PET生产车间的工艺设计

精选优质文档-----倾情为你奉上精选优质文档-----倾情为你奉上专心---专注---专业专心---专注---专业精选优质文档-----倾情为你奉上专心---专注---专业年产8万吨PET生产车间的工艺设计摘要本设计是年产8万吨聚对苯二甲酸乙二醇酯（PET）车间合成工段初步设计。本文对PET的研究，生产和应用进行了详细的概述，阐述了其在化学工业中的作用和地位。并介绍了PET的制备方法和确定了PET的生产工艺。在确定PET生产工艺的基础上进行了物料衡算，设备选型和车间设计等过程。文中还对供电、供水、采暖等方案进行了简单的阐述。关键词：聚对苯二甲酸乙二醇酯，PET，酯交换法，反应釜选型目录1.概述1.1聚对苯二甲酸乙二醇酯（ＰＥＴ）的概述聚对苯二甲酸乙二醇酯

(PET)为聚对苯二甲酸和乙二醇直接酯化法或聚对苯二甲酸二甲酯与乙二醇酯交换法制成的聚合物，俗称涤纶，英文名称

Polyethyleneterephthalate，简称

PET或

PETP。

俗称涤纶树脂。他是对苯二甲酸与乙二醇的缩聚物，与ＰＢＴ一起统称为热塑性聚酯，或饱和聚酯。PET是英国

ICI公司于

1946

年首先工业化的，美国杜邦于

1948

年生产，开始主要用于纤维和薄膜类制品，直到

1966

年日本带人公司开发出玻璃纤维增强制品后，才开始用于工程塑料领域。目前，PET

用于纤维和塑料制品基本各半；塑料制品主要用于透明瓶、薄膜和片材，用作工程塑料正在迅速兴起，预计今后几年会迅速增长，但目前用量很小；日本

1997年

PET的总产量为

139.5

万

t，其中用于塑料

67.8

万

t，而工程塑料只占

1.6

万

t；西欧

1998

年用于塑料的

PET

为

111.8

万

t，其中

87%用于吹塑瓶、6.4%用于薄膜和片材，包括工程塑料等其他为

6.6%；美国

1998年用于塑料的

PET为

72.2

万

t，而

93.7%用于瓶类制品。

PET

薄膜的突出性能有阻隔性、力学性能和韧性好，

PET

玻璃纤维增强工程塑料的突出性能为力学性能高且受温度影响小、耐热温度高、冲击强度高、耐摩擦、耐蠕变性好、刚性大、硬度大及尺寸稳定性好，增强

PET在力学性能、刚性、耐热性方面都超过增强

PBT，但加工性不及

PBT。1.2聚酯生产技术进展世界聚酯装置正向更大经济规模方向发展。单系列生产能力已由20世纪80年代的100吨/天、200吨/天提高到90年代的300吨/天、400吨/天、480吨/天、600吨/天。目前世界前30家聚酯生产厂家的平均产能达到36万吨/年，规模最大的杜邦公司已达140万吨/年。聚酯工艺路线有直接酯化法(PTA法)和酯交换法(DMT法)。PTA法具有原料消耗低、反应时间短等优势，自80年代起己成为聚酯的主要工艺和首选技术路线。大规模生产线的为连续生产工艺，半连续及间歇生产工艺则适合中、小型多种生产装置。PTA法连续工艺主要有德国吉玛(Zimmer)公司、美国杜邦公司、瑞士伊文达(Inventa)公司和日本钟纺(Konebo)公司等几家技术。其中吉玛、伊文达、钟纺技术为5釜流程，杜邦则开发了3釜流程(目前正在开发2釜流程)，两者缩聚工艺基本相似，区别在于酯化工艺。如5釜流程采用较低温度及压力酯化，而3釜流程则采用高乙二醇(EG)/PTA摩尔比和较高的酯化温度，以强化反应条件，加快反应速度，缩短反应时间。总的反应时间为5釜流程10小保?釜流程3.5小时。目前世界大型聚酯公司都采用集散型(DCS)控制系统进行生产控制和管理，并对全流程或单釜流程进行仿真计算。2003年初，伊文达-费希尔(Inventa-Fisher)(I-F)公司公布了其聚酯生产流程和能耗。该工艺从PTA或DMT与乙二醇(EG)反应生产树脂级或纺织级聚酯。采用4釜(4R)工艺，由PTA和EG或熔融DMT和EG组成的浆液，进入第一酯化/酯交换反应器，反应在较高压力和温度(200～270℃)下进行，生成的低聚物进入第二串级搅拌式反应器，在较低压力和较高温度下进行反应，反应转化率大于97%。然后在低于常压和较高温度下，藉第3台串级反应器预聚合，缩聚程度大于20，经第4台DISCAGE精制器后，使最终缩聚物的特性粘度(i.V.)提高到0.9。能耗为：电力55.0kwh/t，燃料油61.0kg/t，氮气0.8m3/t，空气9.0m3/t。