【正文】 熱穩(wěn)定性也越好。穩(wěn)定劑用量一般為 PTA 的 ％（質(zhì)量） ，或 DMT 的 ％～3％（質(zhì)量） 。 0 時(shí)間，h 圖 2 PET 的[η]與縮聚反應(yīng)溫度及時(shí)間的關(guān)系Figure 2 PET [η] and polycondensation reaction temperature and time of the relationship從圖中可看到每一個(gè)反應(yīng)溫度下，[η]值都出現(xiàn)一個(gè)高峰。反應(yīng)開始時(shí)，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。在生產(chǎn)中必須根據(jù)具體的工藝條件和要求的黏度272℃ 2 4 6 8 10 12特性黏度283℃293℃年產(chǎn) 8 萬(wàn)噸的聚乙烯醇聚合工段的工藝設(shè)計(jì)值來確定最合適的縮聚溫度與反應(yīng)時(shí)間。 縮聚反應(yīng)的壓力因?yàn)?BHET 縮聚反應(yīng)是一個(gè)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(dòng)，必須盡量除去 EG，也就是說反應(yīng)過程中需要抽高真空?？芍?285℃下反應(yīng)時(shí)，壓力越低，可在較短的反應(yīng)時(shí)間內(nèi)獲得較高的[η]值。工業(yè)上常用五級(jí)蒸汽噴射泵或乙二醇噴射泵來達(dá)到這個(gè)要求。在同樣反應(yīng)條件下，攪拌速率越快，獲得的 PET 分子量越高。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(yùn)動(dòng)，以提高 EG 蒸發(fā)的表面積。臥式熔融縮聚釜具有橫臥式的中心軸，軸上安裝有多層螺旋片，可推動(dòng)物料前進(jìn)；另有數(shù)層網(wǎng)片（插在螺旋片間） ，可增加 EG 蒸發(fā)表面?？傊瑹o(wú)論采用哪種攪拌形式，其作用是增加 EG 的蒸發(fā)擴(kuò)散的表面積，或減少擴(kuò)散液層的厚度，以加速縮聚反應(yīng)。 COH2CO+OCO+HOC2COCOH2CCOCH2C+2OH生成的苯酚易于逸出，有利于大分子鏈增長(zhǎng)。（2）消光劑 由此可以改進(jìn)反光色調(diào)，并具有增白作用。（3）著色劑有時(shí)可把色料和縮聚原料一起加入反應(yīng)釜中反應(yīng)，可得到顏色較為均勻的有色 PET 樹脂，這種方法稱為原液著色。 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(shí)間、PTA 濃度、EG 濃度、催化劑濃度等。（3）對(duì)于最終產(chǎn)品質(zhì)量的影響因素，應(yīng)綜合不同反應(yīng)階段一起調(diào)整。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。因此，酯化反應(yīng)的優(yōu)化非常重要。 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(shí)際投入打漿釜的摩爾比。但實(shí)際生產(chǎn)控制在 ～ 為宜。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(huì)使酯化水中 EG 含量過高（5%）而影響正常生產(chǎn)。未參加反應(yīng)的 PTA 物料導(dǎo)入縮聚釜后，由于大分子鏈端基部分大部分為羧基，形成了鏈終止劑，從而不能生成工藝要求所需的大分子 PET。大量 EG 在次溫度下蒸發(fā)（EG 沸點(diǎn)為 197℃） 。當(dāng)反應(yīng)溫度高時(shí)，反應(yīng)速度加快，導(dǎo)致釜內(nèi)生成的水不能及時(shí)蒸出，副反應(yīng)增多，產(chǎn)品熔點(diǎn)降低，影響后加工染色性能，使色度增加，影響產(chǎn)品外觀。反應(yīng)時(shí)間過長(zhǎng)會(huì)導(dǎo)致副反應(yīng)增大，熔點(diǎn)下降，色值增大。因而反應(yīng)時(shí)間必須按實(shí)際設(shè)計(jì)的工藝要求控制。 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(huì)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(zhǎng)，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)溫度 縮聚反應(yīng)本身是一個(gè)放熱反應(yīng)，但由于反應(yīng)初期有大量的 EG 生成，為了使其蒸發(fā)，需要大量的蒸發(fā)熱，因反應(yīng)放出的熱量不足使大量生成的乙二醇（EG）蒸發(fā)，故反應(yīng)初期必須對(duì)其加熱。 