【正文】 計主要聚酯生產(chǎn)企業(yè)集中在中國石化和中國石油兩大集團公司。儀征化纖公司是目前我國聚酯生產(chǎn)能力和產(chǎn)量最大的企業(yè)，2022 年聚酯產(chǎn)量達到 萬 t，占全國總產(chǎn)量的 ％，已成為世界十大聚酯生產(chǎn)企業(yè)之一；其次是遼陽石化公司，2022 年產(chǎn)量 萬 t，占％；上海石化公司居第三位，2022 年產(chǎn)量為 萬 t，占 ％。近年我國聚酯生產(chǎn)能力大幅度增長，產(chǎn)量也同步上升，產(chǎn)量和增長幅度己遠超過美國，居世界首位。占世界總產(chǎn)量比例將從 1995 年 9 %、2022 年 25 %提高到 2022 年 27 %。并把技術(shù)含量低的大宗貨生產(chǎn)技術(shù)轉(zhuǎn)到中國大陸、臺灣、韓國及東南亞各國，使國際聚酯生產(chǎn)能力呈現(xiàn)東移現(xiàn)象。目前，日本已經(jīng)很少生產(chǎn)普通品種的化學(xué)纖維產(chǎn)品，他們在中國大陸和印年產(chǎn) 8 萬噸的聚乙烯醇聚合工段的工藝設(shè)計尼、泰國等發(fā)展中國家建立獨資或合資企業(yè)生產(chǎn)大宗產(chǎn)品，而在本土開發(fā)和生產(chǎn)高技術(shù)含量、高附加價值的差別化、功能性化學(xué)纖維產(chǎn)品，這些高品質(zhì)、 高價值產(chǎn)品的研究和開發(fā)為日本化學(xué)纖維工業(yè)注入了活力，并已經(jīng)成為韓國和臺灣等地化學(xué)纖維業(yè)者競相效仿的對手而緊緊追趕。 臺灣為了提高化學(xué)纖維的競爭能力，已經(jīng)從以往以量取勝及低成本策略調(diào)整為以新纖維開發(fā)及少量多樣快速反應(yīng)的紡織品為主、求質(zhì)不求量的生產(chǎn)策略，并逐漸導(dǎo)向非紡織品生產(chǎn)領(lǐng)域。 　PET 是一種熱塑性工程材料，曾經(jīng)以較高的生產(chǎn)利潤成為石油化工業(yè)的寵兒。亞洲和歐洲的增長速度將超過美洲，到 2022 年，這兩個地區(qū)的 PET 需求總量將超過美洲?！　【埘サ姆抢w維應(yīng)用包括薄膜、容器和工程塑料。　　聚酯的另一大非纖維應(yīng)用是生產(chǎn)聚酯薄膜，聚酯薄膜具有良好的熱穩(wěn)定性、尺寸穩(wěn)定性、防潮性、耐化學(xué)性、阻隔性和較高的透明度及硬度，且易于運輸，因此聚酯薄膜可用作包裝、印刷、磁記錄、感光、絕緣材料等，其中尤以食品包裝用途最為廣泛。包裝已成為 PET 的第二大應(yīng)用領(lǐng)域，僅次于合成纖維。稍溶于水，不溶于氯仿、乙醚、醋酸，能溶于堿。187。163。225。175。186。163。225。204。（2） 對二甲苯低溫氧化法（Mobil 法，KodakEastman 法和東麗法） 為了進一步改革對二甲苯高溫氧化法，采用氧化促進劑進行氧化，以醋酸為溶劑，醋酸鈷作催化劑，在 100～150 ℃下進行氧化，不用鈦材，但工藝流程較復(fù)雜，設(shè)備臺數(shù)多。（3） 對二甲苯分段氧化法（HerculesWitten 法）整個工藝過程為二步氧化和二步酯化，又稱四步法，反應(yīng)式如下： CH3CH3O2COHCOH3COH3CH32COH3COH3COH3COH3C對苯二甲酸二甲酯的結(jié)構(gòu)式為： COH3H3CO對苯二甲酸二甲酯是芳香族的一種，在常溫下，外觀為白色晶體粉末，無毒、易燃，其蒸汽或粉塵與空氣混合至一定比例，能發(fā)生爆炸?？梢院退?、醇、醛、吡啶等混溶，微溶于乙醚。HOCH2C2OHCH2O其中直接酯化聚酯法對對苯二甲酸和乙二醇的質(zhì)量要求如（表 1） 。 