年產(chǎn)十萬噸滌綸pet的生產(chǎn)工藝設(shè)計-資料下載頁

【導(dǎo)讀】2020屆畢業(yè)設(shè)計說明書。年產(chǎn)十萬噸滌綸的生產(chǎn)工藝設(shè)計。彭暉冰職稱副教授。完成時間：2020年6月。．2生產(chǎn)工藝控制簡圖..

　　

【正文】 兩步反應(yīng)：第一步是PTA 與 EG 進行酯化反應(yīng)，生成對苯二甲酸乙二酯（或稱對苯二甲酸雙羥乙酯，簡稱 BHET）；第二步是 BHET 在催化劑作用下發(fā)生縮聚反應(yīng)生成 PET。其反應(yīng) 18 如下： n B H E T H O C H 2 C H 2 O COCOO C H 2 C H 2 O H + ( n 1 ) H O C H 2 C H 2 O H 對苯二甲酸與乙二醇的混合物不像對苯二甲酸二甲酯與乙二醇的混合物，后者為一均勻溶液，前者是漿狀物。要將這種漿狀物混合均勻并加熱反應(yīng)是很困難的，且在高溫 PTA 易升華，不但反應(yīng)速度緩慢，還易產(chǎn)生醚化反應(yīng)。為使?jié){狀物混合良好，往往加入過量的乙 二醇，這樣又會加速醚化反應(yīng)，結(jié)果使所得聚合物質(zhì)量低劣。因而直接酯化的關(guān)鍵在于：解決漿狀物的混合問題；提高反應(yīng)速度，使其達到工業(yè)生產(chǎn)的要求；抑制醚化反應(yīng)。 這種方法的工藝條件有： EG:PTA=（ ~）： 1（ mol），反應(yīng)溫度 220~250℃ ，壓力 3~4kg/cm2,催化劑有氧化鈦、氫氧化鈦等。若在高溫下（ 275℃ ）反應(yīng)，也有不用催化劑的 。 環(huán)氧乙烷法生產(chǎn)工藝簡介（ EO法） 因為乙二醇是由環(huán)氧乙烷制成的，若由環(huán)氧乙烷（ EO）與 PTA 直接加成得到 BHET，再縮聚成 PET。這個方法稱為環(huán)氧乙 烷法，反應(yīng)步驟如下： H O O C C O O H + 2 H 2 C C H 2O B H E TP E T縮 聚加 成（ P T A ） ( E O ) 根據(jù)所用反應(yīng)介質(zhì)，該法分為水法、有機溶劑法和無溶劑法。 水法易生成醚鍵，影響聚酯質(zhì)量，且 BHET 易水解，收率低。 有機溶劑法通常采用甲苯、二甲苯、環(huán)己烷、丙酮、四氯乙烷、二甲基甲酰胺等溶劑來溶解生成的 BHET，而不溶解對苯二甲酸。用溶劑能改善反應(yīng)體系中對苯二甲酸的擴散狀態(tài)，使物料彼此接觸均勻，反應(yīng)過程平穩(wěn)，但反應(yīng)速度低，設(shè)備利用率也低。 無溶劑法是足夠高的壓力使環(huán)氧乙烷液化并與懸浮其中的對苯二甲酸反應(yīng)。這種方法反應(yīng)速率高， BHET 收率也高。但環(huán)氧乙烷易燃易爆，由于反應(yīng)速率高，故反應(yīng)不易控制，對設(shè)備要求高。 2 H O C H 2 C H 2 O H + H O O C C O O H H O C H 2 C H 2 O C O C O O C H 2 C H 2 O H + 2 H 2 O 19 各生產(chǎn)工藝優(yōu)劣勢比較及工藝選擇 前面介紹了 PET 的三種生產(chǎn)方法，但是實際工廠生產(chǎn)中，要重點考慮生產(chǎn)成本和生產(chǎn)的安全性問題， 不 過主要還是以酯交換法和直接酯化法為主，而環(huán)氧乙烷法雖然可省去由 EO 制取乙二醇這一步驟，故成本低，且反應(yīng)又快，優(yōu)于直縮法。但因 EO 易于開環(huán)生成聚醚，反應(yīng)熱大（約 100kJ/mol）， EO 在常溫下為氣體且易熱分解，運輸及儲存都比較困難。 所以綜上考慮，環(huán)氧乙烷法在工廠生產(chǎn) PET 中基本上不被采用。而另外兩種生產(chǎn)工藝可以根據(jù)工廠的不同情況而加以選擇。 盡管按照化學反應(yīng)式 , 對苯二甲酸二甲 酯 (DMT) 和對苯二甲酸（ TPA） 都可應(yīng)用 , 但直 到 1963 年前 DMT 還是生產(chǎn)聚酷的唯一原料。這是因為當時不能生產(chǎn)出高純度的纖維級 T PA , 而只能將對二甲苯氧化得到的粗制 T PA 用甲醇酯 化成 DMT , 然后再經(jīng)蒸餾或重結(jié)晶純化。 