采用该工艺已建有50多套装置，其中13条生产线能力为100～700吨/天。现已有单系列700吨/用于聚酯生产缩聚反应的催化剂种类繁多，主要有锑系、锗系、钛系、锡系等。由于锑系催化剂在缩聚过程中能大大促进缩聚反应，而对热降解反应的促进程度较小，因此目前聚酯工业普遍采用锑系催化剂，主要品种有三氧化二锑、醋酸锑以及近年来开始受到广泛关注的乙二醇锑。此外，用于酯交换反应的锰、锌、钙、钴、铅等金属的醋酸盐对缩聚反应也有一定的催化作用。1.3中国生产消费现状我国聚酯的生产起步较晚，70年代开始形成上海、天津、辽阳等生产基地，80年代国产间歇式、半连续的小聚酯生产装置建设较多，据统计已有110家以上。目前我国主要聚酯生产企业集中在中国石化和中国石油两大集团公司。中国石化2001年聚酯产量达到202.97万吨，占全国总产量的69.2%。中国石油2001年产量为46.61万吨，占全国总产量的15.9%。目前主要的40多家聚酯生产企业，2001年产量在1万吨以上的企业有29家，在10万吨以上的企业有9家，在30万吨以上的企业有4家。仪征化纤公司是目前我国聚酯生产能力和产量最大的企业，2001年聚酯产量达到110.85万吨，占全国总产量的37.8%；其次是辽阳石化公司，2001年产量40.75万吨，占13.9%；上海石化公司居第三位，2001年产量为38.35万吨，占13.1%。2002年上海石化公司产量达到42万吨，辽阳石油化纤公司达40万吨，洛阳石化公司达22万吨，天津石化公司达21万吨。2003年我国共有100多家聚酯生产企业，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%。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。近年仍有一些新厂在建，1999年至今，我国民营聚酯企业激增，聚酯生产能力急剧膨胀。到2002年底，民营企业的聚酯生产能力已占我国总生产能力的40%左右，目前纤维级聚酯已出现生产能力相对过剩的状况。近年我国聚酯生产能力大幅度增长，产量也同步上升，自1985年以来，聚酯产量一直以两位数的速度增长，中国聚酯产量已由1995年179.1万吨增加到2001年632.5万吨，2002年聚酯产量已达到776.1万吨，2002年国内聚酯生产能力达到850万吨，产量和增长幅度己远超过美国，居世界首位。我国现已成为世界第二大聚酯生产国。2002年聚酯表观消费量已达786.9万吨。因近年国内聚酯树脂和涤纶产品需求量较大，每年进口总量均在100万吨以上。1.4产品构成在产品品种方面，目前我国聚酯生产仍以纤用聚酯为主，占总年产能力的88%；国内非纤用聚酯切片年产能力约100万吨，其中聚酯瓶片发展特别迅速，仅2002年就新增50多万吨年产能力。但由于国内市场容量有限，因此聚酯瓶片装置开工率不足50%。80年代后，随着合成纤维工业的迅速发展，我国聚酯的消费量也快速增长。1990年合成纤维用聚酯表观消费量为105.4万吨，1995年增加到268.9万吨。2000年表观消费量增长到616.8万吨，2001年达到710.7万吨，2002年达到859.7万吨。我国聚酯的消费绝大部分用于生产涤纶纤维。涤纶纤维是我国合成纤维中增长最快的品种，1965年涤纶纤维产量只有100吨，仅占我国合成纤维总产量约1.92%，位于锦纶、维纶和腈纶之后而居第四位。1976年涤纶纤维产量上升到2.69万吨，超过上述三种纤维而跃居首位，占合成纤维总产量的34.3%。1990年产量突破100万吨，达到104.2万吨。2001年产量猛增到632.6万吨，2002年更达到772.1万吨，创历史最高记录。1996～2002年间，我国涤纶纤维平均年递增82万吨，占世界年均增量的一半以上，成为推动世界聚酯纤维增长的主要国家。近期内，我国涤纶纤维产量仍将以10%的年率增长，生产涤纶纤维消耗聚酯约占聚酯总消费量的90%。在聚酯产品上，非纤聚酯的发展速度很快。1996年，世界聚酯包装树脂和薄膜产量分别为451.9万吨和138.2万吨，占世界聚酯总产量的20.7%和6.3%，1998年则分别为699.5万吨和163.1万吨，占世界聚酯总产量的24.6%和5.7%。2000年分别达到823.6万吨和176.9万吨，年均增长率分别为17.6%和6.2%，各占世界聚酯总产量的26.0%和5.59%。预计到2003年，非纤聚酯产量约占聚酯总产量的1/3。1.5中国聚酯工业及与国外先进水平的差距PET

