.PET合成工艺课设资料

1 目录目录 第一章第一章 总论总论 3 3 PETPET 简介简介 3 3 PETPET 的发展历史与现状的发展历史与现状 3 3 第一节第一节 设计依据设计依据 4 4 第二节第二节 产品方案产品方案 6 6 第二章第二章 生产方法与工艺流程生产方法与工艺流程 8 8 第三章第三章 工艺计算工艺计算 1515 第一节第一节 物料衡算物料衡算 1515 第二节第二节 能量衡算能量衡算 2020 第三节第三节 设备选型设备选型 2323 第四章第四章 小结小结 2424 PETPET 的发展前景的发展前景 2424 心得体会心得体会 2525 参考文献参考文献 2626 2 第一章第一章 总论总论 聚对苯二甲酸乙二醇酯 化学式为 OCH2 CH2OCOC6H4CO 英文名 polyethylene terephthalate 简称 PET 为高聚合物 别名涤纶树脂或聚酯树脂 俗称涤纶 由对苯二甲酸乙二醇酯发生脱水缩合反应而来 对苯二甲酸乙二醇酯是由 对苯二甲酸和乙二醇发生酯化反应所得 由于它的原料纯对苯二甲酸和乙二醇及合成 树脂技术成熟 其发展速度使任何一种纤维都难以比拟 PET 是乳白色或浅黄色 高度结晶的聚合物 表面平滑有光泽 在较宽的温度 范围内具有优良的物理机械性能 长期使用温度可达120 电绝缘性优良 甚至 在高温高频下 其电性能仍较好 但耐电晕性较差 抗蠕变性 耐疲劳性 耐摩擦性 尺寸稳定性都很好 PET 有酯键 在强酸 强碱和水蒸汽作用下会发生分解 耐有机 溶剂 耐候性好 缺点是结晶速率慢 成型加工困难 模塑温度高 生产周期长 冲击 性能差 一般通过 增强 填充 共混等方法改进其加工性和物性 以玻璃纤维增强效 果明显 提高树脂刚性 耐热性 耐药品性 电气性能和耐候性 但仍需改进结晶速度 慢的弊病 可以采取添加成核剂和结晶促进剂等手段 加阻燃剂和防燃滴落剂可改进 PET 阻燃性和自熄性 PET 的用途不主要局限于纤维 而是进一步拓展到各类容器 包装材料 薄膜 胶片 工程塑料等领域 目前 PET 正在越来越多地取代铝 玻璃 陶瓷 纸张 木材 钢铁和其他合成材料 聚酯的家庭也在持续扩大 它优良的综合性及较好的服用性 在保持其固有特点同时 在接近天然化如穿着舒适性 染色 性 抗静电性 吸湿性及外表美观等方面更接近于天然纤维 因此使其更具发展优势 而且近年来随着人们生活水平的提高 我国乃至全球对聚酯的需求越来越大 更为 我国聚酯行业的发展带来巨大的商机 我们应该抓住这难得的机会 不断完善和提高聚 酯的生产技术 并研究开发新型聚酯产品 以增强我国聚酯行业的竞争能力 PET 简介简介 1 1 PET 的发展历史与现状的发展历史与现状 第一节第一节 设计依据设计依据 一 设计题目 PET 合成工艺设计 3 二 基本资料 1 生产数据资料 生产规模 年产量 11 万吨 年 生产时间 年工作日 300 天 年 相关技术指标 工艺配方 催化剂用量 c 0 05 质量 PTA 消光剂用量 d 0 5 质量 PTA 配制成 20 EG 混合浆液 投料配比 EG PTA 1 12 摩尔比 切粒 包装工序物料损失率 e 0 5 各反应器工艺控制参数及相关的气液平衡数据表 反应器位号 R101R102R201R202R203 酯化率 0 890 970 9911 缩聚反应程度 0 750 870 960 9840 9901 EG PTA 摩尔比 1 121 121 051 0261 0099 平均聚合度 4 07 692325 062 5101 0 抽出低聚物 质量 000 10 050 水汽化 质量 9790 气相 EG 摩尔 36 7539 37 2 工艺流程 PET 是生产涤纶纤维的原料 是合成纤维中产量最大的品种 要求采用 PTA 直接 酯化缩聚连续操作工艺 采用高纯度对苯二甲酸 PTA 与乙二醇 EG 为原料 经 过酯化反应阶段和缩聚反应阶段生成聚对苯二甲酸乙二醇 PET PET 的生产过程主要由浆料配制工序 聚合工序 切粒包装工序 回收工序 聚合工序采用二级酯化釜 三级缩聚釜 三 设计内容 根据所给的工艺要求和其它数据资料 进行 PET 合成工艺设计 具体内容包括 1 确定 PTA 直接酯化缩聚连续操作的工艺流程 2 对连续聚合反应过程进行物料衡算 3 关键设备的选型 4 四 设计成果 1 编写设计说明书一份 2 绘制 PTA 