PET生产车间设计

1、PET生产车间设计院系：材料学院专业：高分子材料科学与工程设计人：设计时间：2010.11.292010.12.10哈尔滨理工大学设计说明书1要求：设计PET生产车间2目的：（1）了解PET制备原理（2）掌握生产PET主要设备（3）掌握生产PET工艺过程3设计内容：车间生产量为50吨天，年产1.5万吨聚酯。PET行业发展现状PET（聚对苯二甲酸乙二酯）具有良好的成纤性、力学性能、耐磨性、抗蠕变性、低吸水性以及电绝缘性能。PET主要产品有纤维、瓶类、薄膜。目前聚酯生产厂有110家以上，其中小聚酯（指采用间隙法生产工艺的装置）企业有近70家，为大聚酯企业总数的2倍多，而产能约占全国总生产能力的32

2、%。我国现在最大的聚酯生产企业是中石化仪征化纤股份公司，总年产能力达到120万吨，已成为世界十大聚酯生产企业之一。除仪征化纤外，我国聚酯大型企业还有辽阳石油化纤公司、上海石化股份有限公司、天津石油化工公司、翔鹭涤纶纺纤（厦门）有限公司。上述5大企业的生产能力约占全国总产能的1/3。企业生产集约化程度不高。装置规模小，生产效率低，生产成本高，缺乏竞争力。企业单线规模除仪化、龙涤、开平和翔鹭等具有单线300400吨/天能力外，绝大部分为100吨/天、200吨/天能力。在整厂规模上，除仪化、上化、辽化及翔鹭具备20万吨/年以上能力外，大部分在6万吨/年左右和以下。到2009年底，我国聚酯能力已达到2

3、300万吨年，占世界总能力的37%。2010年1-10月我国累计生产聚酯8749438吨，比去年同期增长0.2%。IndoramaPublicCo.Ltd.公司在全球PET市场上展开重磅收购，公司在10年11月12日宣布，以4.2亿美元收购了英威达公司在美国南卡罗来纳州Spartanburg和墨西哥Queretaro的PET树脂与纤维工厂。此外，Indorama公司还将收购广东信达化纤有限公司建在广东开平的一座PET树脂、纤维和纱线生产厂，开始进军中国市场。Indorama公司年总产能超过了30亿磅（约合140万吨），现在Indorama已成为全球最大的PET生产商，截至9月30日的财季的净利

4、润比上年同期增长4倍，达到29.3亿泰铢（9824万美元）。生产消费现状和预测全球聚酯总产量如下表：年份200420052006200720082009产量（百万吨）363840434750由于原油价格持续上涨，全球PET市场价格继续维持上涨趋势。在中国，国内PET生产商上调了11月份基准价100-200元人民币/吨FD中国（出厂价）。同时，出口市场价格也在上涨,PET报价上涨了10-50美元/吨。生产商表示主要因为上游成本较高。在釜山FOB韩国出口报价由稳定转向走强，总体价格上升10美元/吨。在上游市场，现货PTA价格上升了55美元/吨，乙二醇价格上涨了50美元/吨。而PX报价较前一周下跌了

5、25美元/吨CFR亚洲。市场人士表示，原油价格上涨，PTA产能停工以及聚酯需求强劲等的综合因素推动了原料成本较高。欧洲市场方面，11月PX合同结算价上涨了175美元/吨FDNEW,因为受亚洲市场价格上涨带动。同时，现货PX报价较上周上涨35美元/吨FOBNWE。11月PET合同结算价上涨90欧元/吨（128美元/吨）。在美国，PET生产商继续保持11月价格强势，部分厂家宣布提价154-198美元/吨。国内每吨产品加工成本高于韩国和台湾企业30美元左右，直接原料成本的平均水平每吨高出100美元以上。亚洲和欧洲这两个地区的PET聚酯需求总量都超过美洲。美国和加拿大PET树脂消费量超过230万吨/年