的国外生产商有:美国杜邦公司、英国

ICI

公司、日本帝人公司、三菱人造丝公司、东洋纺织公司、钟渊化学公司等。我国的生产厂有:北京燕山石化公司、辽阳化纤公司、上海石化公司、新疆独出于石化公司、上海涤纶厂、岳阳化工二仪征石化公司及广州黄埔化工厂等。我国的ＰＥＴ生产规模远远落后于国外几个主要生产厂商。进入８０年代，我国逐步从国外引进万度～几十万吨级先进的ＰＥＴ树脂合成装置，质量和产量都有了长足的进展。根据中国防治学会统计，１９９７年我国生产的ＰＥＴ切片树脂１７４万吨，其中高黏度包装用（饮料瓶和包装片材等）切片树脂生产能力为２２．４万吨，所以生产ＰＥＴ工程塑料级的树脂来源充足。由于制备各种混配改性ＰＥＴ塑料的装置于其他聚合物混配改性用的装置是通用的，国内混配用挤出机等制造业形成一定规模，所以只要市场一旦开拓，国内ＰＥＴ塑料的生产也会快速增长。中国聚酯工业及国外先进水平的差距主要表现在一下几点：(1)聚酯产品价格竞争力较弱，企业赢利性不强。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。(2)上下游生产能力不配套。原料发展滞后于聚合，聚合又滞后于抽丝，而抽丝又不能满足纺织工业需要，主要原料进口依存度高达50%以上。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70～75%。(3)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300～400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，而目前世界聚酯经济规模单厂产能一般在20万吨/年以上。直纺涤纶短纤维的整厂规模仅仪化、辽化、上化、翔鹭大于10万吨/年，其余也均较小。目前生产能力在6万吨/年以下和采用间歇法工艺路线的小型聚酯装置的生产能力约占我国聚酯总生产能力的50%，造成装置平均生产能力很低，难以发挥规模效益。据测算，小型聚酯装置单位生产能力投资比大型聚酯装置约低20%，而运行能耗增加约30%，损耗多10%以上，而且产品质量较差。(4)聚酯产品结构与世界先进水平差距较大。品种结构与国际先进水平有较大差距，常规产品生产能力过剩，生产品种范围窄，非纤聚酯比例明显偏低。大多数企业只能生产常规普通产品，许多高科技、多功能和高附加值产品仍需进口解决。以涤纶纤维为例，发达国家的纤维差别化率是我国的两倍。新产品开发能力弱，化纤差别化率仅6～20%，远低于发达国家的40～50%。我国非纤维产品产量占聚酯产品总产量的比重大大低于世界平均水平。虽然近年我国瓶用聚酯产能发展很快，但工程用聚酯生产仍是空白。2.聚对苯二甲酸乙二醇酯（PET）的特性与应用2.1特性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PETPET的分子为高度对称芳环的线性聚合物，易于取向和结晶，具有较高的强度和良好的成纤性及成膜性，结晶度为

40%～60%，结晶速度慢。纯

PET耐磨耗、低摩擦、吸水性小、尺寸稳定性高，但力学性能、耐热性和冲击性能较差，经玻璃纤维增强后

PET的力学性能和耐热性大幅度提高，可用于工程塑料。

PET及增强

PET的具体性能如下表所示。表2-1纯

PET和玻璃纤维增强

PET的性能性能纯

PET30%GF－PET相对密度吸水率/%成型收缩率/%拉伸强度/MPa断裂伸长率/%弯曲强度/MPa缺口冲击强度/(kJ/m

2)洛氏硬度热膨胀系数/(×10

5

K

1)热变形温度(1.28MPa)/℃介电常数(60～106

Hz)介电强度/(kV/mm)体积电阻率/(Ω·cm)耐电弧/s1.380.261.87850115410852.98～3.1630101863～1901.690.050.2～0.9124.23195.580R1202.9215.53.619.610161、一般性能

