【正文】 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。W——輸入系統(tǒng)的機械能。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。[Ｍ T＋（2x－p）Ｍ EG－2x Ｍ W] ＝[166＋（2－）62 － 218] ＝ kg/h 合計：＋＋＝ EG：Ｎ T039。39。39。同時夾帶出極少量的消光劑及催化劑。 kg/hPTA 的實際投料量＝Ｍ T180。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。年工作日：300 天/年（24 小時/天） 。由于氣液平衡關(guān)系，所以反應(yīng)液中仍含有少量的水。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。每臺反應(yīng)器均設(shè)有熱媒加熱裝置和 EG 噴淋系統(tǒng)。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(jìn)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。 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。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。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)。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。（2）消光劑 由此可以改進(jìn)反光色調(diào)，并具有增白作用。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。 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。穩(wěn)定劑用量一般為 PTA 的 ％（質(zhì)量） ，或 DMT 的 ％～3％（質(zhì)量） 。Sb 2O3 的用量一般為 PTA 質(zhì)量的 ％，或 DMT 質(zhì)量的 ％～％。 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。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。 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。219。（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。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。再由 EG 與高純度的 DMT（≥％）進(jìn)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。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。219。 COH2COCOHC2 +HOC故，為防止這類副反應(yīng)，必須在無氧及惰性氣體保護(hù)下進(jìn)行縮聚反應(yīng)。（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)。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(jìn)行的縮聚反應(yīng)。 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?？梢院退⒋?、醛、吡啶等混溶，微溶于乙醚。（2） 對二甲苯低溫氧化法（Mobil 法，KodakEastman 法和東麗法） 為了進(jìn)一步改革對二甲苯高溫氧化法，采用氧化促進(jìn)劑進(jìn)行氧化，以醋酸為溶劑，醋酸鈷作催化劑，在 100～150 ℃下進(jìn)行氧化，不用鈦材，但工藝流程較復(fù)雜，設(shè)備臺數(shù)多。225。186。163。稍溶于水，不溶于氯仿、乙醚、醋酸，能溶于堿。　　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。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。 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。