酯交换法生产PET工艺流程设计

酯交换法生产PET工艺流程设计院、部：学生姓名：指导教师：职称专业： 班级 班级管理量化考核细则初中班级管理量化细则班级心理健康教育计划班级建设班级德育计划 ：完成时间：摘要本设计是年产八万吨聚对苯二甲酸二乙醇脂（PET）合成的工艺设计。本文对PET的研究，生产进行了详细的概述，阐述了其在化学工业中的作用与地位。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，热量衡算，主要设备选型，工艺管路设计。利用AutoCAD软件绘制主要设备图，工艺流程图以及车间布置图。文中还对三废处理及废料回收、节能 措施 《全国民用建筑工程设计技术措施》规划•建筑•景观全国民用建筑工程设计技术措施》规划•建筑•景观软件质量保证措施下载工地伤害及预防措施下载关于贯彻落实的具体措施 与安全防范、技术经济初步分析核算进行了简单的阐述。关键词：聚对苯二甲酸二乙醇脂；PET；AutoCADABSTRACTThisdesignisanannualoutputofeightythousandtonsofpolyethyleneterephthalate(PET)processdesign.Inthispaper,thePETstudy,adetailedoverviewoftheproduction,expoundsitsroleandpositionchemicalinindustry.AndintroducesthepreparationmethodofthePETandsetthePETproductiontechnology.IndeterminingthePETproductiontechnologyisconductedonthebasisofthematerialbalancecalculations,heatbalancecalculations,themainequipmentselection,processpipingdesign.UseAutoCADsoftwaredrawthemainequipmentfigure,processflowdiagramandworkshoplayoutfigure.Thepaperalsoforwastetreatmentandrecycling,energysavingmeasuresandsafety,preliminaryanalysisontechnicalandeconomicaccountingsimplyexplained.Keywords:polyethyleneterephthalate;PET;AutoCAD目录1第一章绪论11.1PET简介31.1.2PET结构及性能51.1.3合成PET的副反应71.2聚酯的应用7第二章工艺流程和方案的说明及论证82.1工艺路线的选择82.1.1合成原理82.1.2合成路线的选择及流程简述82.1.3合成路线112.2工艺流程设计112.2.1连续缩聚112.2.2间歇缩聚112.3工艺参数的选择122.3.1催化剂122.3.2稳定剂122.3.3缩聚反应的温度与时间132.3.4缩聚反应的压力132.3.5搅拌的影响142.3.6其他添加剂152.4影响聚酯反应的因素152.4.1EG/DMT投料比152.4.2反应温度152.4.3酯化反应时间162.4.4缩聚反应釜的真空度162.4.5缩聚反应温度162.4.6缩聚反应时间162.5工艺流程图的绘制及说明162.5.1PET生产工艺流程简图172.5.2生产工艺流程说明17第三章物料衡算183.1酯交换阶段183.1.1第一酯交换器R101物料衡算193.1.2第二酯交换器R102物料衡算203.1.3第三酯交换器R103物料衡算213.1.4BHET储槽物料衡算223.2缩聚阶段233.2.1第一缩聚釜R301物料衡算233.2.2第二缩聚釜R501物料衡算243.2.3第三缩聚釜R502物料衡算253.3切粒包装25第四章热量衡算254.1能量衡算概述264.2能量衡算遵循的原则264.3主要反应条件274.4主要计算过程284.5各应器能量平衡29第五章聚合釜及各设备选型295.1釜的选型295.2其他设备的选型305.2.1搅拌器的选型305.2.2换热器的选型315.2.3EG进料管道的选型31第六章聚酯生产的三废处理316.1聚酯生产的三废处理326.2聚酯废料的回收34参考文献35致谢第一章绪论1.1PET简介　聚酯是热塑性饱和聚酯的总称，它包括PET、PEN、PCT及其共聚物等。其中PET是开发最早、产量最大、应用最广的聚酯。聚对苯二甲酸乙二醇酯，英文名polyethyleneterephthalate(简称PET)，1941年由英国的J.R.Whenfield和J.T.Dikson采用乙二醇与对苯二甲酸直接酯化缩聚而得。最初是作为合成纤维的原料而开发的，1950年，美国DuPont公司以它为原料，首次开发了聚酯纤维。然而当时对苯二甲酸的精制工艺尚未工业化，首先工业化的是对苯二甲酚二甲酯（DMT）生产工艺，因此直到20世纪60年代中期，DMT一直是PET生产的主要原料。