直接酯化缩聚连续操作工艺流程图 物料流程图 3 绘制搅拌反应器 精馏塔结构示意图 4 绘制关键设备布置图 第二节第二节 产品方案产品方案 1 PET 的性质的性质 2 PET 的性能与用途的性能与用途 PET 的主要性能的主要性能 第二章第二章 生产方法与工艺流程生产方法与工艺流程 1 PET 的主要生产方法的主要生产方法 聚酯 PET 既可由对苯二甲酸二甲酯 DMT 与乙二醇 EG 反应制得 也可由对苯二 甲酸 PTA 与乙二醇反应制得 目前 世界各国 PET 生产采用的技术路线主要就是这两 种 称为 DMT 法 也称酯交换法 和 PTA 法 直接酯化法 1 酯交换法 酯交换法 DMT 法是采用对苯二甲酸二甲酯 DMT 与乙二醇 EG 进行酯交换 反应 然后缩聚成为 PET 早期生成的单体 PTA 纯度不高 又不易提纯 不能由直缩 法制得质量合格的 PET 因而将纯度不高的 TPA 先与甲醇反应生成对苯二甲酸二甲酯 DMT 后者易于提纯 再由高纯度的 DMT 99 9 与 EG 进行酯交换反应生成 BHET 随后缩聚成 PET 其反应如下 2CH3OH HOOCCOOHCH3O C O C O OCH3 2H2O CH3OC O C O OCH3 2HOCH2CH2OH BHET 2CH3OH 交 交 交 BHETPET 交 交 2 直接法 直接法 PTA 法采用高纯度的对苯二甲酸 PTA 或中纯度对苯二甲酸 MTA 与 乙二醇 EG 直接酯化 缩聚成聚酯 这种直接酯化法是自 1965 年阿莫科公司对粗对苯 5 二甲酸精制获得成功后发展起来 此后发展迅速 PET 生产也随之得到了很快的发展 采用 PTA 为原料 PET 聚酯聚合物的生产主要有以下两步反应 第一步是 PTA 与 EG 进行酯化反应 生成对苯二甲酸乙二酯 或称对苯二甲酸双羟乙酯 简称 BHET 第二步是 BHET 在催化剂作用下发生缩聚反应生成 PET 其反应如下 2HOCH2CH2OH HOOC COOH HOCH2CH2OC O C O OCH2CH2OH 2H2O nBHET HOCH2CH2OC O C O OCH2CH2OH n 1 HOCH2CH2OH 由于 PTA 法比 DMT 法优点更多 原料消耗低 EG 回收系统较小 不副产甲醇 生 产较安全 流程短 工程投资低 公用工程消耗及生产成本较低 反应速度平缓 生产 控制比较稳定 等 目前世界 PET 总生产能力中大多采用 PTA 法 3 环氧乙烷加成法 环氧乙烷加成法 因为乙二醇是由环氧乙烷制成的 若由环氧乙烷 EO 与 PTA 直接加成得到 BHET 再缩聚成 PET 这个方法称为环氧乙烷法 反应步骤如下 HOOCCOOH 2H2CCH2 O BHET PET 交 交交 交 交 PTA交 EO 此法可省去由 EO 制取乙二醇这一步骤 故成本低 且反应又快 优于直缩法 但 因 EO 易于开环生成聚醚 反应热大 约 100kJ mol EO 在常温下为气体且易热分解 运输及储存都比较困难 所以此法尚未大规模采用 2 合成树脂的主要原料 合成树脂的主要原料 1 PTA 对苯二甲酸 terphthalic acid 或 1 4 benzenedicar boxylic acid 即 TA 而 PTA 则是纯对苯二甲酸 purified terephthalic acid 的简称 分子式为 C8H6O4 结构式 为 HOOC C6H4 COOH 相对分子量为 166 133 生产对苯二甲酸的经典方法包括 Witten 法 既合并氧化 酯化法 亨格尔法亨格尔 Henkel 法和硝酸氧化法 目前 全球 PTA 的年产量已达 3000 万吨 其绝大部分用于生产聚对苯二甲酸乙二酯 PET 并进一步用来生产纤维 瓶片和薄膜等 PET 聚酯生产所需的原料都必须高纯 尤其是 生产相对分子质量大的聚合物对原料的纯度要求更高 一般要求 PTA 的纯度达到 99 96 质量分数 以上 PTA 的主要性能要求见表 1 表 1 精对苯二甲酸的主要指标 6 性能单位指标 纯度 酸值 对甲苯甲酸含量 4 羧基苯甲醛含量 湿度 金属含量 离子含量 灰分 质量 mg KOH g L L L L 质量 L L L L L L 99 96 675 60 100 5 10 0 1 6 7 1 2 10 2 EG 纤维级的乙二醇 最低纯度为 99 7 质量 二酐醇最大含量为 0 1 质量 