【導(dǎo)讀】20xx屆畢業(yè)設(shè)計(jì)說(shuō)明書。年產(chǎn)十萬(wàn)噸滌綸的生產(chǎn)工藝設(shè)計(jì)。．2生產(chǎn)工藝控制簡(jiǎn)

　　

【正文】 與 EG 進(jìn)行酯化反應(yīng)，生成對(duì)苯二甲酸乙二酯（或稱對(duì)苯二甲酸雙羥乙酯，簡(jiǎn)稱 BHET）；第二步是 BHET 在催化劑作用下發(fā)生縮聚反應(yīng)生成 PET。其反應(yīng) 18 如下： n B H E T H O C H 2 C H 2 O COCOO C H 2 C H 2 O H + ( n 1 ) H O C H 2 C H 2 O H 對(duì)苯二甲酸與乙二醇的混合物不像對(duì)苯二甲酸二甲酯與乙二醇的混合物，后者為一均勻溶液，前者是漿狀物。要將這種漿狀物混合均勻并加熱反應(yīng)是很困難的，且在高溫 PTA 易升華，不但反應(yīng)速度緩慢， 還易產(chǎn)生醚化反應(yīng)。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。因而直接酯化的關(guān)鍵在于：解決漿狀物的混合問(wèn)題；提高反應(yīng)速度，使其達(dá)到工業(yè)生產(chǎn)的要求；抑制醚化反應(yīng)。 這種方法的工藝條件有： EG:PTA=（ ~）： 1（ mol），反應(yīng)溫度 220~250℃ ，壓力 3~4kg/cm2,催化劑有氧化鈦、氫氧化鈦等。若在高溫下（ 275℃ ）反應(yīng)，也有不用催化劑的 。 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。這個(gè)方法稱為環(huán)氧乙烷法，反應(yīng)步驟如下： H O O C C O O H + 2 H 2 C C H 2OB H E T P E T縮 聚加 成（ P T A ） ( E O ) 根據(jù)所用反應(yīng)介質(zhì)，該法分為水法、有機(jī)溶劑法和無(wú)溶劑法。 水法易生成醚鍵，影響聚酯質(zhì)量，且 BHET 易水解，收率低。 有機(jī)溶劑法通常采用甲苯、二甲苯、環(huán)己烷、丙酮、四氯乙烷、二甲基甲酰胺等溶劑來(lái)溶解生成的 BHET，而不溶解對(duì)苯二甲酸。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。 無(wú)溶劑法是足夠高的壓力使環(huán)氧乙烷液化并與懸浮其中的對(duì)苯二甲酸反應(yīng)。這種方法反應(yīng)速率高， BHET 收率也高。但環(huán)氧乙烷易燃易爆，由于反應(yīng)速率高，故反應(yīng)不易控制，對(duì)設(shè)備要求高。 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。但因 EO 易于開(kāi)環(huán)生成聚醚，反應(yīng)熱大（約 100kJ/mol）， EO 在常溫下為氣體且易熱分解，運(yùn)輸及儲(chǔ)存都比較困難。 所以綜上考慮，環(huán)氧乙烷法在工廠生產(chǎn) PET 中基本上不被采用。 而另外兩種生產(chǎn)工藝可以根據(jù)工廠的不同情況而加以選擇。 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。這是因?yàn)楫?dāng)時(shí)不能生產(chǎn)出高純度的纖維級(jí) T PA , 而只能將對(duì)二甲苯氧化得到的粗制 T PA 用甲醇酯 化成 DMT , 然后再經(jīng)蒸餾或重結(jié)晶純化。 直到 1963 年 , 由于美國(guó)和日本相繼建立了用美國(guó) MC 一步氧化法生產(chǎn)高純度的纖維級(jí) TPA 工廠 , 使聚醋纖維的生產(chǎn)進(jìn)入一個(gè)新紀(jì)元。基于這種方法制得 TPA 純度高 , 可與 E G直接 醋化生產(chǎn) PET , 而使制造工藝復(fù)雜 , 成本較高的 DMT 生產(chǎn)大為遜色。