【正文】 官能團(tuán)表示的三個主反應(yīng)方程式。在酯化反應(yīng)釜中，以酯化反應(yīng)與酯化縮聚反應(yīng)為主；在縮聚釜中，以酯化縮聚與縮聚反應(yīng)為主，在此不考慮副反應(yīng)，也不對副反應(yīng)進(jìn)行物料衡算。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（mol） ＝[PTA 初始（mol）－PTA 殘留（mol）]/PTA 初始（mol） ＝[N T0－N T]/NT0縮聚反應(yīng)程度：p＝生成 PET 鏈節(jié)（mol）/PTA 初始（ mol） ＝N P/NT0平均聚合度：X＝1/（1－p） 物理化學(xué)變化（相變化） 在各酯化釜中，由于反應(yīng)溫度高，高于水和 EG 的沸點，酯化生成的水被蒸出反應(yīng)體系。由于氣液平衡關(guān)系，所以反應(yīng)液中仍含有少量的水。水在蒸出的同時，按氣液平衡關(guān)系夾帶出一定比例的 EG。為了保持酯化反應(yīng)的原料配比，蒸出的 EG 經(jīng)分離后全部返回到反應(yīng)器中，所以各酯化反應(yīng)器中Ｍ r＝Ｍ r0。在縮聚反應(yīng)釜中，為了使縮聚反應(yīng)向生成聚合物的方向移動，需盡量降低反應(yīng)液中 EG 的含量，所以縮聚階段特別是在反應(yīng)后期，需在高真空的條件下進(jìn)行。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。① 生產(chǎn)規(guī)模。設(shè)計任務(wù)書中規(guī)定年產(chǎn)量（生產(chǎn)能力）：10 萬噸/年。年產(chǎn) 8 萬噸的聚乙烯醇聚合工段的工藝設(shè)計 27 ② 生產(chǎn)時間。年工作日：300 天/年（24 小時/天） 。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＝％。添加劑的作用和要求在實際生產(chǎn)中，常常需要加入各種添加劑，其作用和要求（見表 4） 。表 4 各種添加劑的作用和要求Table 4 The effect of additive and requirements名 稱 作 用 和 要 求 代 表，要求活性高 三氧化二銻催化劑 ％（DMT） 醋酸銻 ％～％穩(wěn)定劑 亞磷酸，磷酸二甲酯， 磷酸二苯酯，％（DMT）消光劑 調(diào)節(jié)纖維的光澤，要求粒度細(xì)，分散性好縮聚或紡絲前加入二氧化鈦％～1％（DMT）④ 化學(xué)及物理化學(xué)變化的變化關(guān)系化合物名稱 對苯二甲酸 乙二醇 水 PET 鏈節(jié) 聚合物相對分子質(zhì)量符號 Ｍ T　　　　　　Ｍ EG　　　　　　 Ｍ W　　 　 Ｍ P　　　　　 Ｍ PET 相對分子質(zhì)量 166 62 18 162 19454 由于各反應(yīng)器中發(fā)生的主要化學(xué)反應(yīng)相同，但反應(yīng)進(jìn)行的程度（x ，p）不同，所以各反應(yīng)器中物質(zhì)組成變化的計量關(guān)系是相同的，分別如下：年產(chǎn) 8 萬噸的聚乙烯醇聚合工段的工藝設(shè)計 28 各反應(yīng)器反應(yīng)液中聚合物數(shù)量＝Ｎ T0[Ｍ T＋（ 2x―p）Ｍ EG—2x Ｍ W] 各反應(yīng)器反應(yīng)液中乙二醇數(shù)量＝Ｎ T0（Ｍ r—2x＋p）Ｍ EG 酯化反應(yīng)生成水?dāng)?shù)量＝2Ｎ T0ΔxＭ W　 各酯化釜中水、EG 的汽化量和反應(yīng)液中殘留量由表 5 中參數(shù)計算。 各縮聚釜蒸出 EG 數(shù)量＝Ｎ T0ΔＭ rＭ EG表 5 各反應(yīng)器工藝控制參數(shù)及相關(guān)的氣液平衡數(shù)據(jù)Table 5 The reactor process control parameters and related gas to liquid balance data反應(yīng)器位號 R101 R102 R201 R202 R300x 1 1P Mr 平均聚合度 抽出低聚物/％（質(zhì)量） 0 0 （a）（b） 0H2O 汽化 /％（質(zhì)量） 97 90汽相 EG/％（摩爾） 計算基準(zhǔn)：因為是連續(xù)操作過程，所以計算基準(zhǔn)選時間，計算單位為 kg/h。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。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。）的關(guān)系：熔體流量＝Ｍ PETＭ T180。／（Ｘ n＋Ｍ T）＋（c＋d）Ｍ T180。＝19454Ｍ T180。/（101166 ）＋ T180。＝ T180。 kg/hPTA 的實際投料量＝Ｍ T180。/[（1－a）（1－b）]＝熔體流量／（）Ｍ T180。 kg/h該生產(chǎn)裝置年產(chǎn)量 10 萬噸，年開工 300 天，連續(xù)生產(chǎn)，切粒、包裝工序年產(chǎn) 8 萬噸的聚乙烯醇聚合工段的工藝設(shè)計 29 物料損失率 ％。PET 熔體流量＝10000010 3/[30024（1－） ]＝ kg/hPTA 投料質(zhì)量流量：Ｗ T0＝＝ kg/hPTA 投料摩爾流量：Ｎ T0＝247。