6、,为7.5千克/人年，日本、西欧和墨西哥人均消费为5千克/人年。据预测，今后2年内，全球需求年增长率为6%，每年将新增近100万吨需求量。到2011年，亚洲的PET市场需求预测将从2009年的410万吨快速增长到2012年的580万吨，但同时产能过剩也将快速增长，这使得亚洲将成为全球主要的PET出口地区。国民经济今后仍将保持快速增长到2020年，我国将全面建成小康社会,GDP持续增长其次,我国是人口大国,纺织服装等劳动密集型企业的人工成本比较优势将会在较长时期内维持，另外,石油化工今后仍将是我国重点发展的支柱产业,这将为聚酯工业发展提供重要保障3.设计依据：一、产品的选择随着中国经济的迅速发展

7、，国内对聚酯消费量迅速增长，聚酯工业的生产中心已转向亚洲，我国的聚酯产业迎来新的发展阶段。聚酯产业结构不断调整，产品日益多样化，广泛应用于包装业、电子电器、医疗卫生、建筑、汽车等领域，聚酯今后在市场中将占有越来越重要的地位。本车间选择生产PET，主要是因为它的市场需求大，而且随着技术的进步，生产高性能的产品能获得较大的经济效益。二、年产量的确定目前我国的聚酯工业呈现宏观好、微观差的局面。国内聚酯原料市场进口的依存度很高。聚酯重要原料PTA、EG供应不足，每年有1/3原料需进口补充，这两种原料占产品成本7075%。由于原油价格持续上涨，成本价格继续维持上涨趋势。考虑到全球企业竞争激烈，资源逐年紧

8、张，成本上升，产品趋同，竞争加剧，盈利空间下降，聚酯企业生存压力空前加大，因此，本车间采取中等生产规模，50吨天，年产1.5万吨，既避免小企业竞争力小难以取得价格优势，又避免大企业囤积产品过多，资金难于周转。三、合成方法及工艺的确定目前，世界各国PET生产采用的技术路线主要有3种。(1)、DMT法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。(2)、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，连续缩聚成聚酯。(3)、EO法用PTA与环氧乙烷(EO)直接商化，连续缩聚成PET。日本过去曾用此法进行过生产，但由于

9、此法具有易爆，易燃、有毒等缺点，目前已淘汰。本车间采取PTA法合成聚酯，采用连续化生产工艺，原因如下：PTA法较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。连续化工艺较间歇法工艺优越：产量大、质量好、可直接纺丝、产品成本低，目前已成为ET生产的主流。四、主要设备：反应釜辅助设备：往复式压缩机、蒸发器、离心分离器、风干机、冷凝器，造粒机五、厂房面积及高度厂房为两层，面积为1000mm2,总高度:8.2m，层5m,二层3.2m4、生产设计设计单系

10、列生产能力为50吨/天，采用PTA法五釜流程连续生产装置，以对苯二甲酸和乙二醇为原料，经过浆料配制、酯化、预缩聚、终缩聚等工艺，生产熔体和聚酯切片。1、化学反应原理：酯化时主反应为：(1)酯化反应H00CCOOH+ZH0H,CH,0HHOCHCH00CC00CC0H4.Z0(2)酯化缩聚反应:（3）缩聚反应（低聚合度）:HOOCCOOH4COOCC0HHOCH,CH4OOCTtHOCHQ-COOCCOO+rtCOOCHqchqohci2、生产流程SolidTPAPo=lcTankPrimaryEsernncfl6lon(ZoiumoSc-cond-oryCDlumn*Recjp:IE-C；Mu

11、k-tui：EC；CatalyslAeUIKIvesWzrtcr（5Stfl-AmrtPasteLUudaryLulaiMzitianiPrldiiLMrykderrlKzrtBonR_t!曰jubuiiO-7PQ5S-|:jiljalyu|_|Auddibvos-CrudoEG-qoRecover：1IfIntDrmcdialcPsolyineriittM-skezupSiprjay唱：anrionwor口r*rlVacuumh1F1口I屮ii巴ijttitLowpDlVljliljWiEIPETPTA法合成聚酯过程包括酯化和缩聚两个阶段，采用五釜流程装置。五釜流程，即第一酯化釜、第二酯化釜