COCH2C2OCOO　　　　　　　　順式（重復(fù)周期為 ）年產(chǎn) 8 萬噸的聚乙烯醇聚合工段的工藝設(shè)計COCH2C2OCOO 反式（重復(fù)周期為 ） （其能量低于順式構(gòu)象）這種大分子長鏈既對稱，又規(guī)整，所有的苯環(huán)幾乎處于同一平面上，且沿著分子長鏈方向拉伸時能互相平行排列，故能緊密斂集而易于結(jié)晶。m5～10181。PET 的合成采用的是熔融縮聚，即在反應(yīng)中不加溶劑，使反應(yīng)溫度在原料單體和縮聚產(chǎn)物熔化溫度以上（一般高于熔點10～25℃）進行的縮聚反應(yīng)。熔融縮聚生產(chǎn)工藝簡單，由于不需要溶劑，減少了溶劑蒸發(fā)的損失和省去回收溶劑的工序，減少污染，有利于降低成本。（2）單體的副反應(yīng) 由于熔融縮聚的反應(yīng)溫度較高，在縮聚過程中常發(fā)生各種各樣的副反應(yīng)。而二元羧酸單體，在反應(yīng)溫度較高時也會發(fā)生脫羧反應(yīng)。 COH2COCOHC2 +HOC故，為防止這類副反應(yīng)，必須在無氧及惰性氣體保護下進行縮聚反應(yīng)。（1）直縮法PTA 與 EG 直接酯化生成對苯二甲酸二乙二醇酯（或稱對苯二甲酸雙羥年產(chǎn) 8 萬噸的聚乙烯醇聚合工段的工藝設(shè)計乙酯，簡稱 BHET） ，再由 BHET 經(jīng)縮聚反應(yīng)得 PET，其反應(yīng)如下：2HOC2OH+CCOHHOC2OCCOH2CO+2 nBHET190。219。170。用高純度的對苯二甲酸與乙二醇反應(yīng)，可省去對苯二甲酸二甲酯的制造和精制及甲醇的回收，因而成本有所降低。為使?jié){狀物混合良好，往往加入過量的乙二醇，這樣又會加速醚化反應(yīng)，結(jié)果使所得聚合物質(zhì)量低劣。再由 EG 與高純度的 DMT（≥％）進行酯交換反應(yīng)生成 BHET，隨后縮聚成 PET，其反應(yīng)如下：2CHO+CCOHCHOCCOH3+2O （DMT ）年產(chǎn) 8 萬噸的聚乙烯醇聚合工段的工藝設(shè)計 CH3OCCOH3+2O CH2OH245。BHET+2CH3O （DMT） （EG）BHET203。PET因合成過程中必須經(jīng)過酯交換反應(yīng)，工業(yè)中稱此法為酯交換法。加料完畢后升溫到 180～190℃，甲醇在 170℃左右開始蒸出。（3）環(huán)氧乙烷加成法因為乙二醇是由環(huán)氧乙烷制成的，若由環(huán)氧乙烷（EO）與 PTA 直接加成得 BHET，再縮聚成 PET。201。219。PTA EG DMT（液體）DMT（固體）PTA 料倉 EG 單批 DMT 槽 料倉年產(chǎn) 8 萬噸的聚乙烯醇聚合工段的工藝設(shè)計圖 1 酯交換和直接酯化聚酯法工藝路線的生產(chǎn)Figure 1 The ester exchange and direct esterification polyester method of production process route酯交換聚酯路線是傳統(tǒng)的方法，因工藝技術(shù)成熟，所以至今在工業(yè)生產(chǎn)中仍占有相當(dāng)?shù)牡匚弧?PET 生產(chǎn)工藝流程 PET 生產(chǎn)的工藝流程可分為間歇法、連續(xù)法和半連續(xù)法。也有人研究并開發(fā)了半連續(xù)法，即在酯化和縮聚兩個過程之間設(shè)一個中間貯存糟，酯化后得到的 BHET 可存放于此槽中，定時定量的送入間歇縮聚反應(yīng)器中進行縮聚。s 以上） ，設(shè)備的結(jié)構(gòu)較新，以利于小分子副產(chǎn)物排除。物料用泵強制輸送，采用四、五級蒸汽噴射泵抽真空。 合成路線的選擇及流程簡述基于以上對合成路線及工藝流程的簡單介紹，再結(jié)合設(shè)計的需要，最后本次設(shè)計采用直縮法的連續(xù)縮聚法。