速發(fā)展，我國(guó)聚酯的消費(fèi)量也快速增長(zhǎng)。滌綸纖維是我國(guó)合成纖維中增長(zhǎng)最快的品種， 1965 年滌綸纖維產(chǎn)量只有 100 噸，僅占我國(guó)合成纖維總產(chǎn)量約%，位于錦綸 、維綸和腈綸之后而居第四位。 1996～ 2020 年間，我國(guó)滌綸纖維平均年遞增 82萬(wàn)噸，占世界年均增量的一半以上，成為推動(dòng)世界聚酯纖維增長(zhǎng)的主要國(guó)家。2020 年分別達(dá)到 萬(wàn)噸和 萬(wàn)噸，年均增長(zhǎng)率分別為 %和 %，各占世界聚酯總產(chǎn)量的 %和 %。 聚酯工藝路線有直接酯化法 (PTA 法 )和酯交換法 (DMT 法 )。其中吉瑪、伊文達(dá)、鐘紡技術(shù)為 5 釜流程，杜邦則開發(fā)了 3 釜流程 (目前正在開發(fā) 2 釜流程 )，兩者縮聚工藝基本相似，區(qū)別在于酯化工藝。 2020 年初，伊文達(dá) 費(fèi) 希爾 (InventaFisher)(IF)公司公布了其聚酯生產(chǎn)流程和能耗。能耗為：電力 kwh/t，燃料油 ，氮?dú)?，空氣 。由于銻系催化劑在縮聚過(guò)程中能大大促進(jìn)縮聚反應(yīng)，而對(duì)熱降解反應(yīng)的促進(jìn)程度較小，因此目前聚酯工業(yè)普遍采用銻系催化劑，主要品種有三氧化二銻、醋酸銻以及近年來(lái)開始受到廣泛關(guān)注的乙二醇銻。 世界聚酯裝置正向更大經(jīng)濟(jì)規(guī)模方向發(fā)展。其中熔融聚合方法的主要技術(shù)持有公司有吉瑪公司、帝人公司、 Kanebo 公司、 EmsInventa 公司、 John Brown Deutsche 公司、杜邦公司以及 Sunkyong 公司等；固相縮聚方法的主要技術(shù)持有公司有吉瑪公司、 Bepex 公司、 Hosokawa 公司、卡爾菲休公司、 Sinco 公司、 Buehler公司以及 Sunkyong 公司等。采用的是流化床連續(xù)工藝，該方法是將原料 PET 切片（特性粘度為 ～ ）用氣流輸送到切片料倉(cāng)，再經(jīng)旋轉(zhuǎn)閥加到結(jié)晶器中，結(jié)晶器內(nèi)通過(guò)熱氮加熱 PET 切片，使預(yù)結(jié)晶器內(nèi)溫度控制在 170℃ ，切片的結(jié)晶度可達(dá) 35％，氮?dú)庋h(huán)，部分送去精制。目前，我國(guó)上海石化股份有限公司滌綸二廠、濟(jì)南化纖總廠、棗莊化纖廠 3 套裝置采用鐘紡技術(shù)，但鐘紡公司技術(shù)裝置最 大的缺點(diǎn)是操作彈性小，負(fù)荷只能在 70％～ 110％范圍內(nèi)調(diào)整。 已經(jīng)投產(chǎn)的 Inventa 技術(shù)和裝置中，單系列生產(chǎn)裝置一般為 90 t/d，最大為150 t/d，其工藝特點(diǎn)為： PTA 輸送系統(tǒng)采用瑞士 STAG 公司的密相輸送技術(shù)，其N2 耗量少，輸送能力大，管道自清理能力強(qiáng)；漿料配置效率高， PTA 和 EG 的配制是采用特殊設(shè)計(jì)的組合型攪拌器， PTA 在 EG 中的分散充分且均勻；裝置設(shè)備較先進(jìn)，主反應(yīng)器內(nèi)部結(jié)構(gòu)精巧，但這種帶鼠籠式指控器的反應(yīng)器結(jié)構(gòu)復(fù)雜， 13 制作難道大，維修也困難；酯化、縮聚等主工藝過(guò)程充分利用壓力差和位差作為物料攪拌和輸送的動(dòng)力，主流程中僅設(shè)漿料泵，預(yù)聚物進(jìn)料泵和熔體泵，降低能耗；解決了縮聚真空系統(tǒng)的堵塞問(wèn)題， 既 節(jié)能 又 減少污水；多功能切片生產(chǎn)技術(shù)（即柔性技術(shù)），可使終縮聚釜內(nèi)的 PET 熔體分流，一部分經(jīng)特殊裝置 加添加劑，另一部分為常規(guī)熔體，即可在一條線上生產(chǎn)多種產(chǎn)品，靈活方便。