聚酯生产工艺介绍

聚酯生产工艺介绍 聚酯装置生产的特点 1 聚酯生产按其生产特点归于化工生产 具有如下特点 高温 从酯化反应到缩聚反应温度从260度 280度 2 高压 高真空操作 酯化反应为徽正压 缩聚反应为高真空 此外 熔体在管道中的压力最高可达到200公斤 3 原 辅材料易燃易爆 聚酯生产的主原料PTA为白色粉末 当空气中达到一定质量时 易发生爆炸 燃烧 EG蒸汽 热媒等都是容易发生爆炸的危险品 故生产区内严禁烟火 4 全自动化生产 采用先进的DCS系统控制 对操作人员的素质要求高 单线的生产能力大 我公司的聚酯生产线设计日生产能力为600吨 天 为当时国内生产能力最大 因而操作的责任巨大 如有操作失误 损失巨大 5 测试仪表多 种类繁多 并使用放射性元素做测源 6 管道复杂 聚酯合成的知识 1 在工业上聚酯的合成主要有 以PTA和EG为原料的直接酯化法 及以DMT和EG为原料的酯化交换法 PTA EG法和DMT EG法比较有以下优点 PTA比DMT便宜 且生产的单耗少 PTA法生产中无甲醇析出 减少了甲醇的回收 流程 并节省投资 由于不存在甲醇 可降低消防等级 PTA法中 浆料配比EG含量较DMT法少 并能精减EG的回收工序 减少投资 并且回收的EG可直接回用 节省EG的单耗 所以 在新建的聚酯工程全面采用PTA EG法 DTM EG法工艺路线已被淘汰 2 直接酯化聚酯合成的原理 副反应醚建的形成 主要在酯化阶段形成 占总量的70 80 分为羟基醚化 EG的自醚化 BHET的自醚化 酯和醇的交换 形成的小分子醚化物 3 环聚体的形成 低分子量的环聚体影响PET的加工制品的性能 主要在缩聚反应后期的高温高真空中形成 其结构为含醚键的二聚体 四聚体 4 降解 分为热降解和热氧降解 两者均导致熔体粘度的下降 端羟基增高 色相变黄 B值升高 酯化 缩聚的化学平衡 酯化反应为微放热反应 升高温度 会使反应向逆向反应方向进行 但升高温度可加快反应速度 根据平衡反应理论 将生成物不断从反应体系中排除可促进正反应 升高温度有利于生成物水的蒸发 加速从反应体系中排除 从而可一步促进正反应 缩聚反应为吸热反应 提高反应温度可促进正反应的进行 还可加快反应速度 降低压力 有利于小分子的逸出促进反应的进行 聚酯生产的方式及选择 聚酯生产方式分为 间歇式 半连续和连续式生产 1 间歇式生产具有生产灵活 生产品种多 品种变换容易 设备 操作方便等优点 但质量不够稳定 批与批之间存在质量差异且生产单耗较高 2 半连续式介于二者之间 3 连续式生产 生产能力大 产品质量稳定 设备的生产效率高 原料消耗低 在生产中 反应器连续进出料 理论上其中的任何一点的状态都不随时间变化 但对设备的可靠性要求高 某一点出问题都会影响产品质量 故出现故障要及时处理 对管理要求高 品种变化比较困难 连续式生产的不同流程的特点 我国自80年代起 自世界各国引进了多条聚酯生产线 获得大规模推广的有美国杜邦 瑞士伊文达 德国吉玛三家公司的工艺技术 在90年代末 中纺院在消化吸收吉玛技术的基础上推出了我国自已的聚酯生产技术 首套国产聚酯装置在江苏仪征化纤 这些生产技术均为PTA RG法 本聚酯工程即采用了中纺院开发的四釜流程工艺路线 其特点 1 采用四釜流程 两端酯化 两端缩聚 单线生产能力大 有较大的生产弹性 在50 120 生产范围内调整不影响产品质量 2 物料在反应釜中的停留时间长 反应温度较低 反应温和 操作稳定 产品的DEG含量较低 质量较好 3 采用乙二醇全部回收 循环使用 降低原料单耗 4 采用乙二醇锑作催化剂 可减少DEG的生成 并不用添加稳定剂 减少了杂质 5 工艺塔为特殊的浮阀塔 结构简单 EG的精馏效果好 