直到 1963 年 , 由于美國和日本相繼建立了用美國 MC 一步氧化法生產(chǎn)高純度的纖維級 TPA 工廠 , 使聚醋纖維的生產(chǎn)進入一個新紀元?；谶@種方法制得 TPA 純度高 , 可與 E G直接醋化生產(chǎn) PET , 而使制造工藝復(fù)雜 , 成本較高的 DMT 生產(chǎn)大為遜色。接著阿莫克公司對 M C 法在成本和 TPA 純度兩方面不斷地予以改進 , 高純度 TPA 生產(chǎn)聚醋的方法引起了人們的關(guān)注。 TPA 法的生產(chǎn)優(yōu)勢 選取生產(chǎn)工藝 最重要的一個優(yōu)點是成本低。因此相應(yīng)地可減少原料進口、運輸以及貯存管理費用。 首先 TPA 的堆積重量近于 1 噸 / M3 ， 而球狀和片狀 DMT 分別為 噸/ M3 和 噸 / M3。因此 , 貯存同樣噸數(shù)的 DMT , 必須要占用更多的庫位。當然 , D MT 也能以液態(tài)貯存 (液態(tài)時 DMT 比重與 T PA 相近 ) , 但是 ,這樣需要保溫貯罐 , 并且只能存放幾天 , 否則將引起質(zhì)量下降。 其次 , 產(chǎn)量高。 TPA 法的 EG 用量比 DMT 法少 , TPA 法中 TPA 與 EG 的克分子比為 : 1 , 而 DMT 法為 1 .6 ~ 2 : 1 。這樣 , 同樣體積反應(yīng)器 , 由于 TPA 和 EG 用量的減少以及 TPA 的醋化速度高于 DMT , 使 TPA 法具有更高生產(chǎn)能力。另外 , DMT 升華造成醋交換塔堵塞以及反應(yīng)器中催化劑沉積物的清除 , 使 DMT 法的停產(chǎn)檢修時間比 TPA 法長。 第三 , 有利于節(jié)能和減少投資。 TPA 接釀化法中 EG 用量的減少 , 不僅可提高設(shè)備利用率 , 而且還有利于節(jié)能。另外 , 由于 EG 的分解量 DMT 法比 TPA 法 20 多 , DMT 法就需要更大的 EG 回收裝置和中間儲罐 , 從而使投資增加。 第四 , 可提高質(zhì)量。 DMT 酷交換時加入的催化劑在聚合物熔體中成為不溶性結(jié)晶 ,結(jié)果引起聚合物色澤變差、噴絲組件使用周期縮短 , 以及紡絲和拉伸過程中纖維斷裂 ,強力降低等。而用 TPA 直接酷化得到的聚合休卻能制得高質(zhì)量的聚醋纖維產(chǎn)品。 第五 , 有利于固體廢料的回收。 DMT 法在將固體廢料回收前必須先與 EG 在高溫下進行裂解 , 然后才能按 一定比例加到醋交換塔中。這是因為醋交換反應(yīng)對痕量的水或其它能阻止反應(yīng)進行的化學物質(zhì) (如 羧 酸 )十分敏感 , 否則將影響縮聚 , 不能達到紡絲所需的聚合度。而 TPA 法不需要把固體廢料用 EO 進行裂解 , 而可直接加到酷化塔中 , 這樣省去了 EG 裂解釜。另外 , T PA 法直接 酯 化和縮聚時蒸出的過量 EG 不需預(yù)先精制 , 就可直接循環(huán)使用。這樣 , 不僅完全省去了 EG 回收車間 , 并將縮聚時蒸出的低聚物完全回用 , 從而提高了原料的利用率。 DMT 法的生產(chǎn)優(yōu)勢 首先 TPA 的精制成本較高，用 DMT 法生產(chǎn) PET 在反應(yīng)中有副產(chǎn)物甲醇生成，能夠進一步提高收益。 其次 在生產(chǎn)穩(wěn)定性方面 , DMT 在醋化塔中因升華而堵塞以及催化劑Mn( Ac) 2 在設(shè)備中沉積而需要定期清洗 , 是裝置運轉(zhuǎn)率降低的重要原因。氧化后的物料在離心分離、結(jié)晶等工序中流動性好 , 堵塞現(xiàn)象少。該工藝的腐蝕性小 , 對設(shè)備材質(zhì)要求低 , 可減少維修費用。 TPA 法的醋酸對不銹鋼有腐蝕作用 , 必須使用 鈦 材。有機澳化物對工藝管線的腐蝕也不可忽視 , TPA 裝置曾多次發(fā)生閥體鑄件、配管焊口的泄漏 , 同樣威脅生產(chǎn) , 這與介質(zhì)溫度、澳化物濃度、配管彎頭數(shù)等因 素有 關(guān)。 DMT 法的裝置停車周期短 , 在線檢修的次數(shù)低于 T PA 法裝置。 