随着高纯度对苯二甲酸（PTA）工艺的不断发展，它逐渐替代了DMT成为生产PET的原料。采用高纯度的PTA不需回收，也不用回收甲醇，而且还有一个优点就是预聚合物的酯化过程比酯交换反应快得多，酯交换反应是由DMT作原料生产PET的第一步反应。自从PET商品化以来，非纤维方面由于廉价的原料以及所制的薄膜和容器具有诸多优点，如质轻、透明、容易重新密封，因而其使用领域日益扩大，用量亦越来越大，成为塑料包装中用量增长最快的树脂。目前世界上每年仅PET瓶消费树脂就高达300万吨以上，大部分作为一次性包装使用。近几年来，随着人们生活水平的不断改善，和消费水平的日益提高，对塑料包装的高性能、多功能性及环境保护性的要求也越来越高。近几十年来，由于聚酯在纤维和非纤维领域的发展都较快，需求日益扩大，因此在世界范围内，尤其是亚洲地区的聚酯生产飞速发展，同时也促进和带动聚酯上下游产业的成长。PET聚酯可由乙二醇和对苯二甲酸反应而得，也可由乙二醇与对苯二甲酸二甲酯反应而得，但较为常见的方法还是用乙二醇与对苯二甲酸缩聚制得。对苯二甲酸的结构式为：对苯二甲酸是芳香族二元羧酸的一种，在常温下，外观为白色晶体，无毒，易燃。稍溶于水，不溶于氯仿、乙醚、醋酸，能溶于碱。物性常数如下：相对分子质量　　166.13　　相对密度1.55熔点384～421℃升华点402℃自然点680℃升华热98.4kJ/mol燃烧热3227.8kJ/mol生产二甲酸的方法较多，就是现在使用的方法也还在不断改进，主要的方法有下面三种[2]。（1）对二甲苯高温氧化法（Amoco法——美印第安纳 标准 excel标准偏差excel标准偏差函数exl标准差函数国标检验抽样标准表免费下载红头文件格式标准下载 石油公司，SD法或M.C法——美国Mid-Century公司的A.Saffer和R.S.Barker发明）其反应如下：此法收率为90%～95％，其工艺流程较简单，设备数量少，占地小，投资少，在世界上聚酯原料产量的第一位，且可制成精PTA用于直接酯化。但溴化物及醋酸对设备腐蚀严重，需用钛材或衬钛。（2）对二甲苯低温氧化法（Mobil法，Kodak-Eastman法和东丽法）为了进一步改革对二甲苯高温氧化法，采用氧化促进剂进行氧化，以醋酸为溶剂，醋酸钴作催化剂，在100～150℃下进行氧化，不用钛材，但工艺流程较复杂，设备台数多。Mobil法使用的氧化促进剂为甲乙酮，压力为15atm，时间为2h，收率为98％。Eastman法采用乙醛为氧化促进剂，压力10kg/cm2，收率为95％。东丽法用三聚乙醛做氧化催进剂，压力28～35kg/cm2，收率为95％。（3）对二甲苯分段氧化法（Hercules-Witten法）整个工艺过程为二步氧化和二步酯化，又称四步法，反应式如下：对苯二甲酸二甲酯的结构式为：对苯二甲酸二甲酯是芳香族的一种，在常温下，外观为白色晶体粉末，无毒、易燃，其蒸汽或粉尘与空气混合至一定比例，能发生爆炸。物性常数如下：相对分子质量　194.18相对密度1.065熔点140.65℃沸点288℃纯度99.9％对苯二甲酸二甲酯由对苯二甲酸与甲醇酯化，然后经重结晶或真空蒸馏制得。乙二醇的结构式为：HO－CH2－CH2－OH乙二醇为无色微粘稠液体。具有较强的吸湿性，有醇味但不能饮用。可以和水、醇、醛、吡啶等混溶，微溶于乙醚。其物性常数如下：相对分子质量62.07熔点－13℃沸点197.6℃闪点(开口)116℃相对密度1.1154黏度(20oC)20.93折射率1.4316膨胀系数0.00062介电常数38.66乙二醇主要由环氧乙烷水合制得。1.1.2PET结构及性能PET分子可 表 关于同志近三年现实表现材料材料类招标技术评分表图表与交易pdf视力表打印pdf用图表说话 pdf 示为：若原料中不含有官能度ƒ=3的杂质，或合成时不发生副反应而支化，则PET大分子是具有对称性芳环结构的线型大分子。由于分子中C－C键的内旋转，PET分子中可有两种构象，即有顺式（无定形）和反式（结晶态）两种。　　　　　　　　顺式（重复周期为1.09nm）反式（重复周期为1.075nm）（其能量低于顺式构象）这种大分子长链既对称，又规整，所有的苯环几乎处于同一平面上，且沿着分子长链方向拉伸时能互相平行排列，故能紧密敛集而易于结晶。表1聚酯切片的质量指标 序号 项目 单位 指标 1 特性黏度（在20℃苯酚/四氧乙烷1：1，0.5％液中测得） 0.07 2 黏度波动范围 ≤±0.1 3 相对黏度（在20℃，1％间甲苯酸中测得） ≤1.64 4 熔点 ℃ 260 5 TiO2含量（相对于消光剂0.4％） ％ 0.40±5 6 端羧基（－COOH） mval/kg ≤28 7 二甘醇（DEG） wt％ ≤1.1 8 色相（用DUPONT法测定） L ≥82 9 水含量（切片） wt％ ≤0.4 10111213 灰分（不含TiO2）凝聚粒子>10µm5～10µm铁含量 wt％个/mg个/mgppm ≤0.04无0.4≤31.1.3合成PET的副反应PET合成采用高纯度对苯二甲酸（PTA）与乙二醇（EG）为原料，经过酯化反应阶段和缩聚反应阶段生成聚对苯二甲酸乙二醇酯（PET）。