12、、第一预缩聚釜、第二预缩聚釜和终缩聚釜。五釜流程采用较低酯化温度和较低操作压力，总反应时间约为61Oh。整个生产过程中，各阶段温度是逐渐提高的，由酯交换阶段的230C左右升到后缩聚釜的287C左右；各阶段压强是逐渐降低的。另外，除主生产线外，还有EG再生及催化剂、辅药配制装置。PTA和EG及添加剂一起加入混合缸中进行混合，浆料配制为间隙式，每隔几小时配一批料。开始反应时，PTA颗粒悬浮于EG之中，酯化反应为多相反应，反应速率取决于PTA颗粒在反应物中的溶解速度，酯化反应速率较低。PTA的溶解速度是随着酯化产物（即对苯二甲酸乙二醇酯及其低聚体）含量的增加而增加，当达到清晰点之后，PTA完全被溶解

13、于体系中，反应呈均相反应，反应速率取决于PTA与EG的反应速率，且与反应物中的PTA与EG浓度有关，反应速率较高。酯化反应速率在清晰点处达到最大值，而在清晰点之前与之后，都下降很快。第一台酯化反应器的出口酯化率已达92%左右，完成了酯化工作的绝大部分。因此，它是酯化工作段的主要反应器。酯化段的剩余工作，只有用另一台反应器来完成，如前所述，其对应的酯化反应速率将很低，从而导致反应器体积增加。聚酯的缩聚反应，一般分为预缩聚和两段，由于聚酯的缩聚反应是一平衡可逆反应，而且反应平衡常数较小（平均约为4.90）,因此，在反应过程中必须尽快地去除在反应过程中生成的EG,否则，将会影响缩聚反应速率和聚合度，

14、这与酯化反应中要求迅速去除反应生成的水是相同的。但是，随着缩聚反应的深化进行，反应物的粘度不断提高，要想去除反应生成的EG难度也会越来越大。特别是在终缩聚阶段，由于反应物粘度已很高，EG的脱除愈加困难，必须采用特殊手段。另外，为了保证得到聚合度均匀的产物，必须尽量减少反应物流的返混，并尽量改善其停留时间分布。所以，在缩聚段，特别是缩聚的后阶段，应当使反应器的设计尽量满足使反应物处于平推流的要求在特性粘度小于0.3dl/g的缩聚反应前段，当特性粘度小于0.1dl/g时，由于此时酯化反应仍占一定比例，且处于此种粘度时缩聚生成的EG完全可借助搅拌作用提供其蒸发机会。再者，此时反应物之聚合度尚小，分子

15、链不长，所以停留时间的分布要求尚不很严格。特性粘度在0.10.3dl/g时，为过渡阶段，此时反应动力学与脱除EG（传质）的作用均重要。而且在本阶段反应物之聚合度已较高，分子链已较长，故对时间分布要求严格，反应器的设计应尽量为物流提供近似活塞流的可能，采用装有卧室密圈（小螺距）螺带式搅拌器的反应器。因此，反应生成的熔体经终缩出料泵打入注带头进行注带、切粒、干燥、脉冲输送到料仓、打包出厂。工艺参数：影响聚酯反应的主要因素有：反应温度、反应压力、物料停留时间、PTA浓度、EG浓度、催化剂浓度等。条件（单元）酯化预缩聚终缩聚生产温度/265275295反应压力/pa1800003000150停留时间/

16、min36070150聚合度620100性能反应釜第一酯化釜第二酯化釜第预缩聚釜第预缩聚釜终缩聚釜。温度儿压力/paCOOH/(mmol/kg)OH/(mmol/kg)乙烯基含量/(mmol/kg)IV/(dl/g)EG含量/%(质量分数)PnMn/(g/mol)2602602752802862450001020066660267133105723153.822.223.01620173057416580.20.000.020.220.922.20.0490.0570.140.380.610.3490.4520.5000.5150.5224.85.81756999201110326610721

