PET预缩聚反应器浅析.pdf

第 3期 聚酯工业 1 3 r P E T预缩聚反应器浅析 堕 十 南沈 l 2 p J 皇 錾 望 圭 柬 中 南沈 瀛 坪 张 伟 脚 2 p J 华东理工太学联合化学反应工程研竞所 上海 2 0 0 2 3 7 攮要从反直工程茸寝对P E T顶缩聚反应器的物料流动型式 搅拌蛰式和翱料蒸发尧带状况进行丁削析 并分 PE 钟 T lP E T 铆 f E 衍 关 键 调 一 苎 塑 墼 竖 央 带 罨 叼 再 1 1 I I I 对苯二甲酸和乙二醇直接酯化 缩聚生成 P E T过程一般按发生的化学反应分酯化 预缩 聚 终缩聚 3 个阶段 预缩聚段是酯化段到终缩 聚段的一个过渡阶段 任务是将酯化段送来的 醋化物最终完成酯化反应并进行缩聚反应 使 生成的P E T齐聚物的聚合度及端羧基达到一 定指标 从而保证终缩聚反应器能生产出合格 产品 在预缩聚段 P E T齐聚物的平均聚合度 一 般为1 0 3 0 酯化率达 9 9 以上 预缩聚段 的特点是采取不断提高反应体系冀空度的方法 将可逆酯化 缩聚反应产生的小分子脱除 此阶 段物系粘度不太高 一般小于 5 P a s 反应速 率较快 基本处于反应控制区u J 衰1各 公 司 预 缩 涤 反 应 墨 典 型 工 艺 参 教 目前世界上拥有大型成套聚酯生产技术的 主要有撼国吉玛 日本钟纺 瑞士伊文塔和美国 杜邦4家公司 各公司预缩聚段设置的反应器 个数 反应器结构各不相同 这里有技术合理和 优化的问题 也有技术产权的考虑 本文将从 反应工程角度对 P E T预缩聚反应器进行剖析 并分析比较各公司的预缩聚反应器 1 各公司预缩聚反应器简介 除杜邦公司外 吉玛 钟纺 伊文塔公司的 预缩聚段均设置了两个反应器 各公司预缩聚 段反应器工艺参数和结构参数分别列于表 1和 表 2 一 6 馕鳍聚釜I 温度 2 7 2 2 7 3 2 7 4 2 7 5 压力 P 2 5 x1 0 1 0 1 0 2 7 1 0 a 6 0 I O s 停留时间 ra i n 3 6 4 0 5 4 B 0 平均聚台度 7 6 1 0 2 6 1 3 齑化串 9 8 5 9 8 8 9 9 0 9 8 6 28 0 2 9 5 2 1 x1 0 0 3 O 4 5 2 O 2 5 注 吉玛I为吉玛公司7 0 年代末的技术 吉玛 为9 0 年代韧的技术 钟坊公司的援培聚釜 从出口指标暑 已是终埔聚段的 反应器 维普资讯 1 4 聚酯工业 1 9 9 7年 注 除桂邦公司的预绾隶反应器是一塔器外 其它公司的预缩聚反应器均是搅拌釜 2 物料流动型式 在预缩聚段 一方面发生的酯化反应和缩 聚反应均为可逆平衡反应 为使酯化 缩聚反应 深入进行 必须移走酯化反应产生的小分子水 和缩聚反应产生的小分子 乙二醇 移走小分子 要有足够的传质面积和蒸发空间 搅拌釜较适 合 另一方面 分子量的增长过程是一系列链增 长的串联反应过程 液相返混不利于链增长 并 且不同分子量的齐聚物相互反应产生不同分子 量的产物 造成产物分子量存在一定分布 为了 得到较窄分子量分布的缩聚产物 也要求反应 器物料停留时间要均一 预缩聚段物料流动为 平推流较佳 钟纺工艺的预缩聚反应器为一立式单室搅 拌釜 即为一全混釜 C S T R 单个 C S T R停留 时间分布宽 且同样窖积 若要达到与平推流反 应器相同的反应程度 反应条件较苛刻 故钟纺 工艺的预聚釜压力低 为了改善物料 流型 可将釜式反应器串联 起来 串联的釜越多 物料流动就越趋于平推 流 但随串联釜数的增加 