缩聚反应过程总是通过一定的方法实现的。目前工业上广泛采用的有熔融缩聚、溶液缩聚和界面缩聚等方法。PET的合成采用的是熔融缩聚，即在反应中不加溶剂，使反应温度在原料单体和缩聚产物熔化温度以上（一般高于熔点10～25℃）进行的缩聚反应。熔融缩聚法的特点是反应温度高（一般在200℃以上）。温度高有利于提高反应速率和低分子副产物的排除。此法一般用于室温下反应速率很小的可逆缩聚反应。熔融缩聚生产工艺简单，由于不需要溶剂，减少了溶剂蒸发的损失和省去回收溶剂的工序，减少污染，有利于降低成本。由于反应为可逆平衡，在生成大分子的同时，还有若干副反应产生，这些可看作逆反应，PET合成的副反应可分以下三个方面：（1）单体或低聚物的环化反应环化物的含量温度的升高而增加。往往生成通式为的环化物（n一般为2）。当温度有210℃升到340℃时，其含量由1％增加到5％。（2）单体的副反应由于熔融缩聚的反应温度较高，在缩聚过程中常发生各种各样的副反应。a.单体乙二醇形成二氧六环温度越高，反应越明显。b.乙二醇的脱水反应如果催化剂为醋酸锌，此种反应更为明显。此外，乙二醇还可进行二聚反应。而二元羧酸单体，在反应温度较高时也会发生脱羧反应。（3）聚合物的副反应a大分子链端基的裂解与环状齐聚物的形成HO(CH2)2O(CH2)OH→CH2＝CHO(CH2)OH+H2OCH2=CHO(CH2)2OH→2CH3CHO由于大分子链中酯键的裂解作用，或分子内、分子外的酯交换作用，使缩聚过程中生成环状齐聚物。b大分子链的热裂解与链交换作用PET大分子链中的酯基（）能与体系中存在的水、酸、醇等进行裂解反应，且链节之间进行交换。这种酯键的热裂解反应是一种亲电子的异裂反应，羧基上的氧原子向位于酯键β位的氢原子进攻，形成羧基和烯烃，这种热裂解反应可在任意位置的酯键上发生。故，为防止这类副反应，必须在无氧及惰性气体保护下进行缩聚反应。另外，还可添加稳定剂等添加剂，以提高其热稳定性。1.2聚酯的应用　聚酯的用途可分为纤维和非纤维两大类。聚酯开发初期主要用于制造合成纤维(占PET消耗量的70％左右)，以聚酯为原料生产的聚酯纤维因其极佳的纺用性能，能很好地替代天然纤维中的棉花、羊毛、真丝、麻类纤维等，其用量很快超过尼龙纤维，成为合成纤维中的主导产品。　　聚酯的非纤维应用包括薄膜、容器和 工程 路基工程安全技术交底工程项目施工成本控制工程量增项单年度零星工程技术标正投影法基本原理 塑料。聚酯非纤维应用的主要领域是制造充装饮料、食品等的包装容器。由于聚酯有较好的结晶性、刚性和强度，对非极性气体的阻隔性高，耐蠕变性和尺寸稳定性好，线膨胀系数小，这些优良性能使其很适用于做包装材料。与玻璃瓶和一般的塑料瓶相比，聚酯瓶具有透明性好，易于回收，力学强度高，耐化学腐蚀等优点。聚酯的另一大非纤维应用是生产聚酯薄膜，聚酯薄膜具有良好的热稳定性、尺寸稳定性、防潮性、耐化学性、阻隔性和较高的透明度及硬度，且易于运输，因此聚酯薄膜可用作包装、印刷、磁记录、感光、绝缘材料等，其中尤以食品包装用途最为广泛。另外，根据对产品性能的要求，通过复合等措施，聚酯薄膜的性能还能有进一步的改进。第二章工艺流程和方案的说明及论证2.1工艺路线的选择2.1.1合成原理用精制后的对苯二甲酸双羟乙酯或它与苯甲酸混合的反应物进行缩聚反应，分离出乙二醇后即得聚对苯二甲酸乙二醇酯，其反应如下：　2.1.2合成路线的选择及流程简述基于以上对合成路线及工艺流程的简单介绍，再结合设计的需要，最后本次设计采用酯交换法的连续缩聚法。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。2.1.3合成路线PET可由单体对苯二甲酸（PTA）和乙二醇（EG）经缩聚反应而成。工业生产中，按其合成路线可分三种。（1）直缩法PTA与EG直接酯化生成对苯二甲酸二乙二醇酯（或称对苯二甲酸双羟乙酯，简称BHET），再由BHET经缩聚反应得PET，其反应如下：此法是先直接酯化再缩聚，故称直缩法。用高纯度的对苯二甲酸与乙二醇反应，可省去对苯二甲酸二甲酯的制造和精制及甲醇的回收，因而成本有所降低。1956年开始研究此法，于1963年开始工业化生产。对苯二甲酸与乙二醇的混合物不象对苯二甲酸二甲酯与乙二醇的混合物，后者为一均匀溶液，前者为浆状物。要将这种浆状物混合均匀并加热反应很困难的，且在高温下PTA易升华，不但反应速度缓慢，还易产生醚化反应。为使浆状物混合良好，往往加入过量的乙二醇，这样又会加速醚化反应，结果使所得聚合物质量低劣。因而直接酯化法的关键在于：解决浆状物的混合问题；提高反应速度，使其达到工业生产的要求；抑制醚化反应。（2）酯交换法早期生产的单体PTA纯度不高，又不易提纯，不能由直接法制得质量合格的PET。因而将纯度不高的PTA先与甲醇反应生成对苯二甲酸二甲酯（DMT），后者较易提纯。再由EG与高纯度的DMT（≥99.9％）进行酯交换反应生成BHET，随后缩聚成PET，其反应如下：（DMT）（DMT）（EG）因合成过程中必须经过酯交换反应，工业中称此法为酯交换法。BHET合成是在催化剂存在下进行的，催化剂多为乙酸锌、乙酸锰或乙酸钴，或者与三氧化锑混合使用，催化剂用量为0.01％～0.05％（DMT重）。