这种规格也适用于生产相对分子质量更大的包装用树脂 工业上合成乙 二醇的方法有四种 氯乙醇水解法 二氯乙烷水解法 环氧乙烷水和法和甲醇 一氧化 碳合成法 表 2 为纤维级乙二醇的商品规格 表 2 纤维级乙二醇的商品规格 性能单位规格 乙二醇含量 二酐醇含量 沸点范围 相对密度 20 透射率 350nm 276nm 220nm 含水量 铁离子含量 乙酸含量 醛含量 外观 质量 质量 质量 L L 质量 L L 99 7 0 1 196 200 1 1150 1 1156 92 90 60 0 3 1 0 7 0 005 30 纯净透明的液体 3 添加剂 添加剂 在 BHET 缩聚中尚需加入各种添加剂 其作用及要求见表 3 表 3 各种添加剂的作用和要求 名称作用和要求代表 催化剂 稳定剂 消光剂 1 促进反应 要求活性高 2 对聚合物的热稳定性影响下 3 可溶于反应混合物 4 在酯交换或缩聚前加入 1 防止聚合物受热分解 2 酯交换后期或缩聚前加入 调节纤维的光泽 要求粒度细 分散性好 缩聚或纺丝前加入 三氧化二锑 0 03 DMT 醋酸锑 0 01 0 05 DMT 亚磷酸 磷酸二甲酯 磷 酸二苯酯 0 03 DMT 二氧化钛 0 3 1 DMT 催化剂催化剂 为了加速 BHET 的缩聚反应 常须加入催化剂 对催化剂的要求应力为 有较强的催化作用 不催化副反应及 PET 的热降解反应 能很好地溶解于 PET 中 且 不使 PET 着色 在 PTA 与 EG 直接酯化或酯交换中所用催化剂 如醋酸钴 钙 锌等化合物虽然对 8 BHET 的缩聚反应也有催化作用 但他们在高温下却能使 PET 加速热降解 自身又能被 产生的羧基抑制而 中毒 失去催化效用 经过大量的筛选和研究 至今找到的最合适的 BHET 缩聚催化剂是 Sb2O3 由动力学研究测知 Sb2O3的催化活性与反应中羟基的浓度 成反比 在缩聚反应的后期 PET 分子量上升 羟基浓度下降 使得 Sb2O3的催化活性 更为有效 Sb2O3的用量一般为 PTA 质量的 0 05 或 DMT 质量的 0 03 0 05 因 Sb2O3溶解性稍差 近年来有采用溶解性好的醋酸锑 或热降解作用小的锗化合 物 也有用钛化合物的 稳定剂稳定剂 为了防止 PET 在合成过程中和后加工熔融纺丝时发生热降解 包括热氧 降解 常加入一些稳定剂 工业上最常用的是磷酸三甲酯 TMP 亚磷酸三苯酯和磷 酸三苯酯 TPP 尤其是后者效果更佳 因为它还具有抗氧化作用 对稳定剂的作用有两种观点 一种认为是封锁端基的作用 防止 PET 降解 另一 种认为是稳定剂能与直接酯化过程中的催化剂金属醋酸盐相互结合 抑制了醋酸盐对 PET 热降解反应的催化作用 稳定剂用量越高 即 PET 中含磷量越高 其热稳定性也 越好 但是稳定剂可使缩聚反应的速度下降 在同样的反应时间下所得 PET 的分子量 较低 即对缩聚反应有迟缓作用 工业生产中必须考虑这个副作用 稳定剂用量一般为 PTA 的 1 25 质量 或 DMT 的 1 5 3 质量 消光剂消光剂 常为 TiO2 平均粒度 0 5 m 它可使全反射光变为无规则的漫射光 由此可以改进反光色调 并具有增白作用 其用量常为 PET 的 0 5 4 年产年产 11 万吨万吨 PET 的工艺流程的工艺流程 合成路线的选择合成路线的选择 PET 的生产方法主要有 DMT 法和 PTA 法 工艺流程又分间歇式和连续式两种 由于 PTA 法较 DMT 法有原料消耗低 反应时间短 EG 回收系统较小 不副产甲 醇 生产较安全 流程短 工程投资低 公用工程消耗及生产成本较低 反应速度平缓 生产控制比较稳定 等优点 而大规模生产线适合用连续生产工艺 半连续及间歇生产 9 工艺适合中 小型多种生产装置 因而本设计选用 PTA 法的连续生产工艺 具体流程 如下 1 原料的贮运 原料的贮运 外购的一吨袋装 PTA 运至原料仓库贮存 加料时 将 PTA 包装袋外部清理干净 由提升装置将 PTA 大包提升装入卸料斗 后经 PTA 振动筛进入加料斗 加料斗底部装 一流化元件 进入氮气使物料变为流化态 同时除去物料带入的空气 气体通过过滤器 排至大气 流化的 PTA 进入输送装置 由氮气压缩机出来的氮气将 PTA 密相输送至聚酯装置 内的 PTA 日料仓 供浆料配制用 2 催化剂 稳定剂的制备 催化剂 稳定剂的制备 将一定量的乙二醇 EG 