《纺织材料生产》课件-项目5：缩聚系统

项目5：1.缩聚系统操作规程一、缩聚系统工艺流程自第二酯化器第一预缩聚器第二预缩聚器刮板冷凝器乙二醇封槽送去预聚物输送泵乙二醇循环泵乙二醇冷却器尾气淋洗塔气态EG液态EG滤残渣的EG不凝气不凝气废水低温EG喷淋使用生产水淋洗1.预缩聚部分1.预缩聚部分一、缩聚系统工艺流程自第二酯化器第一预缩聚器第二预缩聚器刮板冷凝器乙二醇冷却器乙二醇封槽乙二醇循环泵尾气淋洗塔预聚物输送泵1.预缩聚部分自第二预缩聚器预缩聚物输送泵预聚物过滤器后缩聚器刮板冷凝器乙二醇液封槽乙二醇冷却器输送到尾气淋洗塔去浆料调配槽乙二醇循环泵终产物聚酯熔体2.终缩聚部分2.终缩聚部分一、缩聚系统工艺流程自第二预缩聚器预缩聚物输送泵预聚物过滤器后缩聚器刮板冷凝器乙二醇液封槽乙二醇冷却器输送到尾气淋洗塔去浆料调配槽乙二醇循环泵终产物聚酯熔体2.终缩聚部分2.缩聚系统：生产机理、

生产工艺项目5“五釜”生产流程浆料配制酯化1酯化2预聚1预聚2终聚EG回收EG循环熔体输送纺丝H2OPTAEG“五釜”聚合工艺：（1）酯化反应温度较低，停留时间较长，但操作稳定，产品中二甘醇（DEG）含量较低，产品质量较好；（2）采用刮板冷凝器，解决了缩聚真空系统低聚物堵塞的问题；（3）五釜流程易于实现共聚合改性。一、缩聚反应机理COOCH2CH2OHHOCH2CH2OOCCOOCH2CH2OHHOCH2CH2OOCCOOCH2CH2OOCHOCH2CH2OOCCOOCH2CH2OHHOCH2CH2OH（BHET）（BHET）（二聚体）（乙二醇）一、缩聚反应机理

缩聚反应是聚酯合成过程中的链增长反应。通过这一反应，两个β-羟基乙酯基之间发生缩聚并脱去一分子的EG。反应式如下：

反应的机理实质是酯交换反应。其中，x≥1，y≥1，n=x+y。一、缩聚反应机理HO(CH2)2(OOCCOO(CH2)2)n－OHBHET-EG由于缩聚反应是可逆反应，并且反应平衡常数较小，因此在反应过程中必须尽快除去反应生成的EG，否则会影响缩聚反应速率和聚合度。缩聚阶段主要是链增长过程，也释放许多低相对分子质量的EG及其他化合物。为了确保缩聚反应顺利进行并得到优质的产品，必须尽快分离小分子化合物。因此，缩聚反应通常是在相对较高的温度、高真空的条件下进行。一、缩聚反应机理二、缩聚反应影响因素

反应、传质、传热在缩聚进行到不同程度时，其表现行为不同。在缩聚刚开始，物料粘度为10Pa·s左右，EG和H2O的脱除速度很快，缩聚速度受缩聚的反应速率控制。当物料粘度>10Pa·s时，缩聚速率由受缩聚反应速率控制逐步表现为受EG和H2O的脱除速度控制。实验表明：在物料粘度低于10-15Pa·s时，加强搅拌作用对缩聚速度无明显影响，而在此之后搅拌的物料表面更新作用明显。当物料粘度接近缩聚终点粘度时，表面更新作用更明显，此时提高真空度对EG和H2O的脱除是有利的。缩聚刚开始时物料粘度>10Pa·s时物料粘度接近缩聚终点粘度时主要受缩聚的反应速率控制主要受EG和H2O的脱除速度控制提高真空度在反应初期，PTA未能全部溶于EG,故酯化反应速率只与反应温度、压力有关。

温度的作用是提高PTA的溶解度。

达到“清晰点”时，酯化反应速率又与PTA和EG浓度有关，而EG的浓度取决于反应压力。酯化反应的压力调节应遵循下列原则：压力高限应不妨碍EG与水的排出，低限又应避免EG过量蒸发使物料配比失调，同时因大量EG循环而增加能量消耗。停留时间在酯化阶段也是一项很重要的影响因素。停留时间太短，酯化率达不到要求，停留时间达到一定值后，酯化率几乎不再增加，若再延长反应停留时间，只会使DEG生成量增加。随反应温度的升高，酯化反应速度和DEG生成反应均同时增加。反应温度低，反应速率变慢，且所得的PET产品熔点低，DEG含量高，色泽也不好。 二、缩聚反应影响因素13201反应温度反应压力0203停留时间热力学角度：反应微放热，温度影响不大动力学角度：提高温度能增加速反应速率；反应压力越低或真空度越高，越有利于小分子脱除，所生成的聚酯的相对分子质量越大。停留时间延长会使聚合物黏度升高；停留时间过长，由于反应料位高，使EG蒸发困难。在预缩聚阶段，主要的控制参数是温度与压力，提高温度与降低压力，均有利于提高聚合度二、缩聚反应影响因素第一缩聚釜第二缩聚釜终缩釜酯化物聚酯熔体三级缩聚VS一级缩聚缩聚釜酯化物聚酯熔体为何选择三级缩聚？三、缩聚系统工艺控制第一缩聚釜第二缩聚釜终缩釜酯化物聚酯熔体预缩聚：受反应速率控制终缩聚：受小分子脱除速率控制三级缩聚的意义：改变不同反应阶段的反应条件来促进缩聚过程速率。三、缩聚系统工艺控制