PET

树脂为乳白色半透明或无色透明体，相对密度

1.38，折射率为

1.655，透光率为

90%；PET

属于中等阻隔性材料，对O2的透过系数为50～90cm3

∙mm/(m2

∙d∙MPa)，对CO2

的透过系数为180cm3

∙mm/(m2

∙d∙MPa)；PET的吸水率为

0.6%，吸水性较大。2、力学性能

PET膜的拉伸强度很高，可与铝箔媳美，是HDPE

膜的

9

倍、是

PC

和

PA膜的3倍。增强

PET的蠕变性小、耐疲劳极好(好于增强

PC

和

PA)、耐磨性和耐摩擦性良好。PET的力学性能受温度影响较小。

3、热学性能纯

PET

的耐热性能不高，但增强处理后大幅度提高，在

180℃时的机械性能比

PF

层压板好，是增强的热塑性工程塑料中耐热较好的品种；PET

的耐热老化性好，脆化温度为70℃，在30℃时仍具有一定韧性；PET不易燃烧，火焰呈黄色，有落滴。

4、电学性能

PET虽为极性聚合物，但电绝缘性优良，在高频下仍能很好保持。PET的耐电晕性较差，不能用于高压绝缘；电绝缘性受温度和湿度影响，并以湿度的影响较大。

5、环境性能

PET含有酯键，在高温和水蒸气条件下不耐水、酸及碱的作用。PET对有机溶剂如丙酮、苯、甲苯、三氯乙烷、四氯化碳和油类稳定，对一些氧化剂如过氧化氢、次氯酸钠及重铬酸钾等也有较高的抵抗性。PET耐候性优良，可长期用于户外。PET树脂的玻璃化温度高，结晶速度慢，模塑周期长，成型周期长，成型收缩率大，尺寸稳定差，结晶化的成型呈脆性，耐热性低等。通过成核济以及结晶济和玻璃纤维增强的改进，ＰＥＴ除了具有ＰＢＴ的特性外，还有以下的特点：1、热变形温度和长期使用温度是热塑性通用工程塑料中最高的；2、因为耐热高，增强PET在250℃的焊锡浴中浸渍10ｓ，几乎不变性也不变色，特别适合制备锡焊的电子、电器零件；3、弯曲强度200MPa，弹性模量达4000MPa，耐蠕变及疲劳性也很好，表面硬度高，机械性能与热固性塑料相近；4、由于生产PET所用乙二醇比生产PBT所用丁二醇的价格几乎便宜一半，所以PET树脂和增强PET是工程塑料中价格最低的，具有很高的价格比。2.2应用PET主要用于纤维，少量用于薄膜和工程塑料。ＰＥＴ纤维主要用于纺织工业。ＰＥＴ薄膜主要用于电器绝缘材料，如电容器、电缆绝缘、印刷电路布线基材，电极槽绝缘等。ＰＥＴ薄膜的另一个应用领域是片基和基带，如电影胶片、Ｘ光片、录音磁带、电子计算机磁带等。ＰＥＴ薄膜也应用于真空镀铝制成金属化薄膜，如金银线、微型电容器薄膜等。ＰＥＴ的另一个用途就是吹塑制品，用于包装的聚酯拉伸瓶。玻璃纤维增强ＰＥＴ适用于电子电气和汽车行业，用于各种线圈骨架、变压器、电视机、录音机零部件和外壳、汽车灯座、灯罩、白热灯座、继电器、硒整流器等。PET工程塑料目前几个应用领域的耗用比例为：电器电子23%，汽车22%，机械19%，用具10%，消费品10%，其他为13%。目前PET工程塑料的总消耗量还不大，仅占PET总量的1.6%。PET除纤维之外主要用于薄膜和片材、瓶类及工程塑料三大类。

1、薄膜和片材

PET

薄膜和片材主要用于包装材料如食品、药品及无毒无菌的卫生包装和纺织品、精密仪器、电子元件的高档包装，录音、录像、照相、电影、磁盘、光盘及磁卡等基材，电器绝缘材料如电容器膜、柔性印刷线路板及格薄膜开关等。

2、瓶类

PET

瓶的透明性高、阻隔性好，可用于保鲜包装材料。具体包装产品有啤酒、白酒、碳酸饮料、食用油、食品、调味品、药品、化妆品及保健食品等。

3、工程塑料主要为

PET的增强品种，具体用于如下几个方面。①电子电器，如连接器、线圈绕线管、集成电路外壳、电容器外壳、变压器外壳、电视机配件、调谐器、开关、计时器外壳及继电器等。②汽车配件，配电盘罩、阀门、排气零件、分电器盖及小型电动机壳等。③机械零件，齿轮、凸轮、泵壳体、皮带轮、电动机架框及钟表零件等。④拉链材料，为继