和称量后的催化剂 Sb2O3加入到催化剂配制槽中 催化剂 配制槽配有搅拌器 加速催化剂的溶解 当催化剂溶液达到一定量时 在配制槽的夹套 内通入 11bar 绝压蒸汽 达到反应温度 160 后保持三个小时 后停蒸汽打开冷却水冷 却至 50 经化验合格后排至催化剂贮槽 再连续定量地加入到浆料混合槽中 在稳定剂配制槽中定量的加入 EG 再以人工的方式将固体的稳定剂定量的加入槽 中 经搅拌将其配制成均匀的稳定剂溶液 1 小时后取样分析合格后送入稳定剂贮槽 再用稳定剂输送泵经过滤器将稳定剂溶液连续定量地送往第二酯化反应釜中 3 消光剂的配制 消光剂的配制 经人工称量的消光剂 TiO2经过加料台和加料器进入消光剂配制槽中 再在配制槽 中加入定量的 EG TiO2经搅拌器的作用均匀的分散在 EG 中 通过 TiO2喂料泵将分散 液送入 TiO2研磨机中 进一步研磨分散后进入 TiO2贮槽 经过搅拌后进入 TiO2稀释槽 同时定量的加入 EG 经搅拌 稀释配制成稀浓度的 TiO2分散液 再通过离心机喂料泵 把分散液送入 TiO2离心机 在离心机的作用下 大颗粒的 TiO2粒子被 EG 冲洗下来回 到配制槽中 合格的分散液进入带有搅拌器的 TiO2中间槽中 并在槽中再次加入 EG 经搅拌制得符合工艺要求的 TiO2悬浮液 再送入悬浮槽中 搅拌后用 TiO2计量泵 经 过滤器定量地送入第二酯化反应器中 4 浆料混合 浆料混合 进入 PTA 日料仓的 PTA 物料 从日料仓底部进入 PTA 计量称称量后连续地投入浆 料的混合槽 同时从 EG 贮槽送来的 EG 和从催化剂输送泵送来的催化剂溶液 也连续 定量地进入混合槽内 在混合槽搅拌器的作用下混合调制成均匀的浆料 5 酯化 酯化 酯化工序有两台串联的酯化反应器 每台反应器均设有搅拌器及热媒加热夹套 在 其顶部分别设有工艺塔 PTA EG 浆料 由浆料泵连续定量地送入第一酯化反应器中 在搅拌器的作用下与 10 反应器中原有的酯化物完全混合 PTA EG 浆料在反应器中进行酯化反应 酯化反应生 产的水 以蒸汽的形式从反应器的顶部排出 同时携带部分的蒸汽 水蒸气和 EG 蒸汽 在工艺塔中得到的馏分 分馏出来的 EG 返回到反应器内 水蒸气从塔顶馏出 一部分 蒸汽去真空系统做工作蒸汽 另一部分经过冷凝器冷凝 变成液体进入回流罐 其中一 部分作为工艺塔塔顶回流液 另一部分液体排入污水管 在第二酯化反应器中 酯化反应继续进行 同时定量的加入已配制好的消光剂和稳 定剂 酯化反应生成水和一部分 EG 蒸汽从反应器顶部蒸出 在工艺塔中分馏 分馏出 来的 EG 送至 EG 混合罐中 塔顶蒸汽经冷凝器冷凝后进入回流罐 从第二酯化反应器底部排出的酯化物 由输送泵经过过滤器送往第一缩聚反应器 6 缩聚 缩聚 缩聚区设有三台缩聚反应器 分别在不同的真空状态下操作 每台反应器均设有热 媒加热装置和 EG 喷淋系统 酯化物进入缩聚反应器后在真空的条件下进一步分离出 EG 并在较高的反应器温 度下逐步进入缩聚反应 三台缩聚反应器的反应温度逐步提高 而反应器的压力逐步降 低 即在最终的缩聚反应器中 达到最高反应温度和最高真空度 在第一缩聚反应器中 大部分的 EG 从反应器的顶部蒸出 在喷淋的冷凝器中被循 环的 EG 喷淋冷凝而进入 EG 冷凝液收集器中 在此 EG 继续蒸出 被喷淋冷凝器收集 而物料经一定时间停留后进入最终缩聚反应器中 通过调整温度 真空度和停留时间来 进一步控制 调节聚合物的最终粘度 三台缩聚反应器均设有液位控制 分别保证物料在反应器中的停留时间 有利于产 品质量的稳定 最终聚合物熔体从反应器的底部出料 经熔体输送泵 过滤器 熔体分 配管分别送往切片生产 直接纺长丝车间 三台缩聚反应器共用一套真空装置及喷淋冷凝系统 此系统包括水处理装置 喷淋 水输送泵 喷林水过滤器 冷却塔 真空密封管 冷却塔密封水加料泵 喷射机组的工 作蒸汽来自酯化过程产生的工艺蒸汽 这样既可以节约热能 降低冷却水用量并能减少 污水量 7 切片生产 切片生产 从熔体输送泵送来的 PET 熔体 进入铸带头 在铸带头中熔体被分配到一排铸带 喷丝孔中 从喷丝孔出来的 PET 熔体铸带 靠重力自动流入水下切粒机的导流板 并 完全浸没在约 25 的脱盐水中 在水中铸带的表面逐渐冷却凝固 铸带被送至水下切粒 机 切成一定规格的切片 5 物料发生的物理与化学变化物料发生的物理与化学变化 写出主 