预缩聚反应.ppt

2020 2 25 1 预缩聚反应 报告人 郭英杰2003 1 10 2020 2 25 I CKuo 2 预缩聚反应 预缩聚是酯化段到终缩聚段的一个过程阶段 任务是将酯化段送来的酯化物最终完成酯化反应并在8 50mbar的真空条件下进行缩聚反应 使生成的PET齐聚物的聚合度及端羧基 Acid No 达到一定的指针 从而保证终缩聚反应器能生产出合格产品 BHET单体转化为低分子聚合物 PET齐聚物的平均聚合度25 35 酯化率99 以上 2020 2 25 I CKuo 3 预缩聚反应2 特点是采取不断提高反应体系真空度的方法 可将可逆酯化 缩聚产生的小分子脱除 此阶段粘度不太高 一般小于5Pa S 反应速率较快 是处于反应控制区 副反应 有DEG 乙醛生成反应 和环化 降解反应 其中主要副反应是酯基降解反应为主 2020 2 25 I CKuo 4 预缩聚反应3 缩聚反应也是可逆平衡反应 Ke为0 4 1 0 须移走反应产生的小分子EG 保证缩聚反应的进行 同时酯化反应继续进行 产生的少量水也必须移走 考虑小分子脱除 也必须由一定的蒸发空间 防止低聚物被夹带 造成真空系统的操作不稳定 预缩聚段流出物料必须满足终缩聚段工艺要求 在这阶段物料粘度逐渐增稠 小分子的逸出逐渐困难 所以过程速率的控制 是一个既有反应控制 又有传递影响的过度阶段 2020 2 25 I CKuo 5 预缩聚反应4 若有低聚物在真空下过量逸出会引起管道堵塞 预缩聚段中逐步提高温度和真空度进行分段处理是工程上一种较有效的处理方式 反应器内部构件 设置挡板或导流筒 将一个釜分隔为多室 相当于增加串联的釜数 使物流流动接近平推流 2020 2 25 I CKuo 6 搅拌形式 预缩聚反应搅拌目的是强化传质 进促小分子脱出 同时也满足混合 传热需要 搅拌任务除可用叶轮搅拌完成外 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 预缩聚反应器一般有大量小分子从液相逸出 相当于气流搅拌 搅拌激烈程度取决于气体量 在液深2 74M情况下 每平方米截面积的气体用量达0 2m3 m2 min时为适度搅拌 达0 4m3 m2 min时为充分搅拌 0 95m3 m2 min时即为激烈搅拌 如果液深减少到0 9m 则产生同样搅拌程度的气体用量必须加倍 2020 2 25 I CKuo 7 搅拌形式2 zimmer和Inventer的第一预缩聚釜中物料粘度较小 依靠逸出的小分子鼓泡搅拌已能满足激烈搅拌的条件 Kanebo物料粘度较大 虽每平方米截面积的气体量较大 但能需设置机械搅拌 DoPont虽然出口物料平均聚合度较大 但由于物料塔中呈平推流 自下而上的各塔板上的物料粘度是逐渐升高 且物料温度高 进口注入了EG 增大了气流量 故仍采气流搅拌 随着缩聚反应的进行 第二项缩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表面面积的搅拌器 如Zimmer的圆盘搅拌器和Inventer的耙式搅拌器 2020 2 25 I CKuo 8 反应器 Zimmer公司的第一预聚反应器为内外室结构 相当于两个全混釜 CSTR 串联 第二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 Inventer公司的反应器设计比较精巧 在轴向和径向均有分隔 第一缩聚反应器内 径向设两道环形隔板 反应器分为四室 第二缩聚反应 径向设三道环形隔板 反应器分为5室 这样相当于多个CSTR串联 物料流动接近平推流 DoPont采用塔式 塔内有16块塔板 酯化产物由塔底进料并同时注入EG 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 KANEBO预缩聚反应器为一立式单室搅拌釜 即为一全混釜 单个CSTR停留时间分布宽 同样容积 若要达到平推流反应器相同的反应程度 反应条件较苛 故Kanebo预缩聚压力低 2020 2 25 I CKuo 9 蒸发夹带 预缩聚反应器中小分子EG和水的脱除需一定的气相分离空间 否则蒸汽夹带有聚物进入真空管道 影响真空系统的运转 特别是第一预缩聚反应器 压力从正压骤然降至负压 脱除的小分子量较大 蒸发夹带尤需要重视 反应器蒸发夹带状况一般以函数 W F 1 2 判断 W F 1 2大 则需要较大的蒸发空间 否则蒸发夹带严重 W为蒸发量F为蒸发面积 为蒸发密度 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 蒸发面积和反应器直径有关 温度越高蒸汽密度越小 压力越低蒸汽密度也越小 2020 2 25 I CKuo 10 Kanebo只用一个全混釜完成预缩聚任务 蒸发量大 压力低 W F 1 2较大 但蒸发空间并不大 物料蒸发夹带严重 真空系统易堵塞 Inventer采用大空间设计W F 1 2不大 但蒸发空间较大 大大减少物料的蒸发夹带 DoPont虽然进口注入EG 增大了蒸汽量 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 5 103 2 0 104Pa S之间 产生的小分子不像釜式反应器那样立即脱除 需穿过上部各塔板至最上层塔板才能被排除 塔上部直径大 空间大 这些均有利于减少夹带 2020 2 25 I CKuo 11 减少物料蒸发夹带的有效措施 一是合理分配反应负荷 减少第一缩聚釜承担的反应负荷 从而减少小分子脱除量 二是合理设计缩聚釜使物料接近平推流 达到同样指针的反应条件温和 三是增大反应器上部直径从而增大蒸发面积 预缩聚段的控制指针主要是聚合度与端羧基 Acid No 2020 2 25 I CKuo 12 聚合度与端羧基影响因素 停留时间 在一定温度和真空度下 聚合度随停留时间的延长而不断提高 端羧基也有明显下降 但过长的停留时间 3hr以上 PET的降解反应会逐渐占主导地位 使端羧基上升 一般停留时间控制在1hr左右 温度 由于预缩聚反应是一个可逆平衡反应 它的热效应很小 所以反应温度对平衡转化率影响不大 预缩聚初期阶段 温度对特性粘度和端羧基影响不大 在后期阶段 温度上升有利于聚合物上升和端羧基下降 2020 2 25 I CKuo 13 聚合度与端羧基影响因素2 压力 在预缩聚初期阶段 真空度高有利于缩聚反应进行 但此时尚有一部分酯化反应未完成 而真空度高不利于酯化率的提高 故在初期 真空度不宜过高 在后期反应接近平衡 因此提高真空度有利于聚合度的提高 2020 2 25 I CKuo 14 聚合度与端羧基影响因素3 传质条件 由于预缩聚阶段物料的粘度逐渐上升 物料最大粘度为2pa s左右 且在该反应温度与真空条件下 由于缩聚产生的小分子多数以气泡形式逸出 强化了传质 故对反应设备传质要求不