縮聚反應(yīng)時(shí)間 縮聚反應(yīng)時(shí)間也是影響產(chǎn)品質(zhì)量指標(biāo)——黏度的重要因素。生產(chǎn)中，應(yīng)按工藝要求控制縮聚反應(yīng)時(shí)間。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。酯化反應(yīng)生產(chǎn)的水，以蒸汽的形式從反應(yīng)器的頂部排出。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。酯化反應(yīng)生成水和一部分 EG蒸汽從反應(yīng)器頂部蒸出，在工藝塔中分餾。塔頂蒸汽經(jīng)冷凝器冷凝后進(jìn)入回流罐。酯化物在第一縮聚反應(yīng)器中反應(yīng)，同時(shí)定量的加入已配制好的消光劑。每臺(tái)反應(yīng)器均設(shè)有熱媒加熱裝置和 EG 噴淋系統(tǒng)。三臺(tái)縮聚反應(yīng)器的反應(yīng)溫度逐步提高，而反應(yīng)器的壓力逐步降低，即在最終的縮聚反應(yīng)器中，達(dá)到最高反應(yīng)溫度和最高真空度。而物料經(jīng)一定時(shí)間停留后進(jìn)入最終縮聚反應(yīng)器中，通過調(diào)整溫度、真空度和停留時(shí)間來進(jìn)一步控制、調(diào)節(jié)聚合物的最終粘度。最終聚合物熔體從反應(yīng)器的底部出料，經(jīng)熔體輸送泵、過濾器、熔體分配管分別送往切片生產(chǎn)、直接紡長(zhǎng)絲車間。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。從熔體輸送泵送來的 PET 熔體，進(jìn)入鑄帶頭，在鑄帶頭中熔體被分配到一排鑄帶噴絲孔中，從噴絲孔出來的 PET 熔體鑄帶，靠重力自動(dòng)流入水下切粒機(jī)的導(dǎo)流板，并完全浸沒在約 25℃的脫鹽水中。 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(wàn)噸的聚乙烯醇聚合工段的工藝設(shè)計(jì) 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(gè)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(jìn)行的程度不同。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(duì)副反應(yīng)進(jìn)行物料衡算。由于氣液平衡關(guān)系，所以反應(yīng)液中仍含有少量的水。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。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。設(shè)計(jì)任務(wù)書中規(guī)定年產(chǎn)量（生產(chǎn)能力）：10 萬(wàn)噸/年。年工作日：300 天/年（24 小時(shí)/天） 。添加劑的作用和要求在實(shí)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） 。 各縮聚釜蒸出 EG 數(shù)量＝Ｎ T0Ｍ 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(hào) 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(jì)算基準(zhǔn)：因?yàn)槭沁B續(xù)操作過程，所以計(jì)算基準(zhǔn)選時(shí)間，計(jì)算單位為 kg/h。計(jì)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。Ｍ T180。/（101166 ）＋ T180。 kg/hPTA 的實(shí)際投料量＝Ｍ T180。 kg/h該生產(chǎn)裝置年產(chǎn)量 10 萬(wàn)噸，年開工 300 天，連續(xù)生產(chǎn)，切粒、包裝工序年產(chǎn) 8 萬(wàn)噸的聚乙烯醇聚合工段的工藝設(shè)計(jì)物料損失率 ％。