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。 TPA 法的生產(chǎn)優(yōu)勢(shì) 選取生產(chǎn)工藝 最重要的一個(gè)優(yōu)點(diǎn)是成本低。因此相應(yīng)地可減少原料進(jìn)口、運(yùn)輸以及貯存管理費(fèi)用。 首先 TPA 的堆積重量近于 1 噸 / M3 ， 而球狀和片狀 DMT 分別為 噸/ M3 和 噸 / M3。因此 , 貯存同樣噸數(shù)的 DMT , 必須要占用更多的庫(kù)位。當(dāng)然 , D MT 也能 以液態(tài)貯存 (液態(tài)時(shí) DMT 比重與 T PA 相近 ) , 但是 ,這樣需要保溫貯罐 , 并且只能存放幾天 , 否則將引起質(zhì)量下降。 其次 , 產(chǎn)量高。 TPA 法的 EG 用量比 DMT法少 , TPA 法中 TPA 與 EG 的克分子比為 : 1 , 而 DMT 法為 1 .6 ~ 2 : 1 。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 , DMT 升華造成醋交換塔堵塞以及反應(yīng)器中催化劑沉積物的清除 , 使 DMT 法的停產(chǎn)檢修時(shí)間比 TPA 法 長(zhǎng)。 第三 , 有利于節(jié)能和減少投資。 TPA 接釀化法中 EG 用量的減少 , 不僅可提高設(shè)備利用率 , 而且還有利于節(jié)能。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。 第四 , 可提高質(zhì)量。 DMT 酷交換時(shí)加入的催化劑在聚合物熔體中成為不溶性結(jié)晶 ,結(jié)果引起聚合物色澤變差、噴絲組件使用周期縮短 , 以及紡絲和拉伸過(guò)程中纖維斷裂 ,強(qiáng)力降低等。而用 TPA 直接酷化得到的聚合休卻能制得高質(zhì)量的聚醋纖維產(chǎn)品。 第五 , 有利于固體廢料的回收。 DMT 法在將固體 廢料回收前必須先與 EG 在高溫下進(jìn)行裂解 , 然后才能按一定比例加到醋交換塔中。這是因?yàn)榇捉粨Q反應(yīng)對(duì)痕量的水或其它能阻止反應(yīng)進(jìn)行的化學(xué)物質(zhì) (如 羧 酸 )十分敏感 , 否則將影響縮聚 , 不能達(dá)到紡絲所需的聚合度。而 TPA 法不需要把固體廢料用 EO 進(jìn)行裂解 , 而可直接加到酷化塔中 , 這樣省去了 EG 裂解釜。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。這樣 , 不僅完全省去了 EG 回收車間 , 并將縮聚時(shí)蒸出的低聚物完全回用 , 從而提高了原料的利用率。 DMT 法的 生產(chǎn)優(yōu)勢(shì) 首先 TPA 的精制成本較高，用 DMT 法生產(chǎn) PET 在反應(yīng)中有副產(chǎn)物甲醇生成，能夠進(jìn)一步提高收益。 其次 在生產(chǎn)穩(wěn)定性方面 , DMT 在醋化塔中因升華而堵塞以及催化劑Mn( Ac) 2 在設(shè)備中沉積而需要定期清洗 , 是裝置運(yùn)轉(zhuǎn)率降低的重要原因。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。該工藝的腐蝕性小 , 對(duì)設(shè)備材質(zhì)要求低 , 可減少維修費(fèi)用。 TPA 法的醋酸對(duì)不銹鋼有腐蝕作用 , 必須使用 鈦 材。有機(jī)澳化物對(duì)工藝管線的腐蝕也不可忽視 , TPA 裝置曾多次發(fā)生閥體鑄件、配管焊口的泄漏 , 同 樣威脅生產(chǎn) , 這與介質(zhì)溫度、澳化物濃度、配管彎頭數(shù)等因素有 關(guān)。 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。 第三在操作維修方面 DMT 工藝中氧化 ( Witen 專利 ) 的 Co/Mn 配比為 10 : 1, 溫度 15 0~16 5 ℃ , 壓力 6~8kg/ cm2 , 停留時(shí)間 480 分鐘 。 