第三在操作維修方面 DMT 工藝中氧化 ( Witen 專利 ) 的 Co/Mn 配比為 10 : 1, 溫度 15 0~16 5 ℃ , 壓力 6~8kg/ cm2 , 停留時間 480 分鐘 。 反應(yīng)在三個串聯(lián)的反應(yīng)塔中進行 , 操作條件溫和。聚合原料 DMT 和 EG 雖然不具備良好的相溶性 , 但是醋交換溫度和壓力比較平緩 ,全流程中非正常停車次數(shù)很少 , 工業(yè)化生產(chǎn)顯示出一定的優(yōu)越性。 TPA 法的氧化工藝 ( Amoeo 專利 ) 的 C o / M n 配比為l : 3, 溫度 22 0~225 ℃ , 壓力 25 一 27 kg/cm2 , 停留時間 58 分鐘 , 同樣適應(yīng)工業(yè)連續(xù)化和自動化要求。從生產(chǎn)實踐看 , 因氧化后的物料需經(jīng)離心、結(jié)晶等工序 , 呈非均相流動 , 工藝管線堵塞較為頻繁 , 不利于穩(wěn)定生產(chǎn)。醋酸回收尚 難 達到設(shè)計的操作水平 , 塔頂冷凝器的冷卻效果差 , 增加了原料和能源消耗。 第四 DMT 法使用時間比 PTA 發(fā)更長工業(yè)更為成熟，世界上大部分的滌綸生 21 產(chǎn)工藝仍舊在用 DMT 法。 生產(chǎn)工藝的選擇 由于本設(shè)計是出于讓我們熟悉并了解化工工藝生產(chǎn)的基本流程，所以我 選擇使用時間更久，工藝更加成熟，使用范圍更廣，工藝要求更簡單的 DMT 法，以此法作為本設(shè)計的工藝流程。 工藝過程介紹 ． 1 反應(yīng)條件 （ 1） 酯化反應(yīng) 反應(yīng)溫度： 65176。 C～ 100176。 C 反應(yīng)壓力： ~ 反應(yīng)時間： 10h~14h 脫 水 劑：硅膠 （ 2） 酯交換反應(yīng) 在 180176。 C 下以鋅、鈷、錳的醋酸鹽 ，或者與三氧化銻混合 物位催化劑進行反應(yīng)， 催化劑用量為 ％ ~％（ DMT 比重） 。 （ 3） 縮聚反應(yīng) 在縮聚 反應(yīng)中，隨著反應(yīng)的不斷進行，縮聚物 Xn 的不斷增加，其熔點不斷提高 ，其最終熔點可達的 260176。 C。 縮聚反應(yīng)的反應(yīng)溫度一般控制在超過反應(yīng)物的熔點 20176。 C~30176。 C。但 PET得分解溫度在 290176。 C。所以該反應(yīng)中反應(yīng)溫度為 270176。 C~280176。 C，反應(yīng)壓力為。聚合時間以達到極值為止。 催化劑： Sb2O3,其用量為 DMT 的 %~%。 添加劑 ： 擴鏈劑，消光劑，著色劑，相對分子質(zhì)量穩(wěn)定劑等。 擴鏈劑 ： PET 合成中加入的擴鏈劑為草酸二苯酯，其與 PET 反應(yīng)縮去苯酚。使 PET 的 相對分子質(zhì)量成倍增加。 22 相對分子質(zhì)量穩(wěn)定劑： 為控制 PET 分子的相對分子質(zhì)量和防止 PET 在高溫時分解氧化，在縮聚反應(yīng)中常加入磷酸三甲酯、磷酸三 苯酯、亞磷酸三苯酯或磷酸等作為相對分子質(zhì)量穩(wěn)定劑，其用量一般為 DMT 的 %~3%。 消光劑： 一般用 TiO2作為消光劑，它同時有增白作用。其用量為 PET 的 %。 著色劑： 一般用耐溫型的著色劑，如酞青蘭和炭黑等，以得到顏色較均勻的著色PET 樹脂。 ． 2 生產(chǎn)工藝控制簡圖 對苯二甲酸 T（溫度） =65 ~100176。 C P（壓力） =~ 甲醇 t（時間） =10h~14h 脫甲醇 T=180~200176。 C 分子質(zhì)量穩(wěn)定 劑 H3PO4 催化劑 酯化釜 酯交換塔 過濾器 脫乙二醇塔 23 Sb2O3 脫乙二醇 消光劑 TiO2 T=220176。 C P=(152mmHg) T=260176。 C~270176。 C P=667Pa(5mmHg) T=280176。 C~285176。 C P= 333Pa~400Pa(2~3mmHg) 干燥、造粒 3 物料衡算與能量衡算 物料衡算 本工藝的配方如下（ 以 DMT 質(zhì)量為參考標準）： DMT 100 催化劑 穩(wěn)定劑 消光劑 物料配比： DMT： EG=1:（摩爾比）。 采用順流程的計算順序進行物料衡算， 該 工藝為年產(chǎn) 8 萬噸 PET，開工 300 天