副反应方程式写出主 副反应方程式 化学变化化学变化 在 PET 合成过程中每一个反应器中都发生着同样的化学反应 只是 11 各反应器中各化学反应进行的程度不同 主要反应方程式 酯化反应 esterification COOH HOCH2CH2OHCOOH2CH2OH H2O 酯化缩聚反应 polycondensation by esterification COOH HOCH2CH2OH COOH2CH2OOC H2O 缩聚反应 polycondensation 2COCH2CH2OHCOCH2CH2OOC HOCH2CH2OH 在酯化反应釜中 以酯化反应与酯化缩聚反应为主 在缩聚釜中 以酯化缩聚与缩 聚反应为主 在此不考虑副反应 业不对副反应进行物料衡算 为了描述各反应进行的 程度特做如下定义 酯化率 x 参加反应 PTA mol PTA 初始 mol PTA 初始 mol PTA 残留 mol PTA 初始 mol NTO NT NTO 缩聚反应程度 p 生成 PET 链节 mol PAT 初始 mol NP NTO 乙二醇与 PTA 摩尔比 Mr NP NTO 平均聚合度 Xn 1 1 p 物理化学变化 相变化 物理化学变化 相变化 在各酯化釜中 由于反应温度高 高于水和 EG 的沸 点 酯化生成的水被蒸出反应体系 由于气液平衡关系 所以反应液中仍含有少量的水 水在蒸出的同时 按气液平衡关系夹带出一定比例的 EG 为了保持酯化反应的原料配 比 蒸出的 EG 经分离后全部返回到反应器中 所以各酯化反应器中 Mr Mr0 在缩聚反应釜中 为了使缩聚反应向生成聚合物的方向移动 需尽量降低反应液中 EG 的含量 所以缩聚阶段特别是在反应后期 需在高真空的条件下进行 各缩聚釜中 生成的 EG 大部分被蒸出 使 Mr Mr0 但由于气液平衡关系的存在 反应液蒸仍有少量 的 EG 第三章第三章 工艺计算工艺计算 12 第一节第一节 物料衡算物料衡算 1 物料平衡关系示意图物料平衡关系示意图 完整的 PTA 直接酯化缩聚连续操作工序的物料衡算过程 比较复杂 在此对流经反应器的物流进行物料衡算 流经反应器物料平衡关系简图如下 101 0 101 1 102 1 201 1 202 1 203 1 R101 R102 R201 R202 R203 图 1 PTA 直接酯化缩聚连续操作主反应器物料平衡关系示意图 101 0 浆料 101 1 102 1 酯化产物 201 1 202 1 预缩聚物 203 1 PET 熔体 101 2 102 2 201 2 202 2 203 2 上升蒸汽 101 3 102 3 回流 EG 003 1 消光 剂 2 收集的数据资料收集的数据资料 生产规模 年产量 生产能力 11 万吨 a 生产时间 年工作日 300d a 24h d 相关技术指标 工艺配方 催化剂用量 c 0 05 质量 PTA 消光剂用量 d 0 5 质量 PAT 配制成 20 EG 混合浆液 投料配比 Mr0 NE0 NT0 1 12 切粒 包装工序物料损失率 e 0 5 化学变化及物理变化的变化关系 化学物名称 对苯二甲酸 乙二醇 水 PET 链节 聚合物 相对分子质量符合 MT MEG MW MP MPET 相对分子质量 166 62 18 162 19454 由于各反应器中发生的主要化学反应相同 但反应进行的程度 x p 不同 所以 各反应器中物质组成变化的计量关系是相同的 分别如下 各反应器反应液中聚合物数量 N T 0 M T 2 x p M E G 2 x M W 各反应器反应液中乙二醇数量 N T 0 M r 2 x p M E G 酯化反应生成水数量 2 N T 0 x M W 各酯化釜中水 EG 的汽化量和反应液中残留量由表 15 中参数计算 203 2 202 2 102 2 102 3 201 2 003 1 101 3 101 2 13 各缩聚釜蒸出 EG 数量 N T 0 M r M E G 表 4 各反应器工艺控制参数及相关的气液平衡数据 反应器位号R101R102R201R202R300 x p M r X n 输出低聚物 质量 H2O 汽化 质量 汽相 EG 摩尔 0 89 0 75 1 12 4 0 0 97 36 75 0 97 0 87 1 12 7 6923 0 90 39 37 0 99 0 96 1 05 25 0 0 1 a 