17、19026工段工艺参数设计浆料摩尔比（EG/PTA）1.07催化剂添加量（ppmPTA）Sb2O3,405稳定剂添加量(ppmPTA)(CH3)3PO4,46主要原料消耗指标（单位:吨/天PET）：PTA237EG95催化剂0.40TiO23.04、回收乙二醇为了降低EG消耗，乙二醇应回收。从回收的工艺上来分析有直接回收（也称直接回用）和间接回收。其中直接回收又逐渐代替间接回收的趋势。直接回收法就是将生产过程中产生的污EG依靠生产装置自身的特殊处理后直接用于聚酯生产。直接回收法是聚酯生产改进发展的一个趋势，它克服了间接回收法中的一些缺点，是降低产品消耗的一条重要途径。所以，国内许多聚酯生产聚酯

18、生产厂家都在向这一方向进行改进。直接法EG回收工艺直接法回收EG只是分离除去其中的水分，对于二甘醇及少量的低聚物杂质则全部进入到反应体系中。将污EG直接送酯化系统，水分由工艺塔分离除去，EG供原料配制使用，分以以下几步进行：无污水EG直接送酯化釜后缩真空系统的EG蒸发器置换液，含有少量低聚物，但是不含有水分，不需进行水分离，可直接通第一酯化釜。其中少量的低聚物在酯化釜中可加速酯化反应。但是，有与外界EG进入酯化系统，原回流EG也应适当减少。含水量较低的污EG直接送配制后缩真空系统的置换液如10Q08上的置换液，含水量与回收EG含水量基本相近，可直接送配制系统使用，不必进行回收处理。含水量较高的

19、污EG送工艺塔分离水分可以先送90罐区贮罐，然后返回到工艺塔中分离除去水分后再送回另一贮罐，供EG配制使用。5、聚酯废料的回收和利用合理的利用废料具有较高的经济效益和社会效益，应重视聚酯生产中废料的回收和利用，采用化学回收法，无论是好的废聚物还是差的废聚物，都可得到合理的回收。方法是将聚酯废料除去机械杂质后粉碎成粒径在3血以下的颗粒或粉末，少量并连续加入聚酯生产装置的浆料配制或者第一酯化釜中。在酯化过程中，这些聚酯废料基本上不参加反应，相反，在酯化反应温度下部分受到醇解降解，或者部分溶解于酯化物体系中。但到了预聚反应阶段，这部分聚酯废料完全熔化，参加缩聚反应，然后与正常生产的物料一起经后缩聚供

20、切片或纺丝。其中少量的杂质可由熔体过滤器除去。6、熔体过滤器清洗聚酯生产中熔体过滤器的清洗采取三甘醇溶剂清洗法三甘醇（TEG）溶剂清洗法是目前国内外聚酯厂家广泛使用的清洗方法。以TEG为溶剂，将熔体过滤器等熔体接触件放入后升温到270C左右，就可以使聚酯熔体熔解在TEG中，再结合碱洗和超声清洗，可以获得较理想的清洗效果。TEG清洗的工艺过程：TEG清洗f清洗冲洗f碱洗清洗f水中蒸煮f超声波清洗f干燥验收TEG清洗的条件控制清洗温度。TEG常压清洗温度一般控制在270272C左右。TEG槽中低沸物的控制。在清洗过程又有聚酯分解反应发生，会有少量的低废物产生，如醛、水、乙二醇。随着TEG槽在清洗过

21、程的升温加热，这些低沸点物质也会随之被蒸出。因此，在TEG清洗槽顶部设一冷凝回收罐，专门收集处理低沸物，避免环境污染和引起不必要的损失。充氮保护。聚酯熔体在高温下有氧存在时易发生碳化了，严重影响TEG的清洗效果。另外，清洗槽中低沸物中醛达到一定浓度后与氧相遇会发生爆炸事故，因此，必须向三甘醇清洗槽内通氮气保护，防止空气进入系统。清洗介质浓度。无论是TEG还是碱液，在清洗过程中其浓度对清洗质量影响较大，必须按规定定期更换清洗介质，以保证清洗质量。碱液清洗中碱液的选择。根据不同的厂家和不同的原料来源，碱洗中使用的碱有NaOH、Kelite235和Oakite等。7、汽和气一、蒸汽聚酯生产中蒸汽由热