缩聚系统的任务是将酯化物在真空条件下进行缩聚反应，经过2~3个缩聚反应单元，使聚合物的特性黏度达到产品的要求值。最后1个缩聚单元为终缩聚，前面的缩聚单元都称为预缩聚。缩聚反应是可逆平衡反应，要及时把反应生成的小分子EG脱除，才能使反应向缩聚正方向进行。缩聚过程是化学反应和小分子脱挥的偶合过程，过程速率从受反应速率控制过渡到受反应速率和脱挥速率共同控制。所谓“预缩聚”是受反应速率控制的过程，而“后缩聚”是从反应速率控制过渡到受反应速率和脱挥速率共同控制的过程。三、缩聚系统工艺控制可逆反应生成乙二醇体系黏度增大高温、高真空缩聚反应特征：影响乙二醇脱除的主要因素影响乙二醇脱除的速率的主要因素有体系黏度、真空度及物料面积。预缩聚阶段黏度低，小分子易脱除，采用立式聚合釜即可；终缩聚阶段，体系黏度高，采用卧式聚合釜有利于增加小分子的脱除面积来提高脱除速率。第一缩聚釜第二缩聚釜终缩釜酯化物聚酯熔体三、缩聚系统工艺控制预缩1阶段立式不带搅拌反应温度：265-270℃反应压力：20-25KPa反应时间：0.5h酯化率：≥98%缩聚转化率：85%特性粘度：0.10-0.15dl/g预缩2阶段卧式带搅拌反应温度：270-275℃反应压力：3.5KPa反应时间：0.75h酯化率：99.5%缩聚转化率：92%-94%特性粘度：0.17-0.20dl/g三、缩聚系统工艺控制终缩阶段卧式双轴搅拌反应温度：275-280℃反应压力：0.15KPa反应时间：3-3.5h酯化率：≥99.5%缩聚转化率：＞99%特性粘度：0.675dl/g

终缩聚时物料粘度比较高。更新物料表面是缩聚后期反应控制的关键。每个缩聚单元都配有乙二醇喷淋冷凝系统，用于喷淋冷凝吸收缩聚反应放出来的乙二醇，并配置有真空发生系统（真空泵），为缩聚反应提供真空动力。起始缩聚阶段：低真空后缩聚阶段：提供尽可能大的物料比表面积三、缩聚系统工艺控制

终缩聚通常采用卧式结构，finisher反应槽具有大的，不断更新的反应物蒸发表面，以使反应物获存多余的EG，能够迅速的从粘稠物料中蒸发出来尽可能的增加熔体脱挥面积。

釜外有加热夹套,夹套中可用联苯和联苯醚组成的高温导热油进行加热。三、缩聚系统工艺控制四、聚酯产品的评价指标1.特性粘度

特性粘度是聚酯的非常重要的指标，是分子内摩擦的量度，由于高分子的流动是通过链段的位移形成的，链段越长，摩擦力越大，其特性粘度越高，因此是分子量大小的一个标志。

一般民用丝切片粘度在0.64-0.65dL/g，而工业丝切片粘度一般要>0.85dL/g,通常为0.95-1.1dL/g

测试方法：采用乌式粘度计测定聚酯切片的特性粘度，溶剂苯酚/1,1,2,2-四氯乙烷（质量比50/50，或60/40，计算公式不同）2.熔点PET属于半结晶聚合物，若聚酯100%结晶，理论熔点约在300℃左右，通常切片的结晶度在30-40%左右，国标中规定熔点一般在252℃-262℃左右。测试方法：显微镜法，DSC法四、聚酯产品的评价指标3.端羧基值

一般认为，在一定的范围内端羧基含量高，聚酯的热稳定性差，随着热降解时间的增长，端羧基含量增大。另外，端羧基会对酯基进行酸解反应，使黏度降低。在缩聚过程中，聚合工艺条件有波动，缩聚的反应温度高，真空度偏低或停留时间过长，这些都对降低产品中的端羧基含量不利。测试方法：容量滴定法，光度滴定法，常规要求＜35mol/t4.色度

色相通常用L值（黑白度）、B值（黄蓝指数）、a值（红绿指数）表征。测试方法：干燥粉碎法，干燥法，常规要求：L（75-79）

b（-1-6）

a（-2.0-2.0）5.凝集粒子凝集粒子是指凝聚粒子、凝胶粒子、炭黑粒子以及其他杂质粒子的总称。凝集例子对生产最大的影响是熔体过滤器、纺丝组件压差上升快，缩短使用周期，增加纺丝断头。

测试方法：显微镜下观察凝聚粒子6.二甘醇

二甘醇（DEG）端羟基间反应的