1 0 984 1 026 62 5 0 05 b 1 0 9901 1 0099 101 0 0 3 计算的基准 单位 顺序计算的基准 单位 顺序 因为是连续操作过程 所以计算基准选时间 计算单 位定为 kg h 虽然整个工艺过程比较复杂 但可以得到产品产量与主要原料 P T A 投料量之 间的比例关系 所以采用顺流程的计算顺序 4 主要原料 主要原料 P T A 投料流量 投料流量 PET 熔体流量与 PTA 理论投料流量 W T 的关 系 TTTT Tn PET WWWdcW Mx M 0055 0 166101 19454 熔体流量 hkgWT 1658 1 hkg ba W PTA T 85905 0 1658 1 9995 0 999 0 1 1 熔体流量 熔体流量 实际投料流量 该生产装置年产量 11 万吨 年开工 300d 连续生产 切粒 包装工序物料损失率 0 5 hkgPET 55 15354 005 0 124300 1011 7 熔体流量 PTA 投料质量流量 W T0 15354 55 0 85905 13190 33kg h PTA 投料摩尔流量 N T0 13190 33 166 79 4598kmol h 14 5 顺流程逐个设备的计算顺流程逐个设备的计算 R101 物料衡算物料衡算 101 1 PTA 13190 33kg h EG N T0 M r0 M EG N T0 1 12 62 5517 69kg h 催化剂 W T0 0 05 13190 33 0 05 6 60kg h 合计 13190 33 5517 69 6 60 18714 62kg h 101 2 H 2O 2N T0 x M W 0 97 2 N T0 0 89 18 0 97 2469 52kg h 酯化反应 生成的水有 97 被汽化 hkgEG 29 4942 18 62 3675 0 1 3675 0 52 2469 气相中 EG 摩尔分率为 0 3675 合计 2469 52 4942 29 7411 81kg h 101 3 EG 4942 29 kg h 蒸出的乙二醇经分离后全部返回到反应器 R101 中 且无其 他组分 101 1 催化剂 6 60 kg h H 2O 2469 52 0 03 0 97 76 38kg h EG N T0 M r 2x p M EG N T0 1 12 2 0 89 0 75 62 443 39 h 聚合物 N T0 M T 2x p M EG 2 x M W N T0 166 2 0 89 0 75 62 2 0 89 18 15718 74 kg h 合计 6 60 76 38 443 39 15718 74 16245 11kg h R101 物料衡算验算 总进料量 18746 62 4942 29 23656 91kg h 总出料量 16245 11 7411 81 23656 92 kg h R102 物料衡算物料衡算 102 2 H 2O 2 N T0 x 18 76 38 0 9 2 N T0 0 97 0 89 18 76 38 0 9 274 70kg h R102 中生成水加上 R101 中残留水的 90 被蒸出 hkgEG 41 614 18 62 3937 0 1 3937 0 70 274 合计 274 70 614 41 889 11 kg h 1 010101 1 101 3101 2 R101 15 102 3 EG 614 41kg h 102 1 催化剂 6 60 kg h H 2O 274 70 0 1 0 9 30 52kg h EG N T0 M r 2x p M EG N T0 1 12 2 0 97 0 87 62 246 33kg h 聚合物 N T0 M T 2x p M EG 2x M W N T0 166 2 0 97 0 87 62 2 0 97 18 15686 95 kg h 合计 6 60 30 52 246 33 15686 95 15970 40 kg h R201 物料衡算物料衡算 在 R201 中加入消光剂 EG 溶液 003 1 由于抽真空会有少量聚合物被夹带出 使 201 1 中的 N T0减少为 N T0 同时夹带出极少量的消光剂及催化剂 003 1 20 消光剂 EG 混合浆液 消光剂 W T 0 005 65 95 kg