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。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(yuǎn)超過美國，居世界首位。年產(chǎn) 8 萬噸的聚乙烯醇聚合工段的工藝設(shè)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(tuán)公司?！　□セ磻?yīng)：端羧基和端羥基在一定條件下，生成酯基和水的反應(yīng)。　 三大合成塑料有時很難區(qū)分，某些高聚物即可以作橡膠使用也可以作塑料年產(chǎn) 8 萬噸的聚乙烯醇聚合工段的工藝設(shè)計或纖維使用。 　不飽和聚酯：是含有碳碳雙鍵的線性共聚物，在有游離基引發(fā)劑存在條件下，這些雙鍵可以進(jìn)一步聚合。近幾年來，隨著人們生活水平的不斷改善，和消費水平的日益提高，對塑料包裝的高性能、多功能性及環(huán)境保護(hù)性的要求也越來越高。最初是作為合成纖維的原料而開發(fā)的，1950 年，美國 Du Pont 公司以它為原料，首次開發(fā)了聚酯纖維。然而當(dāng)時對苯二甲酸的精制工藝尚未工業(yè)化，首先工業(yè)化的是對苯二甲酚二甲酯（DMT）生產(chǎn)工藝，因此直到 20 世紀(jì) 60 年代中期， DMT 一直是 PET 生產(chǎn)的主要原料。近幾十年來，由于聚酯在纖維和非纖維領(lǐng)域的發(fā)展都較快，需求日益擴大，因此在世界范圍內(nèi)，尤其是亞洲地區(qū)的聚酯生產(chǎn)飛速發(fā)展，同時也促進(jìn)和帶動聚酯上下游產(chǎn)業(yè)的成長。這種共聚酯通常是由一個飽和二元羧酸或其酸酐，一個不飽和二元羧酸或其酸酐和一個或多個二元醇生產(chǎn)的。如尼龍、滌綸即可以作工程塑料，這完全取決于加工過程。 聚酯產(chǎn)品規(guī)格 PET 樹脂分為標(biāo)準(zhǔn)級與工程級兩類。中國石化2022 年聚酯產(chǎn)量達(dá)到 萬 t，占全國總產(chǎn)量的 %。2022 年聚酯表觀消費量已達(dá) 萬 t。 目前亞洲已成為世界聚酯生產(chǎn)中心，并主要集中在日本、韓國和臺灣等地。各個化學(xué)纖維企業(yè)均利用高科技手段開發(fā)新型化學(xué)纖維，他們的發(fā)展方向是“新原料、新紗線、新布料”，這一策略確立了臺灣在亞洲化學(xué)纖維的地位。 聚酯的應(yīng)用 [2] 　 自從聚酯及其產(chǎn)品被開發(fā)出來以后，由于它具有多種優(yōu)良特性，倍受人們年產(chǎn) 8 萬噸的聚乙烯醇聚合工段的工藝設(shè)計的親睞。另外，根據(jù)對產(chǎn)品性能的要求，通過復(fù)合等措施，聚酯薄膜的性能還能有進(jìn)一步的改進(jìn)。物性常數(shù)如下：相對分子質(zhì)量　　　　　　　　相對密度　　　　　　熔點 384～421℃升華點 402 ℃自然點 680℃升華熱 燃燒熱 生產(chǎn)二甲酸的方法較多，就是現(xiàn)在使用的方法也還在不斷改進(jìn)，主要的方法有下面三種 [2]。186。228。200。COHCOH+2 168。Mobil 法使用的氧化促進(jìn)劑為甲乙酮，壓力為 15atm，時間為 2h，收率為年產(chǎn) 8 萬噸的聚乙烯醇聚合工段的工藝設(shè)計98％。其物性常數(shù)如下：相對分子質(zhì)量 熔點 －13℃沸點 ℃年產(chǎn) 8 萬噸的聚乙烯醇聚合工段的工藝設(shè)計閃點(開口 ) 116℃相對密度 黏度(20 oC) 折射率 膨脹系數(shù) 介電常數(shù) 乙二醇主要由環(huán)氧乙烷水合制得。聚酯產(chǎn)品質(zhì)量指標(biāo)表 2 聚酯切片的質(zhì)量指標(biāo)Table 2 Polyester chip quality index序號 項 目 單 位 指 標(biāo)1 特性黏度（在 20℃苯酚/四氧乙烷 1：1，％溶液中測得） 2 黏度波動范圍 ≤177。熔融縮聚法的特點是反應(yīng)溫度高（一般在 200℃以上） 。a. 單體乙二醇形成二氧六環(huán) 2HOC2H2OO H2C H2+2OH2CH2溫度越高，反應(yīng)越明顯。另外，還可添加穩(wěn)定劑等添加劑，以提高其熱穩(wěn)定性。HOC2HOCCOH2CO+163。1956 年開始研究此法，于 1963 年開始工業(yè)化生產(chǎn)。165。 BHET 合成是在催化劑存在下進(jìn)行的，催化劑多為乙酸鋅、乙酸錳或乙酸鈷，或者與三氧化銻混合使用，催化劑用量為 ％～％（DMT 重） 。這個方法稱為環(huán)氧乙烷法，反應(yīng)步驟如下：HOCCOH+2CH2O188。