PA和

POM

之后的第三代拉链材料，可用于宽窄两种类型。2.3聚对苯二甲酸乙二醇酯的改性品种

PET的改性品种有增强、共混及结晶改性

PET等。

2.3.1增强改性

PET

主要用玻璃纤维，此外还有碳纤维、硅纤维、硼纤维等。增强改性主要改善

PET

在高负荷下的耐热性、高温下的力学性能和尺寸稳定性，具体性能参见上表所示。2.3.2共混改性

PET

①PET与

PBT共混，如

PET和

PBT共混并加入

0.5%滑石粉为成核剂，共混物具有收缩率低、耐热、冲击性优良等性能。②PET与PC共混，改善PET的冲击强度，具体有

PET/PC中加入少量马来酸酑接枝PE，或PET/PC/ABS

三元共混并加入滑石粉为成核剂。③PET/PA共混，改善冲击性和尺寸稳定性，常在

PET/PA共混体系中加入

PPMAH

相容剂。此外还有

PET/PE、PET/EPDM

和

PET/SBS

等，目的是为了改善冲击性能。

2.3.3结晶改性

PET

结晶改性是为了加快结晶速度，常加入乙烯－甲基丙烯酸聚合物的钠盐、聚乙二醇二缩水甘油醚、聚氧化乙烯、乙烯

马来酸酑共聚物的钠盐、缩水甘油甲基丙烯酸醋、乙酥醋酸钠及聚己二酸二丁醋等。2.4聚对苯二甲酸乙二醇酯的成型加工

2.4.1PET的加工特性

PET属极性聚合物，熔融温度和熔体粘度都较大，具体加工特性如下。

PET属非牛顿流体，粘度对温度的敏感性小而对剪切速率敏感大。

PET吸水性大，加工前必须干燥处理；干燥条件为温度

130～150℃，时间

3～4h。PET的加工温度范围较窄，一般为270～290℃，接近分解温度为

300PET的结晶速度慢，为促进结晶，常采用高模温，一般为

100～130℃。PET的成型收缩率较大，增强改性后可大大降低，但生产高精度制品是要进行后处理。后处理的条件为:温度

130～140℃，时间为

1～2h。2.4.2PET的加工方法

(1)注塑透明制品常采用热流道，螺杆长径比要大。具体工艺条件为:料筒温度

270～290℃，喷嘴温度

240～250℃，模具温度壁厚小时为

50～70℃、壁厚大时为

140℃，注塑压力为

40(2)挤出用于生产薄膜和片类制品。为改善其制品力学性能和光学性能，常进行双向拉伸处理。拉伸温度为

85～90℃，拉伸速率为1000%～1500%，拉伸倍率为

2.5～3。(3)吹塑用于生产

PET

瓶体，常用注拉吹方法成型，以保证拉伸改性效果。注塑型坯的工艺条件同注塑，吹塑的加热温度为

100℃。吹塑压力

2MPa3.PET制备方法的简介和选取PET有三种方法，酯交换法、直接酯交换法和环氧乙烷法。3.1酯交换缩聚法1963年以前工业上全用此法生产PET,现在仍为世界各国大量应用。该法主要包括两步:首先是对苯二甲酸二甲酯(DMT)与乙二醇或1，4-丁二醇在催化剂存在下进行酯交换反应(图1)。生成对苯二甲酸双羟乙酯(BHET)或双羟丁酯，常用的催化剂为锌、钴、锰的醋酸盐，或它们与三氧化二锑的混合物,其用量为DMT质量的0.01％～0.05％。反应过程中不断排出副产物甲醇。第二步为生成的BHET或双羟丁酯，在前缩聚釜及后缩聚釜中进行缩聚反应(图2)，前缩聚釜中的反应温度为270℃，后缩聚釜中反应温度为270～280℃，加入少量稳定剂以提高熔体的热稳定性。缩聚反应在高真空(余压不大于266Pa)及强烈搅拌下进行，才能获得高分子量的聚酯。纤维用的PET分子量应不低于20000，薄膜用的PET分子量约为25000，一般塑料用的PET分子量约为20000～酯交换缩聚法工艺流程图3.2直接酯化缩聚法该法用高纯度对苯二甲酸(TPA)与乙二醇或1,4-丁二醇直接酯化生成对苯二甲酸双羟乙酯或丁酯,然后进行缩聚反应。该法的关键是解决TPA与乙二醇或1,4-丁二醇的均匀混合，提高反应速度和制止醚化反应。与酯交换缩聚法相比,该法可省掉DMT的制造、精制和甲醇回收等步骤，更易制得分子量大、热稳定性好的聚合物，可用于生产轮胎帘子线等较高质量的制品。但该法对原料TPA的纯度要求较高，TPA提纯精制费用大。直接酯化缩聚法流程图3.3环氧乙烷法该法直接用环氧乙烷与TPA反应生成对苯二甲酸双羟乙酯，再进行缩聚反应。其优点是可省掉环氧乙烷合成乙二醇的生产工序，设备利用率高，辅助设备少，产品也易于精制。缺点是环氧乙烷与TPA的加成反应需在2～3MPa压力下进行，对设备要求苛刻,因而影响该法的广泛使用。