如我國(guó)蘇州化纖廠、上海石化股份有限公司滌綸二廠和?？诟饔幸惶籽b置運(yùn)用 DuPont 技術(shù)。另外，設(shè)備和管道少、投資下降，公用工程消耗也下降。目前最大的單系列裝置能力為 250 t/d。餾化，預(yù)縮和縮聚 3 步反應(yīng)只用一臺(tái)熱煤爐供熱。 ④ 生產(chǎn)工藝穩(wěn)定，產(chǎn)品質(zhì)量好，可紡細(xì)旦絲，亦可生產(chǎn)薄膜及 PET。前者特性粘度為 ～ dL/g（ M n 為 14 23000～ 263000），后者特性粘度為 ～ dL/g（ M n 為 30000 以上）。 PET 的固相縮聚增粘，國(guó)外早期及目前規(guī)模較小的多使用間歇式的真空固相縮聚法。 中國(guó)聚酯工業(yè)及與國(guó)外先進(jìn)水平的差距 PET 的國(guó)外生產(chǎn)商有 :美國(guó)杜邦公司、英國(guó) ICI 公司、 日本帝人 公司、三菱人造絲公司、東洋紡織公司、鐘淵化學(xué)公司等。根據(jù)中國(guó)防治學(xué)會(huì)統(tǒng)計(jì)， 1997 年我國(guó)生產(chǎn)的 PET 切片樹脂 174萬(wàn)噸，其中高黏度包裝用（飲料瓶和包裝片材等）切片樹脂生產(chǎn)能力為 萬(wàn)噸，所以生產(chǎn) PET 工程塑料級(jí)的樹脂 來(lái)源充足。 （ 2） 上下游生產(chǎn)能力不配套。裝置規(guī)模小，生產(chǎn)效率低，生產(chǎn)成本高，缺乏競(jìng)爭(zhēng)力。目前生產(chǎn)能力在 6 萬(wàn)噸 /年以下和采用間歇法工藝路線的小型聚酯裝置的生產(chǎn)能力約占我國(guó)聚酯總生產(chǎn)能力的 50%，造成裝置平均生產(chǎn)能力很低，難以發(fā)揮規(guī)模效益。大多數(shù)企業(yè)只能生產(chǎn)常規(guī)普通產(chǎn)品，許多高科技、多功能和高附加值產(chǎn)品仍需進(jìn)口解決。雖然近年我國(guó)瓶用聚酯產(chǎn)能發(fā)展很快，但工程用聚酯生產(chǎn)仍是空白。最后繪制了一張工藝流程圖 和 主要設(shè)備圖 及 一張廠房布局圖。也 是今后聚酯的主要發(fā)展方向。目前，世界各國(guó) PET 生產(chǎn)采用的技術(shù)路線主要就是這兩種，稱為 DMT 法 (也稱酯交換法 )和 PTA 法 (直接酯化法 )。 在生產(chǎn)中，先將乙二醇加入溶解釜中，然后加入 DMT， EG: DMT＝ 1： （ mol），溶解溫度為 150~160℃ ， EG 過(guò)量可促使酯交換反應(yīng)進(jìn)行完全。當(dāng)甲醇餾出量為理論量的 85％ ~95％時(shí)，就可認(rèn)為酯交換反應(yīng)完畢，時(shí)間約 3~6h。這種直接酯化法是自 1965 年阿莫科公司對(duì)粗對(duì)苯二甲酸精制獲得成功后發(fā)展起來(lái)，此后發(fā)展迅速， PET 生產(chǎn)也隨之得到了很快的發(fā)展。為使?jié){狀物混合良好，往往加入過(guò)量的乙 二醇，這樣又會(huì)加速醚化反應(yīng)，結(jié)果使所得聚合物質(zhì)量低劣。 環(huán)氧乙烷法生產(chǎn)工藝簡(jiǎn)介（ EO法） 因?yàn)橐叶际怯森h(huán)氧乙烷制成的，若由環(huán)氧乙烷（ EO）與 PTA 直接加成得到 BHET，再縮聚成 PET。