在生产中，先将乙二醇加入溶解釜中，然后加入DMT，EG：DMT=1：2.5（mol），溶解温度为150～160℃，EG过量可促使酯交换反应进行完全。当物料完全溶解后用泵溶液输送至酯交换釜，同时加入催化剂。加料完毕后升温到180～190℃，甲醇在170℃左右开始蒸出。在酯交换过程中应通入氮气保护以防止氧化。当甲醇馏出量为理论的85％～95％时，就可认为酯交换反应完毕，时间约为3～6小时。当温度上升到260～280℃时即达反应终点。（3）环氧乙烷加成法因为乙二醇是由环氧乙烷制成的，若由环氧乙烷（EO）与PTA直接加成得BHET，再缩聚成PET。这个方法称为环氧乙烷法，反应步骤如下：（PTA）（EO）此法可省去由EO制取乙二醇这一个步骤，故成本低，而反应又快，优于直缩法。但因EO易于开环生成聚醚，反应热大（约100kJ/mol），EO易热分解，又EO在常温下为气体，运输及贮存都较困难，故此法尚未大规模采用。在三种合成路线中，酯交换聚酯法和直接酯化法现在依然是合成聚酯的两大主要工艺路线，其生产过程（如图1）所示图1酯交换和直接酯化聚酯法工艺路线的生产2.2工艺流程设计PET生产的工艺流程可分为间歇法、连续法和半连续法。间歇法比较简单，主要是一个酯化（或酯交换）反应器及一个缩聚反应器组成；而连续法，则由很多个反应器串联而成，最终产品PET可连续不断地送去铸带、切拉，或直接纺丝。连续式所得产品质量稳定，适合大批量生产。我国几个大的石化公司如：上海金山石化公司、北京燕山石化总公司等均采用连续缩聚。也有人研究并开发了半连续法，即在酯化和缩聚两个过程之间设一个中间贮存糟，酯化后得到的BHET可存放于此槽中，定时定量的送入间歇缩聚反应器中进行缩聚。一个中间槽可配几个缩聚反应器，故此法适宜生产多品种PET的需求。2.2.1连续缩聚一般可分为三段：第一段是除去酯化或酯交换反应中多余或产生的乙二醇；第二段是低聚合度物料缩聚，这时物料黏度较低，设备可以用釜式、塔式（容量板塔）和卧式反应器，设备容量较大，要求物料接触充分，加热均匀，不堵塞、不返料，采用二级蒸汽喷射泵抽真空，一般称这一阶段为预缩聚。辽宁石化总公司的预缩聚结构较特殊，有12块塔板，塔板上有热油盘管，加热均匀，无返料，副反应少；第三段是在高真空下进行的缩聚，称后缩聚，此时进入后缩聚釜的物料黏度较大（反应后期已达200Pa·s以上），设备的结构较新，以利于小分子副产物排除。尽量使物料呈活塞流动，不发生返混现象。防止物料滞留、局部过热降解，影响产品质量。缩聚釜的形式很多，常见的有盘环式、鼠笼式、螺杆反应式等。物料用泵强制输送，采用四、五级蒸汽喷射泵抽真空。2.2.2间歇缩聚间歇缩聚的工艺流程比较简单，只有一台缩聚釜。酯交换结束后的物料（BHET）用氮气压入缩聚釜，在低真空下（40mmHg）进行前缩聚，然后在高真空下进行后缩聚。缩聚结束后由氮气将物料压出，铸带、冷却、切粒及干燥，最后得粒状产物。2.3工艺参数的选择2.3.1催化剂为了加速BHET的缩聚反应，常须加入催化剂。对催化剂的要求应为：有较强的催化作用；不催化副反应及PET的热降解反应；能很好地溶解于PET中，且不使PET着色。在PTA与EG直接酯化中所用催化剂，如醋酸钴、钙、锌等化合物虽然对BHET的缩聚反应也有催化作用，但他们在高温下却能使PET加速热降解，自身又能被产生的羧基抑制而“中毒”失去催化效用。经过大量的筛选和研究，至今找到的最合适的BHET缩聚催化剂是Sb2O3。由动力学研究测知，Sb2O3的催化活性与反应中羟基的浓度成反比。在缩聚反应的后期，PET分子量上升，羟基浓度下降，使得Sb2O3的催化活性更为有效。Sb2O3的用量一般为PTA质量的0.05％，或DMT质量的0.03％～0.05％。因Sb2O3溶解性稍差，近年来有采用溶解性好的醋酸锑，或热降解作用小的锗化合物，也有用钛化合物的。2.3.2稳定剂为了防止PET在合成过程中和后加工熔融纺丝时发生热降解（包括热氧降解）常加入一些稳定剂。工业上最常用的是磷酸三甲酯（TMP）和亚磷酸三苯酯和磷酸三苯酯。尤其是后者效果更佳，因为它还具有抗氧化作用。对稳定剂的作用有两种观点；一种认为是封锁端基的作用，防止PET降解；另一种认为是稳定剂能与直接酯化过程中的催化剂金属醋酸盐相互结合，抑制了醋酸盐对PET热降解反应的催化作用。稳定剂用量越高，即PET中含磷量越高，其热稳定性也越好。但是稳定剂可使缩聚反应的速度下降，在同样的反应时间下所得PET的分子量较低，即对缩聚反应有迟缓作用，工业生产中必须考虑这个副作用。稳定剂用量一般为PTA的1.25％（质量），或DMT的1.5％～3％（质量）。2.3.3缩聚反应的温度与时间缩聚时产物PET的分子量（即[η]）与反应温度及时间的关系（见图2）所示。从图中可看到每一个反应温度下，[η]值都出现一个高峰。说明缩聚时既有使分子链增长的反应，同时存在有使分子链断裂的降解反应。反应开始时，由低聚物缩聚成较大分子的反应为主，待PET分子增大后，裂解反应起主要作用。反应温度较高时，反应速率较快，故[η]到达极大值的时间较短，但高温下热降解严重，此极大值较低。在生产中必须根据具体的工艺条件和要求的黏度值来确定最合适的缩聚温度与反应时间。