h EG 65 95 0 8 0 2 263 80kg h 合计 65 95 263 80 329 75 kg h 201 1 N T0 0 999 N T0 79 3803 kmol h 由于抽真空带出低聚物引起 消光剂 65 95 0 999 65 88 kg h 催化剂 6 60 0 999 6 59 kg h EG N T0 M r 2x p M EG N T0 1 05 2 0 99 0 96 62 147 65 kg h 聚合物 N T0 MT 2x p M EG 2xM W N T0 166 2 0 99 0 96 62 2 0 99 18 15368 03kg h 合计 65 88 147 65 15368 03 6 59 15588 15 kg h 201 2 消光剂 65 95 0 001 0 07kg h 催化剂 6 60 0 001 0 01 kg h H 2O 2 N T0 x 18 30 52 2 N T0 0 99 0 97 18 30 52 87 73 kg h R201 中生成的水加上 R102 中残留的水全部被蒸出 16 EG N T0 M r M EG 263 80 N T0 1 12 1 05 62 263 80 608 66kg h 随消光剂带入的乙二醇全部被蒸出 聚合物 15368 03 0 001 0 999 15 38kg h 抽真空带出低聚物的数量 合计 0 07 0 01 87 73 608 66 15 38 711 85 kg h R201 物料平衡验算 总进料量 15970 40 329 75 16300 15 kg h 总出料量 15588 15 711 85 16300 00 kg h R202 物料衡算物料衡算 在 R202 中由于抽空气会有少量聚合物被夹带出 使 201 1 中的 N T0 减少为 N T0 同时夹带出极少量的消光剂及催化剂 202 1 N T0 0 9995 N T0 79 3406kg h 由于抽真空带出低聚物引起 消光剂 65 88 0 9995 65 85 kg h 催化剂 6 59 0 9995 6 59kg h EG N T0 M r 2x p M EG N T0 1 026 2 0 984 62 49 19 kg h 聚合物 N T0 MT 2x p M EG 2xM W N T0 166 2 0 984 62 2 18 15312 10 kg h 合计 65 85 6 59 49 19 15312 10 15433 73 kg h 202 2 消光剂 65 88 0 0005 0 03 kg h 催化剂 6 59 0 0005 0 00 kg h H 2O 2 N T0 x 18 2 N T0 1 0 99 18 28 58kg h 聚合物 15312 10 0 0005 0 9995 7 66kg h EG N T0 M r M EG N T0 1 05 1 026 62 118 12 kg h 合计 0 03 28 58 7 66 118 12 154 39 kg h R202 物料平衡验算 总进料量 15588 15kg h 总出料量 15433 73 154 39 15588 12kg h R203 物料衡算物料衡算 203 1 消光剂 65 85kg h 催化剂 6 59 kg h EG N T0 M r 2x p M EG 0 kg h 聚合物 N T0 MT 2x p M EG 2xM W N T0 166 2 0 9901 62 2 18 15282 09 kg h 合计 65 85 6 59 15282 09 15354 53 kg h 17 203 2 EG N T0 M r 62 N T0 1 026 1 0099 62 79 20 kg h R203 物料平衡验算 总进料量 15433 73 kg h 总出料量 15354 53 79 20 15433 73kg h 计算出的 203 1 的数量与开始计算时求出的 PET 熔体的流量相同 说明物料衡算的整个过程是正确的 7 6 物料平衡表 物料平衡表 见表 5 表 5 PAT 直接酯化缩聚连续操作物料平衡表 单位 kg h 物流代 号 PTAEGW催化剂消光剂聚合物合计 101 0 101 1 101 2 101 3 102 1 102 2 102 3 201 1 201 2 003 1 202 