效率高 6 真空系统 预缩和终缩共用一套 减少占地 减少投资 采用刮板冷凝器 解决真空易堵问题 使用EG蒸汽做真空系统的喷射动力 EG可循环使用 减少EG精制工作量 并减少了污水排放量 7 使用DCS控制系统实现全自动化的生产调节 控制精度高生产稳定 产品质量好 中纺院四釜流程的工艺概述 聚酯装置 浆料制制备 第一 二酯化 预缩聚 终缩聚 切片生产 输送 包装 尾气淋洗 催化剂备 消光剂制备等 辅助装置 热媒炉 过滤器清洗 化验室 公用工程 生产能力 品种及质量指标 产能 600吨 天 20万吨 年 品种 半消光纤维级聚酯熔体和切片 质量指标 特性粘度 0 62 0 66M 0 005dl gM 一般为0 64 端羧基 27mol t二甘醇 M 0 005wt M一般为1 0 1 2熔点 260 凝聚粒子 5 10um 0 4N mg 10um0N mg色相L值 88APHAB值 4 2APHA装置特点 一头二尾 酯化为一套 自缩聚开始为二套 可确保设计达标 减少生产风险 直接纺丝 可省去多道式序 节约生产成本 且熔体不与外界接触 保证无杂质 连续化大生产 这要求设备可靠性好 对故障的处理要及时 加强专业管理 及较高的操作素质 自动化程度高 操作弹性大 可在50 120 间调整产能 而不影响质量 节能 乙二醇蒸汽作真空喷射动力 减少了乙二醇的回收工作 三废少 工艺流程说明 1 催化剂配制 催化剂配制为间歇操作 每次必须把满桶料投尽 以防开包后的催化剂变质在空气中水解 配制时 按2 0wt 的配制浓度设定EG用量 在催化剂配制槽中 先通过质量流量计加入一定量的EG 启动搅拌器 用0 3MPA的蒸汽加热 再加入催化剂 在60度上混合搅拌0 5 1小时 化验合格后下放催化剂供料槽 再由催化剂供料泵供系统使用 2 消光剂配制 消光剂的配制为间歇操作 将二氧化钛放在喂入装置22M01的平台上 剪去封口 将二氧化钛缓慢 均匀地加入到配制槽22M01中 配制时 先按50 浓度计算向22TA01计量加入EG 启动搅拌器 加入二氧化钛 搅拌混合1小时 配制成50 的二氧化钛悬浮液 然后用二氧化钛研磨机 经循环槽进行研磨 经二次研磨的二氧化钛悬浮液再加入到稀释槽 计量补加新鲜EG 搅拌稀释到10wt 经过离心机22G01除去未分散开的二氧化钛大颗粒后 进入中间槽22TA04静置2小时消除静电 化验合格后用氮气 压缩空气 压送通过过滤器22F01至供料槽22TA05 由二氧化钛计量泵22P02 1 2供生产线使用 3 浆料配制 PTA由人工介入到PTA日料仓11H01 1 2中 经称量设备11M01进行连续称量 称量计依靠螺杆进料器和星形给料器进料 通过离心称量盘来计量PTA的加入量 使PTA粉料连续 均匀的加入浆料配制槽11TA01中 同时已配制好的催化剂溶液和循环使用的回用EG分别按一定的比例一同喷淋加入到11TA01中 在搅拌器11A01的搅拌下 使PTA和EG充分混合均匀 摩尔比为EG PTA 1 08 此过程为连续进行的 浆料在配制槽的停留时间约为2 3小时 配制好的浆料用各开50 的浆料泵11P01送入第一酯化反应釜12R01 泵的转速可由12RO1的液位控制器进行自动调节 在浆料输送管道上由一个质量流量计和密度计 可连续记录和指示浆料的流量和密度 来监控EG PTA的摩尔比是否正确 4 酯化 来自浆料配制槽11TAO1的PTA浆料由第一酯化反应器12R01顶部进入 通过搅拌器12A01混合和热媒盘管进行循环加热 在260 262度下进行酯化反应 停留时间约为200分钟 反应的物料由第一酯化反应器的底部自重及位差从侧面进入第二酯化反应器13RO1的外室 依靠搅拌器13AO1搅拌和热媒盘管进行循环加热 