166＝ kmol/h①Ｒ101 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 30 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。＝ kg/h（反應(yīng)液中水的殘留量是生成水量的 3％） 　EG ：Ｎ T0（Ｍ r－2x＋p）Ｍ EG＝（－2＋）62 ?。?kg/h 聚合物：Ｎ T0[Ｍ T＋（ 2x－p）Ｍ EG－2x Ｍ W] ＝[166＋（2 －）62－218] ＝ 合計：＋＋＋＝ kg/h R101 物料平衡驗算： 總進(jìn)料量＝＋＝ kg/h 總出料量＝＋＝ kg/h②Ｒ102 物料衡算 H2O ：（2Ｎ T0Δx18＋ ） ＝[２（－）18 ＋] ＝ kg/h（Ｒ102 中生成水加上Ｒ101 中殘留水的 90％被蒸出） EG：[（1－）] 62/18＝ （氣相中 EG 摩爾分率為 ） 圖 12 Ｒ102 物料平衡示意圖Figure12 R102 material balance schemes年產(chǎn) 8 萬噸的聚乙烯醇聚合工段的工藝設(shè)計 31 合計：＋＝　kg／h EG： kg/h 催化劑： kg/h H2O：247。＝ kg/h EG：Ｎ T0（Ｍ r－2x＋p）Ｍ EG＝（ －2＋）62 ＝ kg/h 聚合物：Ｎ T0[Ｍ T＋（ 2x－p）Ｍ EG－2x Ｍ W] ＝[166＋（2 －）62－218] ＝ 合計：＋＋＋＝ kg/hＲ102 物料平衡驗算：總進(jìn)料量＝＋＝ kg/h 總出料量＝＋＝③Ｒ201 物料衡算在Ｒ201 中加入消光劑 EG 溶液（） 。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。，同時夾帶出極少量的消光劑及催化劑。 （20％消光劑 —EG 混合漿液） 消光劑：Ｗ T0％＝＝ EG：247。 ＝ kg/h 合計：＋＝ kg/h Ｎ T039。＝Ｎ T0＝ 圖 13 R201 物料平衡示意圖Figure13 R201 material balance年產(chǎn) 8 萬噸的聚乙烯醇聚合工段的工藝設(shè)計 32 ＝ kmol/h （由于抽真空帶出低聚物引起） 消光劑：＝ kg/h 催化劑： ＝ kg/h EG：Ｎ T039。（Ｍ r－2x＋p） Ｍ EG ?。?（－2 ＋）62 ＝ kg/h 聚合物：Ｎ T039。 [Ｍ T＋（2x－p）Ｍ EG－2x Ｍ W] ＝[166＋（2 －）62－218] ＝ kg/h 合計： ＋＋＋＝ kg/h 消光劑：＝ 催化劑： ＝ kg/h H2O：2Ｎ T0Δx18＋ ＝2（－）18 ＋ ＝ kg/h （Ｒ201 中生成的水加上Ｒ102 中殘留的水全部被蒸出） EG：Ｎ T0ΔＭ rＭ EG＋ ＝ （－）62 ＋ ＝ （隨消光劑帶入的乙二醇全部被蒸出） 聚合物：247。＝ （抽真空帶出低聚物的數(shù)量） 合計：＋＋＋＋＝ kg/hＲ201 物料平衡驗算：總進(jìn)料量＝＋＝ kg/h 總出料量＝＋＝ kg/h④Ｒ202 物料衡算 Ｒ202年產(chǎn) 8 萬噸的聚乙烯醇聚合工段的工藝設(shè)計 33 在Ｒ202 中由于抽真空會有少量聚合物被夾帶出，使 中的Ｎ T039。減少為Ｎ T039。39。同時夾帶出極少量的消光劑及催化劑。 Ｎ T039。39。＝Ｎ T039。＝＝ kg/h （由于抽真空帶出低聚物引起） 消光劑：＝ kg/h 催化劑：＝ kg/h EG：Ｎ T039。39。（Ｍ r－2x＋p）Ｍ EG ＝ （－2＋）62 ＝ 聚合物：Ｎ T039。39。[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。Δx18 ＝2（1－）18 ＝ kg/h 聚合物：247。＝ kg/h EG：Ｎ T039。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 34 Ｒ202 物料平衡驗算：總進(jìn)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。39。（Ｍ r2x+p）Ｍ EG＝0 kg/h 聚合物：Ｎ T039。39。[Ｍ T＋（2x－p）Ｍ EG－2x Ｍ W] ＝[166＋（2－）62 － 218] ＝ kg/h 合計：＋＋＝ EG：Ｎ T039。39。ΔＭ r62 ＝ （－）62 ＝Ｒ203 物料平衡驗算：總進(jìn)料量＝ kg/h 總出料量＝＋＝ 計算出的 的數(shù)量與開始計算時求出的 PET 熔體的流量相同，說明物料衡算的整個過程是正確的。 （見表 6） 。表 6 PTA 直接酯化縮聚連續(xù)操作物料平衡表 單位：kg/hTable 6 PTA direct esterification condensation material 圖 15 R203 物料平衡示意圖Figure15 R203 material balance年產(chǎn) 8 萬噸的聚乙烯醇聚合工段的工藝設(shè)計 35 balance continuous operation units：kg/h物流代號PTA EG H2O 催化劑 消光劑 聚合物 合計 0 能量衡算（見表 7）表 7 PET 生產(chǎn)主要反應(yīng)條件Table 7 PET production main reaction conditions名