用溶劑能改善反應(yīng)體系中對(duì)苯二甲酸的擴(kuò)散狀態(tài)，使物料彼此接觸均勻，反應(yīng)過(guò)程平穩(wěn)，但反應(yīng)速度低，設(shè)備利用率也低。 2 H O C H 2 C H 2 O H + H O O C C O O H H O C H 2 C H 2 O C O C O O C H 2 C H 2 O H + 2 H 2 O 19 各生產(chǎn)工藝優(yōu)劣勢(shì)比較及工藝選擇 前面介紹了 PET 的三種生產(chǎn)方法，但是實(shí)際工廠生產(chǎn)中，要重點(diǎn)考慮生產(chǎn)成本和生產(chǎn)的安全性問(wèn)題， 不 過(guò)主要還是以酯交換法和直接酯化法為主，而環(huán)氧乙烷法雖然可省去由 EO 制取乙二醇這一步驟，故成本低，且反應(yīng)又快，優(yōu)于直縮法。 盡管按照化學(xué)反應(yīng)式 , 對(duì)苯二甲酸二甲 酯 (DMT) 和對(duì)苯二甲酸（ TPA） 都可應(yīng)用 , 但直 到 1963 年前 DMT 還是生產(chǎn)聚酷的唯一原料。接著阿莫克公司對(duì) M C 法在成本和 TPA 純度兩方面不斷地予以改進(jìn) , 高純度 TPA 生產(chǎn)聚醋的方法引起了人們的關(guān)注。因此 , 貯存同樣噸數(shù)的 DMT , 必須要占用更多的庫(kù)位。這樣 , 同樣體積反應(yīng)器 , 由于 TPA 和 EG 用量的減少以及 TPA 的醋化速度高于 DMT , 使 TPA 法具有更高生產(chǎn)能力。另外 , 由于 EG 的分解量 DMT 法比 TPA 法 20 多 , DMT 法就需要更大的 EG 回收裝置和中間儲(chǔ)罐 , 從而使投資增加。 第五 , 有利于固體廢料的回收。另外 , T PA 法直接 酯 化和縮聚時(shí)蒸出的過(guò)量 EG 不需預(yù)先精制 , 就可直接循環(huán)使用。氧化后的物料在離心分離、結(jié)晶等工序中流動(dòng)性好 , 堵塞現(xiàn)象少。 DMT 法的裝置停車周期短 , 在線檢修的次數(shù)低于 T PA 法裝置。 TPA 法的氧化工藝 ( Amoeo 專利 ) 的 C o / M n 配比為l : 3, 溫度 22 0~225 ℃ , 壓力 25 一 27 kg/cm2 , 停留時(shí)間 58 分鐘 , 同樣適應(yīng)工業(yè)連續(xù)化和自動(dòng)化要求。 生產(chǎn)工藝的選擇 由于本設(shè)計(jì)是出于讓我們熟悉并了解化工工藝生產(chǎn)的基本流程，所以我 選擇使用時(shí)間更久，工藝更加成熟，使用范圍更廣，工藝要求更簡(jiǎn)單的 DMT 法，以此法作為本設(shè)計(jì)的工藝流程。 C 下以鋅、鈷、錳的醋酸鹽 ，或者與三氧化銻混合 物位催化劑進(jìn)行反應(yīng)， 催化劑用量為 ％ ~％（ DMT 比重） 。 C~30176。所以該反應(yīng)中反應(yīng)溫度為 270176。 催化劑： Sb2O3,其用量為 DMT 的 %~%。 22 相對(duì)分子質(zhì)量穩(wěn)定劑： 為控制 PET 分子的相對(duì)分子質(zhì)量和防止 PET 在高溫時(shí)分解氧化，在縮聚反應(yīng)中常加入磷酸三甲酯、磷酸三 苯酯、亞磷酸三苯酯或磷酸等作為相對(duì)分子質(zhì)量穩(wěn)定劑，其用量一般為 DMT 的 %~3%。 ． 2 生產(chǎn)工藝控制簡(jiǎn)圖 對(duì)苯二甲酸 T（溫度） =65 ~100176。 C~270176。 采用順流程的計(jì)算順序進(jìn)行物料衡算， 該 工藝為年產(chǎn) 8 萬(wàn)噸 PET，開工 300 天