在 PTA 與 EG 直接酯化中所用催化劑，如醋酸鈷、鈣、鋅等化合物雖然對BHET 的縮聚反應(yīng)也有催化作用，但他們在高溫下卻能使 PET 加速熱降解，自身又能被產(chǎn)生的羧基抑制而“中毒” 失去催化效用。Sb 2O3 的用量一般為 PTA 質(zhì)量的 ％，或 DMT 質(zhì)量的 ％～％。尤其是后者效果更佳，因為它還具有抗氧化作用。穩(wěn)定劑用量一般為 PTA 的 ％（質(zhì)量） ，或 DMT 的 ％～3％（質(zhì)量） 。反應(yīng)開始時，由低聚物縮聚成較大分子的反應(yīng)為主，待 PET 分子增大后，裂解反應(yīng)起主要作用。 縮聚反應(yīng)的壓力因為 BHET 縮聚反應(yīng)是一個平衡常數(shù)很小的可逆反應(yīng)，為了使反應(yīng)向產(chǎn)物PET 生成的方向移動，必須盡量除去 EG，也就是說反應(yīng)過程中需要抽高真空。工業(yè)上常用五級蒸汽噴射泵或乙二醇噴射泵來達到這個要求。黏度不太大的熔體可在塔內(nèi)的垂直管中自上而下作薄層運動，以提高 EG 蒸發(fā)的表面積?？傊瑹o論采用哪種攪拌形式，其作用是增加 EG 的蒸發(fā)擴散的表面積，或減少擴散液層的厚度，以加速縮聚反應(yīng)。（2）消光劑 由此可以改進反光色調(diào)，并具有增白作用。 總結(jié)（1）影響聚酯反應(yīng)的主要因素有：反應(yīng)溫度、反應(yīng)壓力、物料停留時間、PTA 濃度、EG 濃度、催化劑濃度等。DEG 的生成主要是在酯化階段，DEG 含量應(yīng)主要從酯化階段入手。 影響聚酯反應(yīng)的因素 [5] EG/PTA 投料比 EG/PTA 投料比指 EG/PTA 實際投入打漿釜的摩爾比。此外，酯化分餾柱溫度及柱頂溫度控制高出正常值范圍，也會使酯化水中 EG 含量過高（5%）而影響正常生產(chǎn)。大量 EG 在次溫度下蒸發(fā)（EG 沸點為 197℃） 。反應(yīng)時間過長會導(dǎo)致副反應(yīng)增大，熔點下降，色值增大。 在低真空階段，反應(yīng)物較稀，分子鏈小，真空度上升的速度要均衡，否則會使物料大量帶出造成泛液，一般低真空階段控制在 30min~40min；在高真空階段，反應(yīng)物料較為粘稠，分子鏈長，分子之間縮合出 EG 也越來越少，因此，要從較粘稠的物料中抽出少的 EG，必須使真空度提高。 縮聚反應(yīng)時間 縮聚反應(yīng)時間也是影響產(chǎn)品質(zhì)量指標(biāo)——黏度的重要因素。PTA/EG 漿料，由漿料泵連續(xù)定量地送入第一酯化反應(yīng)器中，在攪拌器的作用下與反應(yīng)器中原有的酯化物完全混合。水蒸氣從塔頂餾出，一部分蒸汽去真空系統(tǒng)做工作蒸汽，另一部分經(jīng)過冷凝器冷凝，變成液體進入回流罐，其中一部分作為工藝塔塔頂回流液，另一部分液體排入污水管。塔頂蒸汽經(jīng)冷凝器冷凝后進入回流罐。每臺反應(yīng)器均設(shè)有熱媒加熱裝置和 EG 噴淋系統(tǒng)。而物料經(jīng)一定時間停留后進入最終縮聚反應(yīng)器中，通過調(diào)整溫度、真空度和停留時間來進一步控制、調(diào)節(jié)聚合物的最終粘度。此系統(tǒng)包括水處理裝置、噴淋水輸送泵、噴林水過濾器、冷卻塔、真空密封管、冷卻塔密封水加料泵。 