当黏度达到极大值后，应尽快出料，避免因出料时间延长而引起分子量下降。图2PET的[η]与缩聚反应温度及时间的关系2.3.4缩聚反应的压力因为BHET缩聚反应是一个平衡常数很小的可逆反应，为了使反应向产物PET生成的方向移动，必须尽量除去EG，也就是说反应过程中需要抽高真空。图3指出不同压力下PET的[η]与反应时间的关系。可知在285℃下反应时，压力越低，可在较短的反应时间内获得较高的[η]值1.02.03.04.05.0时间，h图3PET的[η]与压力及反应时间的关系一般在缩聚反应的后阶段中可要求反应压力低达0.1kPa。工业上常用五级蒸汽喷射泵或乙二醇喷射泵来达到这个要求。2.3.5搅拌的影响PET合成时，必须采用激烈的搅拌，使熔体的气液界面不断更新，有利于EG逸出。在同样反应条件下，搅拌速率越快，获得的PET分子量越高。在连续缩聚法中，当反应处于初缩聚阶段，常可采用塔式设备。黏度不太大的熔体可在塔内的垂直管中自上而下作薄层运动，以提高EG蒸发的表面积。当缩聚反应进行至中、后期，熔体黏度较大，通常采用卧式熔融缩聚釜。卧式熔融缩聚釜具有横卧式的中心轴，轴上安装有多层螺旋片，可推动物料前进；另有数层网片（插在螺旋片间），可增加EG蒸发表面。网片旋转时，网片上的网孔将粘附有薄膜状的物料暴露于缩聚釜上半部的空间中，不断形成新表面，有助于EG的排除。总之，无论采用哪种搅拌形式，其作用是增加EG的蒸发扩散的表面积，或减少扩散液层的厚度，以加速缩聚反应。2.3.6其他添加剂（1）扩链剂在缩聚后期，EG不易排除，常可加入二元酸二苯酯（如草酸二苯酯）作为扩链剂，可发生下列反应。生成的苯酚易于逸出，有利于大分子链增长。如[η]=0.5的PET树脂，加入一定量的扩链剂，抽至高真空，在20分钟左右即可提高至[η]=1.0。（2）消光剂由此可以改进反光色调，并具有增白作用。其用量常为PET的0.5％。（3）着色剂有时可把色料和缩聚原料一起加入反应釜中反应，可得到颜色较为均匀的有色PET树脂，这种方法称为原液着色。因为缩聚反应温度较高，必须采用耐温型的着色剂，如酞菁兰、炭黑及还原艳紫等。2.3.7总结（1）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。（2）在不同反应阶段，各项影响因素对最终产品各项指标的影响力度不同，应找出最主要的影响因素加以调整。（3）对于最终产品质量的影响因素，应综合不同反应阶段一起调整。（4）酯化反应主要受温度、压力、停留时间的影响，仅在后期受EG/PTA摩尔比的影响。DEG的生成主要是在酯化阶段，DEG含量应主要从酯化阶段入手。预缩聚阶段端羧基含量高的主要原因与酯化反应的酯化率有很大关系。因此，酯化反应的优化非常重要。（5）在参数优化过程中，影响参数也应综合考虑，在调整一项参数的同时，可以适当调整其它参数，以补偿因调整该项参数对其它指标造成的影响。2.4影响聚酯反应的因素2.4.1EG/DMT投料比EG/DMT投料比指EG/DMT实际投入打浆釜的摩尔比。从反应机理中可知，反应生成的BHET可代替EG参加酯化反应，同时在缩聚反应中又生成EG，因而理论上EG/PTA投料比是2。但实际生产控制在1.1～1.33为宜。EG/DMT投料比增大，EG加入量增大，从而使酯化反应釜中酯化反应的副反应——醚化反应增大，最终导致产品熔点下降。此外，酯化分馏柱温度及柱顶温度控制高出正常值范围，也会使酯化水中EG含量过高（>5%）而影响正常生产。EG/PTA投料比减小，将导致酯化不完全。未参加反应的PTA物料导入缩聚釜后，由于大分子链端基部分大部分为羧基，形成了链终止剂，从而不能生成工艺要求所需的大分子PET。2.4.2反应温度当反应温度过低时，酯化反应停止。大量EG在次温度下蒸发（EG沸点为197℃）。在实际生产中，酯化分馏柱温度及柱顶温度超出正常工艺范围值，会导致大量EG蒸出，进一步导致EG/DMT摩尔比下调，最终导致产品质量下降。当反应温度高时，反应速度加快，导致釜内生成的水不能及时蒸出，副反应增多，产品熔点降低，影响后加工染色性能，使色度增加，影响产品外观。2.4.3酯化反应时间物料在酯化釜内停留时间一般不宜过长。反应时间过长会导致副反应增大，熔点下降，色值增大。反应时间过短会形成釜内起压或导致低于反应温度而形成EG蒸出现象。因而反应时间必须按实际设计的工艺要求控制。2.4.4缩聚反应釜的真空度缩聚反应的真空阶段分两个部分即低真空阶段和高真空阶段。在低真空阶段，反应物较稀，分子链小，真空度上升的速度要均衡，否则会使物料大量带出造成泛液，一般低真空阶段控制在30min~40min；在高真空阶段，反应物料较为粘稠，分子链长，分子之间缩合出EG也越来越少，因此，要从较粘稠的物料中抽出少的EG，必须使真空度提高。因而在反应后期，若真空度达不到规定工艺值，反应生成的EG就不能及时抽出，致使反应时间过长，最终影响产品的黏度与色值。2.4.5缩聚反应温度缩聚反应本身是一个放热反应，但由于反应初期有大量的EG生成，为了使其蒸发，需要大量的蒸发热，因反应放出的热量不足使大量生成的乙二醇（EG）蒸发，故反应初期必须对其加热。