166＝ kmol/h 物料衡算計(jì)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(jì)：＋＋＝ 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(wàn)噸的聚乙烯醇聚合工段的工藝設(shè)計(jì) 合計(jì)：＋＝ 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(wú)其他組分） 催化劑： kg/h H2O： （1－97％）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(jì)：＋＋＋＝ kg/hＲ102 物料平衡驗(yàn)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（） 。同時(shí)夾帶出極少量的消光劑及催化劑。 ＝ kg/h 合計(jì)：＋＝ kg/h Ｎ T039。（Ｍ r－2x＋p） Ｍ EG 　＝ （－2 ＋）62 ＝ kg/h 聚合物：Ｎ T039。＝ （抽真空帶出低聚物的數(shù)量） 合計(jì)：＋＋＋＋＝ kg/hＲ201 物料平衡驗(yàn)算：總進(jìn)料量＝＋＝ kg/h 總出料量＝＋＝ kg/h④Ｒ202 物料衡算 Ｒ202年產(chǎn) 8 萬(wàn)噸的聚乙烯醇聚合工段的工藝設(shè)計(jì)在Ｒ202 中由于抽真空會(huì)有少量聚合物被夾帶出，使 中的Ｎ T039。39。 Ｎ T039。＝Ｎ T039。39。39。Δx18 ＝2（1－）18 ＝ kg/h 聚合物：247。ΔＭ rＭ EG ＝ （－）62 ＝ 合計(jì)：＋＋＋＝ kg/h 圖 14 R202 物料衡算示意圖Figure14 R202 material balance年產(chǎn) 8 萬(wàn)噸的聚乙烯醇聚合工段的工藝設(shè)計(jì)Ｒ202 物料平衡驗(yàn)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。（Ｍ r2x+p）Ｍ EG＝0 kg/h 聚合物：Ｎ T039。[Ｍ T＋（2x－p）Ｍ EG－2x Ｍ W] ＝[166＋（2－）62 － 218] ＝ kg/h 合計(jì)：＋＋＝ EG：Ｎ T039。ΔＭ r62 ＝ （－）62 ＝Ｒ203 物料平衡驗(yàn)算：總進(jìn)料量＝ kg/h 總出料量＝＋＝ 計(jì)算出的 的數(shù)量與開始計(jì)算時(shí)求出的 PET 熔體的流量相同，說明物料衡算的整個(gè)過程是正確的。 （見表 6） 。為了使生產(chǎn)保持在適宜的工藝條件下進(jìn)行，必須掌握物料帶入或帶出體系的能量，控制能量的供給速率和放熱速率。能量衡算對(duì)于生產(chǎn)工藝條件的確定、設(shè)備的設(shè)計(jì)是不可缺少的一種化工基本計(jì)算。衡量化工產(chǎn)品能量消耗水平的指標(biāo)是能耗，即制造單位質(zhì)量（或單位體積）產(chǎn)品的能量消耗費(fèi)用。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)。 能量衡算遵循的原則物流焓的基準(zhǔn)狀態(tài)包括物流的基準(zhǔn)壓強(qiáng)、基準(zhǔn)溫度、基準(zhǔn)相狀態(tài)，由能量守恒定律：輸入系統(tǒng)的能量=輸出系統(tǒng)的能量+系統(tǒng)積累的能量。W——輸入系統(tǒng)的機(jī)械能。ΣHin——進(jìn)入設(shè)備的各物料焓之和。 能量衡算步驟熱量衡算的基本步驟為：1)建立以單位時(shí)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(jì)算的基準(zhǔn)溫度。計(jì)算時(shí)相態(tài)的年產(chǎn) 8 萬(wàn)噸的聚乙烯醇聚合工段的工藝設(shè)計(jì)確定也是很重要的；4)列出熱量衡算式，然后用數(shù)學(xué)方法求解未知值；5)列出熱量衡算表；6)如果需要，計(jì)算出所需要的加熱劑或冷卻劑的用量。 各個(gè)反應(yīng)器能量平衡表 8 各個(gè)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(jì)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。因此攪拌釜反應(yīng)器對(duì)各種反應(yīng)體系適應(yīng)性強(qiáng)，操作彈性大，使用溫度和壓力范圍廣，既可用于間歇操作，也可用于連續(xù)操作。用于連續(xù)操作時(shí)，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