3.4PET合成方法的选取由于酯交换法中其原料对苯二甲酸二甲酯（DMT）可用较容易的蒸馏和重结晶方法精制，连续生产较易，所以酯交换法应用最广。目前，世界上多数工厂仍以此法为主，后两种制法是近年来发展起来的新合成方法。因此本工艺亦采取连续酯交换法生产PET。PET纤维的生产工艺流程如下：PET纤维的生产工艺流程4.物料衡算本工艺的配方如下（以DMT质量为参考标准）：DMT100催化剂0.04稳定剂0.08消光剂0.4物料配比：DMT：EG=1:2.15（摩尔比）。采用顺流程的计算顺序进行物料衡算，该工艺为年产8万吨PET，开工300天，每天生产24小时，总损耗为5%。三级酯交换率分别为70%、92%和98%。一些物质的参数如下表4-1表4-1名称TPAEG水甲醇BHETDMT相对分子质量166621832254194假设PET的聚合度为103，链节为162，相对分子质量为20000。具体物料衡算过程如下：PET熔体=8*107/（300*24*0.95）=11695.91kg/h；故DMT投料的摩尔量n=11695.91/20000*103=60.23kmol/h；DMT的投料质量为M=n*194=11685.38kg/h。4.1酯交换阶段101.24.1.1第一酯交换器R101物料衡算101.2101.1101.0R101101.1101.0R101DMT：MDMT=11685.38kg/hEG:MEG=2.15*n*62=8028.66kg/h催化剂用量：M催化剂=0.04/100*MDMT=14.67kg/h合计：11685.38+8038.66+14.67=19718.71kg/h101.1由于酯交换率为70%，所以生成BHET质量为：MBHET1=n*0.7*254=10708.89kg/h；生成甲醇的质量为：M甲醇1=n*0.7*2*32=2698.30kg/h；剩余DMT质量为：M剩DMT1=11685.38*0.3=3505.61kg/h；剩余EG质量为：M剩EG1=（60.23*2.15-2*60.23*0.7）*62=2800.70kg/h；因此101.1为：M催化剂+MBHET1+M剩DMT1+M剩EG1=17015.20kg/h；101.2为：M甲醇1=n*0.7*2*32=2698.30kg/h；R101物料平衡验算：总进料量=11685.38+8038.66+14.67=19718.71kg/h总出料量=M催化剂+MBHET+M剩DMT1+M剩EG1+M甲醇=19718.71kg/h102.24.1.2第二酯交换器R102物料衡算102.2102.1102.0R102102.1102.0R102催化剂：M催化剂=0.04/100*MDMT=14.67kg/hBHET质量为：MBHET=n*0.7*254=10708.89kg/h；DMT质量为：M剩DMT1=11685.38*0.3=3505.61kg/h；EG质量为：M剩EG1=（60.23*2.15-2*60.23*0.7）*62=2800.70kg/h；合计：14.67+10708.89+3505.61+2800.70=17015.20kg/h；102.1此阶段酯交换率为92%，故又反应了22%。所以又生成BHET质量为：MBHET2=n*0.22*254=3365.65kg/h；生成又甲醇的质量为：M甲醇2=n*0.22*2*32=848.04kg/h剩余DMT质量为：M剩DMT2=11685.38*0.08=934.83kg/h；剩余EG质量为：M剩EG2=（60.23*2.15-2*60.23*0.92）*62=1157.62kg/h；因此102.1为：M催化剂+MBHET1+MBHET2+M剩DMT2+M剩EG2=16171.66kg/h；102.2为：M甲醇2=848.04kg/h；R102物料平衡验算：总进料量=14.67+10708.89+3505.61+2800.70=17015.20kg/h；总出料量=16171.66+848.04=17015.20kg/h103.24.1.3第三酯交换器R102物料衡算103.2103.1103.0R103103.1103.0R103催化剂：M催化剂=0.04/100*MDMT=14.67kg/hBHET质量为：MBHET=n*0.92*254=14074.54kg/h；DMT质量为：M剩DMT=934.83kg/h；EG质量为：M剩EG=1157.62kg/h；合计：14.67+4074.54+934.83+1157.62=16171.66kg/h；103.1此阶段酯交换率为98%，故又反应了6%。