物料由外室流入内室 在263度下继续进行酯化反应 反应时间为90分钟 已配制好的10wt 二氧化钛悬浮液通过螺杆泵22P02定量地从第二酯化反应器顶部加入到反应器中 第二酯化反应器底部出口作特殊设计 使反应器内物料不产生任何死角 反应的酯化产物由反应器底部排出分别送到预缩聚反应器15 25RO1 第一酯化反应器内生成的水和蒸发的乙二醇通过压力控制器PRC12013调节一定流量从反应器上部管道排出与第二酯化反应器内生成的水及蒸发的乙二醇一起进入工艺塔13C01中 混合蒸汽压力为0 11MPA 绝压 由于工艺塔内釜液的液面稍高于混合蒸汽入口 因此蒸汽中夹带的少量PTA 齐聚物等被溶解在塔釜液乙二醇中 混合蒸汽经过16块塔板粗精馏 塔顶馏出物主要是水 占98 48 其他为乙二醇 乙醛等 经塔顶冷凝器13E01冷凝和回流罐13TO1部分回流 回流比1 1 2其余废水冷至排放充许温度后 送污水处理站处理 冷凝器13E01中未凝尾气去尾气轻淋洗塔24CO1进行吸收后排入污水系统 工艺塔第一块塔板下有一特殊喷嘴 用循环乙二醇既可以冲洗第一块塔板 也可以喷淋冷却混合蒸汽 除去蒸汽中的夹带物 第3 8 11块塔板上分别装有温度指示计 经计算与回流液的流量计算联锁 控制回流量以维持塔的正常操作温度 工艺塔釜液含乙二醇99 04 由塔底出料泵13PO2 一部分送第一和第二酯化反应器 分别由流量计自动控制 使第一酯化反应器中的EG PTA的摩尔比约为1 65 剩余部分送至乙二醇收集罐17TO3该排出量由塔底液面控制器调节 工艺塔 酯化反应器的加热盘管及酯化产物夹套均由二次回路的液相热媒蒸发器提供的蒸汽加热 5 预缩聚 来自第二酯化反应器13RO1的酯化产物凭借压力差进入预缩聚反应器15 25RO1上室 通过热媒盘管进行加热 然后再从上室流入反应器下室 使酯化物料在272 条件下进行预缩聚反应 反应时间为100分钟 由于预缩聚反应器的反应是在真空条件下进行的 受压力差的影响 物料进入反应器上室后沸腾状态 因此不需搅拌 靠物料自身沸腾进行混合 从而使反应均匀进行 当物料进入器下室后 在搅拌器下继续进行反应和EG蒸汽需要加热 因此预缩聚反应器内 外室均设有热媒盘管加热 反应器内酯化 缩聚两种反应同时进行 汽化的乙二醇不断被真空系统抽走 管道中设有压力指示及高压报警装置 以保证反应在1 2KPA绝压条件下进行 抽出的乙二醇蒸汽首先进入刮板冷凝器15 25E01 入口处有刮板式搅拌器 以清除掉聚集在入口处结块的齐聚物 进入冷凝器的乙二醇蒸汽用40度的乙二醇液体进行喷淋冷却后一起流入乙二醇液封槽15 25TO1中 通过罐内的粗滤见网溢流和乙二醇循环泵入口的过滤器滤去刮下来的齐聚物残渣 大部分块状固体被粗滤网挡住沉积在液封罐套简底部 定期放掉残渣 过滤后的乙二醇循环泵15 25P03经乙二醇冷却器15 25E03冷却至40度 在喷淋系统中循环使用 多余的乙二醇送到乙二醇收集槽13TO2中 多余乙二醇的排放管道装有控制阀与喷淋系统的底流量报警和液封罐的液位控制 液位报警进行联锁 以保证喷淋系统的乙二醇喷淋量及液封罐的液位保持恒定 进入刮板冷凝器15 25EO1中的未凝气体 通过真空系统抽走 由于预缩聚反应器中的物料是在较高的真空2000PA条件下进行反应的 因此采用乙二醇蒸汽喷射器17 27JO1使反应器内产生真空 预聚合物经预聚合物供料泵16 26P01出料 出料泵的转速是由预聚物输送管道的高压报警装置及终缩聚反应器17 27RO1的液位 熔体出料泵的转速进行联锁控制的 预聚合物经特殊设计的三通阀进入预聚合物过滤器16 26FO1进行过滤 过滤器为双联结构 两个滤室互为备用 预缩聚反应器的加热盘管和预聚物夹