反应器的制造 维修 操作 控制等方面的麻烦相应增加 因此 实际 生产中串联的釜数不宜太多 吉玛公 司 7 0年 代末的预聚段反应器即为两个 C S T R串联 虽 然物料流型较单个全混釜有所改善 但离平推 流相差毋甚远 于是 各公司从反应器内部构件 着手 设置挡板或导流简 将一个釜分隔为多 室 相当于增加了串联的孟数 使物料流动接近 平推流 吉玛公司 9 0 年代初的第一预缩聚反 应器为内外室结构 相 当两个 C S T R 串联 第 二预缩聚反应器为卧式圆盘反应器 物料在圆 盘和挡板的分隔下 流动更趋近为平推流 伊 文塔公司的反应器设计 比较精巧 在轴向和径 向均 有分隔 第一预缩聚反应器内径向设两道 环形隔板 反应器分隔为四室 第二预缩聚反应 器内径向设三道环形隔板 反应器分隔为五室 这样预聚段反应器相当于多个 C S T R串联 物 料流动接近平推流 杜邦公司的预聚反应器采 用塔式 塔内有 1 6 块塔板 酯化产物从塔底进 料并同时注入乙二醇 因此 可看作一个多级并 流自下而上的气液反应器 分级后的液相物料 近似于活塞流 J 一 维普资讯 第 3 期 聚酯工业 1 5 3 搅拌型式 P E T预缩聚反应器搅拌 目的主要是强化 传质 促进小分子的脱出 同时也满 足混合 传 热需要 搅拌任务除可用叶轮搅拌器完成 外 还有气流搅拌 射流混合 管道混合等方法 无 机械搅拌的装置减少了故障出现的可能性 可 延长设备运转周期 P E T第一预缩聚反应器一般有大量小分 子从液相逸出 相当于气流搅捧 搅拌激烈程 度取决于气体量 K a u f f ma n 8 认为 在液深 2 7 4 m情况下 每平方米槽截面积的气体用量 U 达 0 2 m 0 m2 rai n时 为适 度 搅 拌 达 0 4 m m rai n时为充分搅拌 达 0 9 5 m m mi n时为激烈搅拌 如果液深减小到 0 9 m 则 产生同样搅拌程度的气体用量必须加倍 各公 司第一预缩聚反应器单位面积的气体量见表 3 量 表 3 各公司第一预缩聚反应器单位面积的气体 吉玛I吉玛 钟纺 伊文塔 兰 二 竺 竺 V m h 一 7 0 9 1 9 6 i 5 7 3 3 1 6 5 1 P r a m 2 2 0 0 2 2 0 2 2 b o 2 8 0 0 u m m rai n 2 4 4 6 7 5 1 9 7 3 5 1 P a S 0 0 4 0 1 2 5 2 0 2 3 吉玛 伊文塔公司的第一预缩聚反应器中 物料粘度较小 依靠逸出的小分子鼓泡搅拌已 能满足激烈搅拌条件 钟纺公司的预聚反应器 中物料粘度较大 虽然每平方米槽截面积的气 体量较大 但仍需设置机械搅拌 杜邦公司的 预聚塔 虽然出口物料平均聚合度较大 但由于 塔中物料呈平推流 自下而上的各塔板上的物 料粘度是逐渐升高的 且物料温度高 进口注入 了乙二醇 增大了气流量 故仍采用气流搅拌 随着缩聚反应的进行 P E T第二预雅聚反 应器中物料粘度上升 一般需设置机械搅拌强 化传质 为了使小分子容 易脱 除 均选择能产 生较大的比袭面积的搅拌器 如吉玛公司的圆 盘搅拌器和伊文塔公司的耙式搅拌器等 4 蒸发夹带 P E T预缩聚反应 器中小分子 乙二醇和水 的脱除需一定的气相分离空间 否则蒸气夹带 着齐聚物进入真空管道 影响真空系统的运转 特别是第一预聚反应器 压力从正压骤然降至 负压 脱除的小分子量较大 蒸发夹带问题尤需 重视 反应器蒸发夹带状况一般以函数 W Fp 一 1 2 判断 w 大 相应需要较大的 蒸发空间 否则蒸发夹带严重 