所以又生成BHET质量为：MBHET3=n*0.06*254=917.90kg/h；生成又甲醇的质量为：M甲醇3=n*0.06*2*32=231.28kg/h剩余DMT质量为：M剩DMT3=11685.38*0.02=233.71kg/h；剩余EG质量为：M剩EG3=（60.23*2.15-2*60.23*0.98）*62=709.51kg/h；因此103.1为：M催化剂+MBHET总+M剩DMT3+M剩EG3=15940.38kg/h；103.2为：M甲醇2=231.28kg/h；R103物料平衡验算：总进料量=14.67+4074.54+934.83+1157.62=16171.66kg/h；总出料量=15940.38+231.28=16171.66kg/h104.14.1.4BHET储槽物料衡算104.1104.0104104.0104催化剂：M催化剂=0.04/100*MDMT=14.67kg/hBHET质量为：MBHET=14992.44kg/h；DMT质量为：M剩DMT=233.71kg/h；EG质量为：M剩EG=709.51kg/h；此阶段加入稳定剂和消光剂，质量分别如下：M稳定剂=0.0002MDMT=2.34kg/h；M消光剂=0.004MDMT=9.34kg/h；合计：14.67+14992.44+233.71+709.51+2.34+9.34=15952.01kg/h；假设此阶段酯交换率为99.5%，故又反应了1.5%。所以又生成BHET质量为：MBHET3=n*0.015*254=229.48kg/h；生成又甲醇的质量为：M甲醇3=n*0.015*2*32=57.82kg/h剩余DMT质量为：M剩DMT3=11685.38*0.05=58.43kg/h；剩余EG质量为：M剩EG3=（60.23*2.15-2*60.23*0.995）*62=597.48kg/h；故储槽中总的物料质量为：15952.01-57.82=15894.19kg/h；BHET的质量为：14992.44+229.48=15221.92kg/h；4.2缩聚阶段本工艺采取三级反应釜缩聚，具体参数如表4-2：表4-2R201R202R203x0.9911P0.960.9840.9901Mr1.051.0261.0099Xn25.062.5103损失1.5%1%0假设在聚合之前进行的脱EG工艺损失物料1.5%，切粒包装阶段损失物料1%。则进入聚合釜R201的物料分别变为：BHET：M1=15221.92*98.5%=14993.59kg/h；n=M1/254=59.03kmol/h；催化剂：M2=4.67*98.5%=4.60kg/h；稳定剂：M3=2.34*98.5%=2.30kg/h；消光剂：M4=9.34*98.5%=9.20kg/h；201.24.2.1第一聚合釜R201物料衡算201.2201.1201.0R201201.1201.0R201合计：M1+M2+M3+M4=15009.69kg/h；201.1由于抽真空会有部分聚合物被夹带出，同时也夹带出少量的助剂，故n1=n*0.985=58.14kmol/h；催化剂变为：M2*0.985=4.53kg/h；稳定剂变为：M3*98.5%=2.26kg/h；消光剂变为：M4*98.5%=9.06kg/h；聚合反应生成EG的质量：MEG1=n1*P*62=3640.76kg/h；生成聚合物的质量：MPET1=n1*P*254-MEG1=10537.07kg/h；剩余BHET质量为：MBHET1=n1*(1-P)*254=590.70kg/h；故201.2为：3640.76+15009.69*0.015=2865.91kg/h；201.1为：4.53+2.26+9.06+10537.07+590.70=11143.65kg/h；R103物料平衡验算：总进料量=15009.69kg/h总出料量=2865.91+11143.65=15009.66kg/h；202.24.2.2第二聚合釜R202物料衡算202.2202.1202.0R202202.1202.0R202进料为201.1=11143.62kg/h；此阶段物料损失为1%，则：n2=590.70/254*0.99=2.30kmol/h；催化剂变为：4.53*0.99=2.30kg/h；稳定剂变为：2.26*0.99=4.48kg/h