22、电厂供给，分中压蒸汽（ST10，压力为3.23.6MPa）和低3蒸汽（st4，压力为0.91.2MPa）1种规格的过热蒸汽，经过蒸汽脱过热系统和减温2压处理后供给各个用户。其中部分电压中压蒸汽或低压蒸气不经过热就直接使用。使用后的冷凝水（0.4MPa，100C）都送到蒸汽脱过热和冷凝水回收系统。二、氮气仪化聚酯用氮由动力厂空分装置供应，分0.7MPa（N4和N3），0.2MPa（N2）,0.05MPa（N1），其中N4由N3经过过滤后得到较干净的氮气，而N2和N1分由N3减压后获得。氮气大量用PTA的卸料，输送和各PTA料仓底部反吹，另外还用于贮罐氮封、轴封、鼓泡式液位计气源和事故处理真空系统

23、的冲氮等。三、仪表压缩空气仪表压缩空气在工业生产中也称为仪表风，是一切气动仪表的工作动力。质量指标：露点：一16C（工作压力下）纯度：无水、无油、无机械杂质压力：0.7MPa（绝压）温度：常温聚酯用仪表压缩空气由空气压缩机生产。系统中设有二只各为20m3的贮罐，在压缩机（两台）故障时，可向生产装置继续供30分钟的气源。所以，在聚酯空压机故障停运后，完全来得及接通外界仪表压缩空气的气源，保证装置气动仪表连续用气。8、聚酯生产用水及废水处理聚酯生产中需要用到下列几种水：即循环冷却水、软水、脱盐水、冷冻水、普通工业水、饮用水、消防水和热水。一、循环冷却水循环冷却水在聚酯装置中主要用于物料的冷却或冷凝

24、。循环冷却水要求具备三个条件：水温较低且温度恒定；对运行过程中的2道和设备材质腐蚀性小；不会在管道或热交换器内产生严重结垢。所以，循环冷却水必须考虑一套既经济又实用的制备方法。循环冷却水系统的防腐和防垢对聚酯生产的稳定运行非常重要，防腐防垢采用预膜的方法，即在设备或管道金属表面生成一层膜，使金属不直接与水接触，从而达到防腐防垢的目的。具体做1将金属表面清洗干净。人工机械清洗，碱洗或酸洗。2清洗后应立即进行预膜。预膜应在尽可能短的时间内完成，否则，清洗有露出的金属表面很容易生锈。预膜以后，由于金属表面形成了一层薄膜可以有效地防止设备的腐蚀和结垢。二、软水各反应器中搅拌器轴封和输送泵的冷却中选用软

25、水作为冷却介质。天然水中含有各种盐类，主要有Ca2+、Mg2+、Na+和HCO3-、SO42-、Cl-等，一般称这种水为硬水。硬水作为工业生产用的冷却水，会使热交换器结水垢，严重的不仅会阻碍水的流通，使热交换效果大大降低，影响生产的顺利进行，结垢还会产生垢下腐蚀而损坏热交换器。为了消除或减少这些危害，就需要对水进行软化处理，把水中能形成水垢的硬度成分除去得到软水。三、脱盐水、冷冻水和热水脱盐水主要用于切片生产，作为切粒，程的冷却水。脱盐水不但要求除去水中的阳离子如Ca2+、Mg2+等，而且还要除去水中的一部份阴离子。装置中的冷冻水主要是来自溴化锂制冷装置的+7C冷冻水，用于后缩真空液环泵和气相

26、管线的冷却和各控制室的空调。装置中的热水有两个用途：80C的热水作为工艺塔冷凝器的冷却介质，使工艺塔气相冷凝成液体水，而热水本身则由80C升温到90C；90C热水被送到制冷机中作为制冷过程的热源，制冷机吸热后使热水由90C下降到80C，再一次返回到工艺塔气相冷凝器中使用，使整个过程循环不已。所以，是聚酯生产过程中的热量得到充分利用，节约了能量，降低了生产成本。四、废水的处理在聚酯生产中，三废的主要来源有四个方面，即生产过程排放的工业废水，由于化学反应或副反应产生的副产物，工厂废气和设备及管道的泄漏物等，对环境污染却相当严重。所以，三废处理的指导思想是消除污染、保护环境、综合利用、化害为利。表示