反应后期，生成的EG量少，反应本身放出的热量即可维持反应进行。2.4.6缩聚反应时间缩聚反应时间也是影响产品质量指标——黏度的重要因素。反应时间长，黏度大，产品聚合度高；但过长会导致物料在釜内热裂解，端羧基增多，黏度下降，色值上升。生产中，应按工艺要求控制缩聚反应时间。2.5工艺流程图的绘制及说明2.5.1PET生产工艺流程简图图1PET工艺流程方块图2.5.2生产工艺流程说明EG和DMT以一定的摩尔比[(2.～2.5:1)配制好的浆料经预热后进入三个串联的阶梯式酯化釜的第一级.Co-Ca催化剂（0.04%）也在此加入.第一级酯化釜温度控制在180-190℃,反应大约3h,一级常压酯交换率为69%-70%。二级酯交换反应釜温度控制在200-210℃，反应3h,常压酯酯交换率为90%-92%。三级酯交换反应釜温度控制在210-215℃，反应3h,常压酯酯交换率为97%-98%。由于酯交换反应温度高，酯交换生成的甲醇夹带着EG被蒸出反应釜，为了保持反应釜的原料配比（EG与DMT摩尔比）不变，甲醇与EG混合蒸汽分别在精馏塔中进行分离。经过冷凝器冷凝，回收甲醇。通过酯交换反应生成的BHET等物料送入BHET储槽，同时加入消光剂（0.4%）与稳定剂（2%），在此釜中控制温度230-235℃，搅拌1-1.5h，常压酯交换率>99%.由BHET储槽出来的物料先后进入到缩聚反应釜，在抽真空条件下进行缩聚反应，得到具有一定聚合度的PET熔体。由缩聚釜蒸出的EG蒸汽经过分离出夹带的少量低聚物后，进入EG洗涤器进行冷凝。冷凝下来的EG通过循环泵冷却器冷却后循环使用，多余的EG送到EG回收装置处理。其中第一缩聚釜反应温度控制在230-235℃,在45-50KPa下反应1h；第二缩聚釜反应温度控制在270-275℃,在1.5-3.0KPa下反应2.5-3.0h；第三缩聚釜反应温度控制在275-280℃,在0.1-0.3KPa下反应5-6h；最后由缩聚釜出来的熔体PET进行后处理得到产品。回收的辛醇一部分直接循环到酯化部分使用，另一部分需进行分馏和催化加氢处理。生产废水（COD值700～1500mHg/L）用活性污泥进行生化处理后再排放。本工艺流程特点：原料简单，工艺流程短，物料循环使用，生产效率高。第三章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2消光剂0.5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3-1表3-1 名称 TPA EG 水 甲醇 BHET DMT 相对分子质量 166 62 18 32 254 194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。3.1酯交换阶段3.1.1第一酯交换器R101物料衡算101.0DMT：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=4.67kg/h合计：11685.38+8028.66+4.67=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=17019.87kg/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+8028.66+4.67=19718.71kg/h总出料量=M催化剂+MBHET+M剩DMT1+M剩EG1+M甲醇=19718.71kg/h整理计算结果得：表3-2DMT酯交换法连续操作物料平衡表单位：kg/h 物料名称 进料 出料 DMT 11685.38 3505.61 EG 8028.66 2800.70 催化剂 4.67 4.67 BHET ~ 10708.89 甲醇 ~ 2698.30 合计 19718.71 19718.713.1.2第二酯交换器R102物料衡算102.0催化剂：M催化剂=0.04/100×MDMT=4.67kg/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：4.67+10708.89+3505.61+2800.70=17019.87kg/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；又生成甲醇的质量为：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=16171.66/h；102.2为：M甲醇2=n×0.22×2×32=848.04kg/hR102物料平衡验算：总进料量=4.67+10708.89+3505.61+2800.70=17019.87kg/h；总出料量=16171.66+848.04=17019.87kg/h整理计算结果得：表3-3DMT酯交换法连续操作物料平衡表单位：kg/h 物料名称 进料 出料 DMT 3505.61 934.83 EG 2800.70 1157.62 催化剂 4.67 4.67 BHET 10708.89 14074.55 甲醇 ~ 848.04 合计 