；消光剂变为：9.06*0.99=8.97kg/h；聚合反应生成EG的质量：MEG2=n2*P*62=140.46kg/h；生成聚合物的质量：MPET2=n2*P*254-MEG2=435.10kg/h；剩余BHET质量为：MBHET2=n2*(1-P)*254=9.35kg/h；故202.2为：140.46+11143.62*0.01=251.90kg/h；202.1为：2.30+4.48+8.97+MPET总+9.35=10891.71kg/h；R203物料平衡验算：总进料量=11143.62kg/h总出料量=251.90+10891.71=11143.61kg/h；203.24.2.3第二聚合釜R203物料衡算203.2203.1203.0R203203.1203.0R203进料为202.1=10891.71kg/h；在此阶段没有物料损失，则：n3=9.35/254=0.0368kmol/h；助剂总量为同上一阶段，共计15.69kg/h聚合反应生成EG的质量：MEG3=n3*P*62=2.26kg/h；生成聚合物的质量：MPET3=n3*P*254-MEG3=6.99kg/h；剩余BHET质量为：MBHET3=n3*(1-P)*254=0.09kg/h；故203.2为：2.26kg/h；202.1为：MPET总+M助剂+0.09=10834.45kg/h；R203物料平衡验算：总进料量=10891.71kg/h总出料量=2.26+10834.45=10891.71kg/h；4.3切粒包装此阶段物料损失1%，则纯PET质量为：MPET总=0.99=10873.79*0.99=10765.05kg/h。5关键设备的选型5.1釜的选型本工艺采用酯交换法生产PET，可采用如下方法计算釜的体积。a.根据年产量确定每小时处理量WdWd=80000*103/（300*24）=11695.91kgb.确定物料平均停留时间t，t=3h；c.确定装料系数，取0.6；故反应液的体积为：VR=11695.91*3/1084QUOTE=32.37m3；反应液的总体积为：VT=VR/0.6=53.95m3；对于此反应可选用国产不锈钢聚合釜，此釜的直径为3810mm，筒体切线长度为4928mm，长径比为1.293，釜重51660kg。此釜封头高度根据国标h=0.25D=952.5mm，封头直边高度为50mm。反应釜的壳套厚度选取100mm。5.2其他设备的选型其它的设备主要是泵的选择。工业生产中有进料泵、回流泵、塔底泵、循环泵、产品泵等，石油化工泵的选择应该满足流量，扬程、压力、温度、气蚀余量等工艺参数的要求，满足介质特性的要求和现场安装的要求。在选泵时：首先要综合考虑泵的流量。一方面，应按设计要求达到的能力确定泵的流量，并使之与其他设备能力协调平衡；另一方面，也要根据生产需要确定泵的流量。在确定泵的流量时应综合考虑装置的富裕能力及装置内各设备能力的协调平衡。其次根据生产要求确定泵的扬程。选泵时，由于工艺过程设计中管道系统压力降计算比较复杂，因此泵的扬程要留有适当的余量，一般为正常需要扬程的1.05～1.1倍。最后根据流体输送设备的特性曲线确定蚌型选泵时，确定哪一种设备，应在生产上所需要的流量和扬程后进行。6.车间设备布置设计6.1车间设备布置的原则6.1.1车间设备布置的原则1从经济和压降观点出发，设备布置应顺从工艺流程，但若与安全、维修和施工有矛盾时，允许有所调整。2根据地形、主导风向等条件进行设备布置，有效的利用车间建筑面积（包括空间）和土地（尽量采用露天布置及建筑物能合并者尽量合并）。3明火设备必须布置在处理可燃液体或气体设备的全年最小频率风向的下侧，并集中布置在装置（车间）边缘。4控制室和配电室应布置在生产区域的中心部位，并在危险区外。5充分考虑本装置（车间）与其他部门在总平面布置图上的位置，力求紧凑、联系方便，缩短输送管线，达到节省管材费用及运行费用的目的。6留有发展的余地7所采取的劳动保护、防火要求、防腐蚀措施要符合有关标准、规范的要求。8有毒、有腐蚀性介质的设备应分别集中布置，并设围堰，以便集中处理。9设备安全通道、人流、物流方向应错开。10设备布置应整齐，尽量使主要管道走向一致[13]。6.1.2车间设备平面布置的原则车间平面布置首先必须适合全厂总平面布置的要求，应尽可能使个车间的平面布置在总体上达到协调、整齐、紧凑、美观，相互融合，浑成一体。其次，必须从生产需要出发，最大限度的满足生产包括设备维修的要求。即要符合流程、满足生产、便