反應(yīng)在三個(gè)串聯(lián)的反應(yīng)塔中進(jìn)行 , 操作條件溫和。聚合原料 DMT 和 EG 雖然不具備良好的相溶性 , 但是醋交換溫度和壓力比較平緩 ,全流程中非正常停車次數(shù)很少 , 工業(yè)化生產(chǎn)顯示出一定的優(yōu)越性。 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。從生產(chǎn)實(shí)踐看 , 因氧化后的物料需經(jīng)離心、結(jié)晶等工序 , 呈非均相流動(dòng) , 工藝管線堵塞較為頻繁 , 不利于穩(wěn)定生產(chǎn)。醋酸回收尚 難 達(dá)到設(shè)計(jì)的操作水平 , 塔頂冷凝器的冷卻效果差 , 增加了原料和能源消耗。 第四 DMT 法使用時(shí)間比 PTA 發(fā)更長(zhǎng)工業(yè)更為成熟，世界上大部分的滌綸生 21 產(chǎn)工藝仍舊在用 DMT 法。 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。 工藝過(guò)程介紹 ． 1 反應(yīng)條件 （ 1） 酯化反應(yīng) 反應(yīng)溫度： 65176。 C～ 100176。 C 反應(yīng)壓力： ~ 反應(yīng)時(shí)間： 10h~14h 脫 水 劑：硅膠 （ 2） 酯交換反應(yīng) 在 180176。 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） 。 （ 3） 縮聚反應(yīng) 在縮聚 反 應(yīng)中，隨著反應(yīng)的不斷進(jìn)行，縮聚物 Xn 的不斷增加，其熔點(diǎn)不斷提高，其最終熔點(diǎn)可達(dá)的 260176。 C。 縮聚反應(yīng)的反應(yīng)溫度一般控制在超過(guò)反應(yīng)物的熔點(diǎn) 20176。 C~30176。 C。但 PET得分解溫度在 290176。 C。所以該反應(yīng)中反應(yīng)溫度為 270176。 C~280176。 C，反應(yīng)壓力為。聚合時(shí)間以達(dá)到極值為止。 催化劑： Sb2O3,其用量為 DMT 的 %~%。 添加劑 ： 擴(kuò)鏈劑，消光劑，著色劑，相對(duì)分子質(zhì)量穩(wěn)定劑等。 擴(kuò)鏈劑 ： PET 合成中加入的擴(kuò)鏈劑為草酸二苯酯，其與 PET 反應(yīng)縮去苯酚。使 PET 的 相對(duì)分子質(zhì)量成倍增加 。 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%。 消光劑： 一般用 TiO 2 作為消光劑，它同時(shí)有增白作用。其用量為 PET 的 %。 著色劑： 一般用耐溫型的著色劑，如酞青蘭和炭黑等，以得到顏色較均勻的著色PET 樹(shù)脂。 ． 2 生產(chǎn)工藝控制簡(jiǎn)圖 對(duì)苯二甲酸 T（ 溫度） =65 ~100176。 C P（壓力） =~ 甲醇 t（時(shí)間） =10h~14h 脫甲醇 T=180~200176。 C 分子質(zhì)量穩(wěn)定 劑 H3PO4 催化劑 酯化釜 酯交換塔 過(guò)濾器 脫乙二醇塔 23 Sb2O3 脫乙二醇 消光劑 TiO2 T=220176。 C P=(152mmHg) T=260176。 C~270176。 C P=667Pa(5mmHg) T=280176。 C~285176。 C P= 333Pa~400Pa(2~3mmHg) 干燥、造粒 3 物料衡算與能量衡算 物料衡算 本工藝的配方如下（以 DMT 質(zhì)量為參考標(biāo)準(zhǔn)）： DMT 100 催化劑 穩(wěn)定劑 消光劑 物料配比： DMT： EG=1:（摩爾比）。 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(kāi)工 300