1 202 2 203 1 203 2 13190 335517 69 443 39 4942 29 4942 29 246 33 614 41 614 41 147 65 608 66 263 80 49 19 118 12 79 20 76 38 2469 52 30 52 274 70 87 73 28 58 6 60 6 60 6 60 6 59 0 01 6 59 6 59 65 88 0 07 65 95 65 85 0 03 65 85 15718 74 15686 95 15368 03 15 38 15312 10 7 66 15282 09 18714 62 16245 11 7411 81 4942 29 15970 40 889 11 614 41 15588 15 711 85 329 75 15433 73 154 39 15354 53 79 20 第二节第二节 能量衡算能量衡算 1 主要物性参数 由相关资料查得以下数据 H EG 25 454 92KJ mol H PTA 25 781 906KJ mol H PET 25 209 2KJ mol 18 H 水 25 241 818KJ mol CP 水 33 577 J mol CP PET 261 1J mol CP EG 3 7KJ mol 反应热 酯化 32 89KJ mol 缩聚 8 36KJ mol EG 汽化潜热 740 22KJ Kg 2 基本公式 Q H出 H进 Q WCP T H H2 H1 CP T 汽化热 H汽 T沸 88 J mol 8 3 主要反应条件见表 11 表 6 PET 生产主要反应条件 名称混合釜酯化一釜酯化二釜前缩聚釜中缩聚釜后缩聚釜 T t h P 105Pa 30 40 0 75 1 250 260 1 5 2 0 15 2 0 255 260 1 75 265 275 1 1 5 0 5 0 8 275 280 0 8 1 0 05 0 08 280 285 1 1 3 0 01 0 02 4 主要计算过程 根据物料平衡关系示意图 忽略催化剂 消光剂的影响 将 EG 投入浆料罐时 取 室温为 25 参考表 17 的工艺条件参数 101 0 进料 EG 带入的能量 HEG 25 H EG 25 NT0 EG 454 92KJ mol 5517 69kg h 62kg kmol 40485605 40 KJ h 式中 NT0 EG EG 的进料摩尔流量 进料 PTA 带入的能量 HPTA 25 H PTA 25 NT0 PTA 781 906KJ mol 79 4598Kmol h 19 62130094 38 KJ h 式中 NT0 PTA PTA 的进料摩尔流量 合计 40485605 40 62130094 38 102615699 78KJ h 101 2 取第一酯化反应釜的温度为 250 上升水蒸汽的质量流量为 2469 52KJ h 上升 EG 蒸汽的质量流量为 4942 29KJ h 则 H水 250 H CP T N 241 818 33 577 10 3 250 25 2469 52 103 18 32139866 44kJ h H汽 水 88 10 3 273 100 2469 52 103 18 4503306 92 KJ h 反应热 酯化 13190 33 1000 166 0 89 32 89 2325955 78 KJ h 缩聚 13190 33 1000 166 0 75 8 36 498213 07KJ h 合计 32139866 44 4503306 92 2325955 78 498213 07 25808816 81KJ h 102 2 取第二酯化釜的温度为 260 上升水蒸汽的质量流量为 274 70 Kg h 上升 EG 蒸汽的质量流量为 614 41KJ h 则 H水 260 H CP T N 241 818 33 577 10 3 260 25 274 70 103 18 3569992 12 KJ h H汽 水 88 10 3 273 100 274 70 103 18 500930 71KJ h 反应热 酯化 13190 33 1000 166 0 97 0 89 32 89 209074 68 KJ h 缩聚 13190 33 1000 166 0 87 0 75 8 36 7971