圖 4 PTA 直接酯化縮聚連續(xù)操作主反應(yīng)器物料平衡關(guān)系示意圖Figure 4 PTA direct esterification condensation Lord reactor continuous operation mass balance relationship schemes—漿料；，—酯化產(chǎn)物；，—預(yù)縮聚物；—PET 熔體；，—上升蒸汽；，—回流 EG；—消光劑R101 R203R102 R201 年產(chǎn) 8 萬噸的聚乙烯醇聚合工段的工藝設(shè)計 物料發(fā)生的化學(xué)與物理化學(xué)變化 化學(xué)變化 在 PET 合成過程中每一個反應(yīng)器中都發(fā)生著同樣的化學(xué)反應(yīng)，只是各反應(yīng)器中各化學(xué)反應(yīng)進行的程度不同。由于氣液平衡關(guān)系，所以反應(yīng)液中仍含有少量的水。各縮聚釜中生成的 EG 大部分被蒸出，是Ｍ rＭ r0，但由于氣液平衡關(guān)系的存在，反應(yīng)液中仍有少量的 EG。年工作日：300 天/年（24 小時/天） 。 各縮聚釜蒸出 EG 數(shù)量＝Ｎ T0計算主要原料（PTA）投料流量PET 熔體流量與 PTA 理論投料流量（Ｍ T180。Ｍ T180。 kg/hPTA 的實際投料量＝Ｍ T180。166＝ kmol/h 物料衡算計算過程①Ｒ101 物料衡算101.　 PTA： kg/h EG：Ｎ T0Ｍ r0Ｍ EG＝ 62＝ kg/h 催化劑：Ｗ T0％＝％　　　　　　　　　　　 ＝ kg/h 合計：＋＋＝ kg/hH2O：2Ｎ T0ΔxＭ W＝２18 ＝（酯化反應(yīng)生成的水有 97％被汽化） EG：[（1－）] 62/18＝ kg/h（氣相中 EG的摩爾分率為 ） Ｒ101圖 11 Ｒ101 物料平衡示意圖Figure 11 R101 material balance schemes年產(chǎn) 8 萬噸的聚乙烯醇聚合工段的工藝設(shè)計 合計：＋＝ kg/h 　 EG ： kg/h（蒸出的乙二醇經(jīng)分離后全部返回到反應(yīng)器 R101 中，且無其他組分） 催化劑： kg/h H2O： （1－97％）247。同時夾帶出極少量的消光劑及催化劑。（Ｍ r－2x＋p） Ｍ EG ?。?（－2 ＋）62 ＝ kg/h 聚合物：Ｎ T039。39。＝Ｎ T039。39。ΔＭ rＭ EG ＝ （－）62 ＝ 合計：＋＋＋＝ kg/h 圖 14 R202 物料衡算示意圖Figure14 R202 material balance年產(chǎn) 8 萬噸的聚乙烯醇聚合工段的工藝設(shè)計Ｒ202 物料平衡驗算：總進料量＝ kg/h 總出料量＝＋＝⑤Ｒ203 物料衡算 消光劑： kg/h 催化劑： kg/h EG：Ｎ T039。[Ｍ T＋（2x－p）Ｍ EG－2x Ｍ W] ＝[166＋（2－）62 － 218] ＝ kg/h 合計：＋＋＝ EG：Ｎ T039。 （見表 6） 。能量衡算對于生產(chǎn)工藝條件的確定、設(shè)備的設(shè)計是不可缺少的一種化工基本計算。而能量衡算可為提高能量的利用率，降低能耗提供主要依據(jù)。W——輸入系統(tǒng)的機械能。 能量衡算步驟熱量衡算的基本步驟為：1)建立以單位時間為基準(zhǔn)的物料流程圖，確定熱量衡算的范圍；2)在物料流程圖上標(biāo)明已知溫度、壓力、相態(tài)、物流量及組成等已知條件；3)選定計算的基準(zhǔn)溫度。 各個反應(yīng)器能量平衡表 8 各個反應(yīng)器熱量平衡表Table 8 Each reactor heat balance sheet4 非標(biāo)準(zhǔn)設(shè)備的計算及定型設(shè)備的選型 聚合物生產(chǎn)過程中，聚合反應(yīng)工序是關(guān)鍵工序，聚合物合成設(shè)備是關(guān)鍵設(shè)備。用于連續(xù)操作時，反應(yīng)器操作過程穩(wěn)定，產(chǎn)品質(zhì)量均一，且多釜串聯(lián)連續(xù)操作產(chǎn)量大，因此，攪拌釜反應(yīng)器在聚合物