17019.87 17019.873.1.3第三酯交换器R103物料衡算103.0催化剂：M催化剂=0.04/100×MDMT=4.67kg/hBHET质量为：MBHET=n×0.92×254=14074.55kg/h；DMT质量为：M剩DMT=934.83kg/h；EG质量为：M剩EG=1157.62kg/h；合计：4.67+14074.54+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=6883.12×0.02=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3=n×0.06×2×32=231.28kg/hR103物料平衡验算：总进料量=4.67+14074.55+934.83+1157.62=16171.67kg/h；总出料量=15940.38+231.28=16171.67kg/h整理计算结果得：表3-4DMT酯交换法连续操作物料平衡表单位：kg/h 物料名称 进料 出料 DMT 934.83 233.71 EG 1157.62 709.51 催化剂 4.67 4.67 BHET 14074.55 14992.45 甲醇 ~ 231.28 合计 16171.67 16171.673.1.4BHET储槽物料衡算R201.0催化剂：M催化剂=0.04/100×MDMT=4.67kg/hBHET质量为：MBHET=n×0.98×254=14992.45kg/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=0.02MDMT=233.71kg/h；M消光剂=0.005MDMT=58.43kg/h；合计4.67+917.90+233.71+709.51+233.71+58.43=2157.32kg/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；又生成甲醇的质量为：M甲醇3=n×0.015×2×32=57.82kg/h剩余DMT质量为：M剩DMT3=11685.38×0.005=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：2157.32-57.82=2099.5kg/h；BHET的质量为：917.90+229.48=1147.38kg/h；整理计算结果得：表3-5DMT酯交换法连续操作物料平衡表单位：kg/h 物料名称 进料 出料 DMT 233.71 58.43 EG 709.51 597.48 催化剂 4.67 4.67 BHET 14992.45 15221.93 甲醇稳定剂消光剂 ~233.7158.43 57.82233.7158.43 合计 16232.48 16232.483.2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3-6 R201 R202 R203 X 0.99 1 1 P 0.96 0.984 0.9901 Mr 1.05 1.026 1.0099 Xn 25.0 62.5 103 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=15221.93×98.5%=14993.60kg/h；n=M1/254=59.03kmol/h；催化剂：M2=4.67×98.5%=4.60kg/h；稳定剂：M3=233.71×98.5%=230.20kg/h；消光剂：M4=58.43×98.5%=57.55kg/h；3.2.1第一缩聚釜R301物料衡算R301.0合计：M1+M2+M3+M4=15285.95kg/h；R301.1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：M2×98.5%=4.53kg/h；稳定剂变为：M3×98.5%=226.75kg/h；消光剂变为：M4×98.5%=56.69kg/h；聚合反应生成EG的质量：MEG1=n1×P×62=3460.49kg/h；生成聚合物的质量：MPET1=n1×P×254-MEG1=10716.37kg/h；剩余BHET质量为：MBHET1=n1×(1-P)×254=590.70kg/h；故R301.2为：3460.49+15285.95×0.015=3689.78kg/h；R301.1为：4.53+226.75+56.69+10716.37+590.70=11595.04kg/h；R301物料平衡验算：总进料量=15285.94kg/h总出料量=3689.78+11595.04=15285.94kg/h；整理计算结果得：表3-7DMT酯交换法连续操作物料平衡表单位：kg/h 物料名称 进料 出料 EG ~ 3689.78 催化剂 4.60 4.53 BHET 14993.60 590.70 稳定剂 230.20 226.75 消光剂 57.55 56.69 聚合物 ~ 10716.37 合计 15285.95 