27、废水水质污染情况的重要指标一般有四个：即物理指标、化学指标、生物指标和生理指标等。物理指标主要包括废水的浊度、色度、温度、蒸发残留物、悬浮物、电导率、放射性等。化学指标主要有ph值、有机物浓度和无机物浓度。废水的生物指标主要有大肠杆菌、细菌总数、病原菌及病毒等。生理指标是指嗅、味、外观、透明度等。废水的处理方法：废水的处理采取一级处理（废水预处理）在各厂内进行，二级以上处理则集中在给排水厂进行。预处理的主要手段是酸碱中和，使废水PH值达到6.58.0；冷却废水，使送到给排水厂的水温在40C以下；在废水集中池中沉降除去较大颗粒状的固体物质。9、电聚酯装置的配电取自自备电厂的两条10KV不同的进电

28、母线，两段配电母线之间设有母联自投开关装置。正常情况下两段母线各带50负荷运行，当其中一段母线发生故障时，另一段母线自动承担起100负荷。每座复电站中的两台一组变压器分别取电自不同的两条10KV高压配电母线，并将用户的所有用电装置分成两组，两台变压器各承担一组供电。正常情况下这两台变压器各带50负荷运行。当其中的一台出现故障时，另一台可通过自投用联开关自动承担100的负荷。进入聚酯装置两条母线和各变电站的两台变压器都半负荷运行，每个环节都相当于有备台状态，使整个聚酯生产用电得到了保证。另外，在供电系统发生故障时，按停电时间可长短还有几种应急措施：一、停电时间在150ms以内当停电时间很短，在1

29、50ms以内时，所有电器装置依靠电子计算机控制系统都可锁住原运行状态，电源恢复后仍可保持原状态继续运行，不需要进行任何人工处理。二、停电时间在150ms到30min之间当停电时间超过150ms时，电机因停电时间长会停止运转，但是，只要不超过30min，可由电子计算机按工艺要求进行自动再启动。操作人员给计算机一个指令后，许多工艺上认为是很重要的电机就可按预先编排好的程序进行自动再启动。考虑到电机启动电流较大，所有电机不可能同时启动，在时序上给定每10s启动一台电机，直到要求自动再启动的电机全部启动完毕。三、停电时间超过30min停电时间超过30min后，自动再启动程序失效，各台电机必须在现场或中

30、控控制室逐台启动，使系统恢复运行。四、事故电源事故电源时将电网中的电用蓄电池贮存起来，当电力系统故障时可自动向聚酯生产装置供电。10、防火防爆等安全措施防火防爆是企业的头等大事，安全第一，预防为主。设计中电气设备一律选用隔爆式电器设备；各设备均有接地线、跨接线等防静电设施及防雷设施；各岗位设有排风系统。车间每个房间均备有灭火器生产设备超压时应采取紧急排设备跑料、贮罐冒顶后应立即采取紧急措施，切断物料来源，控制现场，通知附近使空措施，必须有专人监护现场。在生产装置检修敲打设备时，必须使用铜制工具或在铁制工具上涂上黄干油，以免引起火花。生产现场禁止存放大量易燃易爆物品。胶库禁止吸烟，使用明火，非岗位人员禁止入内，库内要经常保持卫生。5、后期发展规划：不断完善管理制度，使之科学化、人性化，调动职工积极性，提高工作效率。在销售渠道有保证，经营效益稳定，资金充足后，应将产品多样化，发展生产聚酯瓶、薄膜等市场需求量大，经济效益高的产品。提高生产水平，先进化程度，聚酯装置进一步大型化、自动化、短流程化,聚酯装置的单线规模达到600750吨/天,生产速度进一步向高速化发展，装置效率不断提高，装置进一步自动化,从控制自动化进一步走向操作自动化,从而使装置的