PET （PTA） （EO）此法可省去由 EO 制取乙二醇這一個步驟，故成本低，而反應(yīng)又快，優(yōu)于直縮法。間歇法比較簡單，主要是一個酯化（或酯交換）反應(yīng)器及一個縮聚反應(yīng)器組成；而連續(xù)法，則由很多個反應(yīng)器串聯(lián)而成，最終產(chǎn)品 PET 可連續(xù)不斷地送去鑄帶、切拉，或直接紡絲。盡量使物料呈活塞流動，不發(fā)生返混現(xiàn)象。對苯二甲酸和乙二醇直接酯化、縮聚生成PET 過程一般按發(fā)生的化學(xué)反應(yīng)分酯化、預(yù)縮聚、終縮聚 3 個階段，預(yù)縮聚段是酯化段到終縮聚段的一個過渡階段，任務(wù)是將酯化段送來的酯化物最終完成酯化反應(yīng)并進(jìn)行縮聚反應(yīng)，使生成的 PET 齊聚物的聚合度及端羧基達(dá)到一定指標(biāo)，從而保證終縮聚反應(yīng)器能生產(chǎn)出合格產(chǎn)品。 因 Sb2O3 溶解性稍差，近年來有采用溶解性好的醋酸銻，或熱降解作用小的鍺化合物，也有用鈦化合物的。 縮聚反應(yīng)的溫度與時間縮聚時產(chǎn)物 PET 的分子量（即[η]）與反應(yīng)溫度及時間的關(guān)系（見圖 2）所示。圖 3 指出不同壓力下 PET 的[η]與反應(yīng)時間的關(guān)系。當(dāng)縮聚反應(yīng)進(jìn)行至中、后期，熔體黏度較大，通常采用臥式熔融縮聚釜。其用量常為 PET 的 ％。預(yù)縮聚階段端羧基含量高的主要原因與酯化反應(yīng)的酯化率有很大關(guān)系。EG/PTA 投料比減小，將導(dǎo)致酯化不完全。反應(yīng)時間過短會形成釜內(nèi)起壓或?qū)е碌陀诜磻?yīng)溫度而形成 EG 蒸出現(xiàn)象。反應(yīng)時間長，黏度大，產(chǎn)品聚合度高；但過長會導(dǎo)致物料在釜內(nèi)熱裂解，端羧基增多，黏度下降，色值上升。在第二酯化反應(yīng)器中，酯化反應(yīng)繼續(xù)進(jìn)行。酯化物進(jìn)入縮聚反應(yīng)器后在真空的條件下進(jìn)一步分離出 EG，并在較高的反應(yīng)器溫度下逐步進(jìn)入縮聚反應(yīng)。噴射機組的工作蒸汽來自酯化過程產(chǎn)生的工藝蒸汽，這樣既可以節(jié)約熱能，降低冷卻水用量并能減少污水量。水在蒸出的同時，按氣液平衡關(guān)系夾帶出一定比例的 EG。③ 相關(guān)技術(shù)指標(biāo)工藝配方：催化劑用量：c ＝％（質(zhì)量） PTA消光劑用量：d＝％（質(zhì)量）PTA（配制成 20％ EG 混合漿液）投料配比：Ｍ r0＝Ｎ E0：Ｎ T0＝切料、包裝工序物料損失率：e＝％。）的關(guān)系：熔體流量＝Ｍ PET/[（1－a）（1－b）]＝熔體流量／（）Ｍ T180。 （20％消光劑 —EG 混合漿液） 消光劑：Ｗ T0％＝＝ EG：247。同時夾帶出極少量的消光劑及催化劑。[Ｍ T＋（2x－p）Ｍ EG－2x Ｍ W] ＝[166＋（2－）62 －218] ＝ 合計：＋＋＋＝ 消光劑：＝ kg/h 催化劑：＝ kg/h H2O：2Ｎ T039。39?；どa(chǎn)的能量消耗很大，能量消耗費用是化工產(chǎn)品的主要成本之一。ΣHout——離開設(shè)備的各物料焓之和。 為了強制物料流動，強化傳熱與傳質(zhì)效果；使物料充分接觸，均勻混合；設(shè)備 進(jìn) 出 熱交換R101 MJ/h MJ/h R102 MJ/h MJ/h R201 MJ/h MJ/h R202 MJ/h MJ/h MJ/hR203 MJ/h MJ/h MJ/h年產(chǎn) 8 萬噸的聚乙烯醇聚合工段的工藝設(shè)計強化表面更新作用，有利于小分子組分汽化；使非均相物料分散。熱量衡算的基本方法有熱量平衡法和統(tǒng)一基準(zhǔn)焓平衡法。 [18]對于連續(xù)系統(tǒng)：Q+W=ΣHout–ΣhinQ——設(shè)備的熱負(fù)荷。為此，需要對各生產(chǎn)體系進(jìn)行能量衡算。39。（Ｍ r－2x＋p）Ｍ EG ＝ （－2＋）62 ＝ 聚合物：Ｎ T039。減少為Ｎ T039。由于抽真空會有少量聚合物被夾帶出，使 中的Ｎ T0 減少為Ｎ T039。＝ T180。計算順序(手算過程) ： 雖然整個工藝過程比較復(fù)雜，但可以得到產(chǎn)品產(chǎn)量與主要原料（PTA）投料量之間的比例關(guān)系，所以采用順流程的計算順序。年產(chǎn) 8 萬噸的聚乙烯醇聚合工段的工藝設(shè)計② 生產(chǎn)時間。為了描述各反應(yīng)進(jìn)行的程度特做如下定義：酯化率：X＝參加反應(yīng) PTA（mol）/PTA 初始