上式中 w 为蒸 发量 F蒸发面积 p为蒸气密度 P E T预缩 聚反应器中蒸发量与负荷 进出口平均聚合度 和端羧基有关 蒸发面积与反应器直径有关 蒸 气密度与蒸气组成 温度 压力有关 温度越高 蒸气密度越小 压力越低蒸气密度也越小 各 公司第一预缩聚反应器蒸发夹带状况见表4 表4 各公司第一预缩聚反应器蒸发夹带状况 吉玛 I 吉玛 钟纺 伊文堵 叁 2 o o t d 2 o o t d I D 0 t d 9 0 t d 1 8 4 2 2 1 0 7 5 5 5 1 9 8 2 6 0 0 9 2 g 1 72 2 2 0 0 2 0 5 8 9 0 28 0 0 4 9 1 3 束曹电内部构件所占体 在几家公司中 钟纺公司只用一个全混釜 完成预缩 聚段 任 务 蒸发 量大 压 力 低 F p 较大 怛蒸发空间并不大 物料蒸发央带 较严重 真空系统容易堵塞 伊文塔公司采用大 空间设计 F p 一 0 不大 但蒸发空间较大 大 大减少了物料蒸发夹带 杜邦公司的预聚塔 虽然进 口注入的乙二醇增大了蒸气量 但过程 真空度并不高 操作压力由于塔板间压力差的 作用在 1 5 i 0 2 i 0 P a之间c 9 产生的小 分子不象釜式反应器那样立即脱除 须穿过上 部各塔板至最上层塔板才能被排除 塔上部直 一 维普资讯 聚酯工业 1 9 9 7年 径大 空间大 这些均有利于减少夹带 减少物料蒸发夹带的有效措施 一是合理 分配反应负荷 减少第一预缩聚反应器承担的 反应负荷 从而减少小分子脱除量 二是合理设 计第一预缩聚反应器 使物料流动接近平推流 达到同样指标的反应条件温和 三可增大反应 器上部直径从而增大蒸发面积 综上所述 平推流是预缩聚段物料较佳流 型 吉玛公司 9 0 年代初的预缩聚段反应器和伊 文塔 杜邦公司的预缩聚段反应器设置 设计均 能使物料流动基本为平推流 粘度较低时 第一 预缩聚反应器通过逸出的小分子鼓泡已达激烈 搅拌要求 粘度较高时 为强化传质 需设置能 产生较大比表面积的搅拌器 几家公司中 钟纺 公司的预缩聚反应器物料蒸发夹带较严重 合 理分配预缩聚段各反应器反应负荷 反应器流 型为平推流型和增大反应器上部直径等都是减 少物料蒸发夹带的有效措施 参考文献 1 赵玲等 聚醇工业 1 9 9 6 3 1 2 2 孙静珉等编 聚南工艺 化学工业出版社 1 9 8 5 3 闻祜中聚酯工业 1 9 9 1 1 2 1 1 9 4 季玉兰 聚醋工 业 1 9 9 1 4 4 7 5 闻治中聚酯i业 1 9 9 3 3 5 1 6 扬元蠢旨戚纤维工业 1 9 9 2 5 5 2 7 U S 2 7 2 7 8 8 2 县 K a u f f ma n H L Ch e m Me t En g 3 7 1 7 8 9 黄志恭聚醋工业 1 9 9 6 1 5 1 9 9 7 0 4 2 9 收到初稿 1 9 9 7 O 7 1 B 收刊修改精 欢迎订阅 1 9 9 8 年 合成纤维工业 杂志 合成纤维工业 杂志是国家科委批准发行的合成纤维专业性科技杂志 由中国石化总公司 S I N O P E C 合成纤维科技情报中心站与岳阳石油化工总厂研究院主办 合成纤维工业 杂志主要报道 合成纤维 涤纶 锦纶 腈纶 维纶和丙纶 和特种合成纤维及其 原料 单体 聚合纺丝 纤维油剂 纤维加工应用方面的新品种 新工艺 新设备 新材料研究开发及 计算机管理 控制软件的科研成果 生产中的挖潜 改造 三废处理以及助剂方面的技术成果 并刊 登合成纤维 包括单体 产品介绍 各类合纤设备 仪器仪表及原材料