15285.953.2.2第二缩聚釜R501物料衡算R501.0进料为201.1=11595.04kg/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=4.48kg/h；稳定剂变为：226.75×0.99=224.48kg/h；消光剂变为：56.69×0.99=56.12kg/h；聚合反应生成EG的质量：MEG2=n2×P×62=140.32kg/h；生成聚合物的质量：MPET2=n2×P×254-MEG2=434.53kg/h；剩余BHET质量为：MBHET2=n2×(1-P)×254=9.35kg/h；故R501.2为：140.32+11595.04×0.01=256.27kg/h；R501.1为：4.48+224.48+56.12+MPET总+9.35=11445.63kg/h；R501物料平衡验算：总进料量=11595.04kg/h总出料量=256.27+11338.63=11595.04kg/h；整理计算结果得：表3-8R501.0酯交换法连续操作物料平衡表单位：kg/h 物料名称 进料 出料 EG ~ 140.32 催化剂 4.53 4.48 BHET 590.70 9.35 稳定剂 226.75 224.48 消光剂 56.69 56.12 聚合物 10716.37 11150.09 合计 11595.04 11595.043.2.3第三缩聚釜R502物料衡算R502.0进料为R501.1=11445.63kg/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285.08kg/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R502.2为：2.26kg/h；R502.1为：MPET总+M助剂+0.09=11443.06kg/h；R502物料平衡验算：总进料量=11445.63kg/h总出料量=2.26+11336.37=11445.63kg/h；整理计算结果得：表3-8R501.0酯交换法连续操作物料平衡表单位：kg/h 物料名称 进料 出料 EG ~ 2.26 催化剂 4.48 4.48 BHET 9.35 0.09 稳定剂 224.48 224.48 消光剂 56.12 56.12 聚合物 11150.09 11157.09 合计 11445.63 11445.633.3切粒包装此阶段物料损失1%，则纯PET质量为：MPET总×0.99=11157.09×0.99=11045.52kg/h。第四章热量衡算4.1能量衡算概述在化工生产中，有些过程需消耗巨大的能量，如蒸发、干燥、蒸馏等；而另一些过程则可释放大量能量，如燃烧、放热化学反应过程等。为了使生产保持在适宜的工艺条件下进行，必须掌握物料带入或带出体系的能量，控制能量的供给速率和放热速率。为此，需要对各生产体系进行能量衡算。衡量化工产品能量消耗水平的指标是能耗，即制造单位质量（或单位体积）产品的能量消耗费用。能耗也是衡量化工生产技术水平的主要指标之一。而能量衡算可为提高能量的利用率，降低能耗提供主要依据。通过能量衡算，可确定整个工艺系统的能耗是否符合设计合同的要求。4.2能量衡算遵循的原则物流焓的基准状态包括物流焓的基准状态包括物流的基准压强、基准温度、基准相状态，由能量守恒定律：输入系统的能量=输出系统的能量+系统积累的能量。对于连续系统：Q+W=ΣHout–ΣhinQ——设备的热负荷。W——输入系统的机械能。ΣHout——离开设备的各物料焓之和。ΣHin——进入设备的各物料焓之和。本工艺计算以单元设备为对象，考虑由机械能转换、化学反应释放能量和单纯的物理变化带来的热量变化。（1）主要物性参数，由相关资料查得以下数据：HθEG（25℃）＝－454.92KJ/molHθCH3OH（25℃）=－726.65KJ/molHθDMT（25℃）=－642.52KJ/molHθPET（25℃）＝－209.2KJ/molHθ水（25℃）＝－241.818KJ/molCP（甲醇）＝81.6J/mol.K-1CP（PET）＝261.1J/mol.K-1CP（EG）＝149.8J/mol.K-1（2）基本公式∑Q=∑H出—∑H进Q=WCpΔTΔH=H2—H1汽化热H甲醇/T沸=88J/molH乙二醇/T沸=134J/mol4.3主要反应条件表4.3PET生产主要反应条件 名称酯化一釜酯化二釜酯化三釜前缩聚釜后缩聚釜 T（℃）180~190200~210210~215270~275275~280t（h）2~32~32~32.5~3.05~6P（105Pa）1.01~11.01~11.01~10.015~0.030.001~0.0034.4主要计算过程根据物料平衡关系示意图，忽略催化剂、消光剂的影响。将EG投入浆料罐时，取室温为25℃。参考表7的工艺条件参数。101.0进料EG带入的能量：HEG（25℃）＝HθEG（25℃）×NT0（EG）＝－454.92KJ/mol×8028.66(kg/h)/62(kg/kmol)＝－58909.65KJ/h式中NT0（EG）——EG的进料摩尔流量。进料DMT带入的能量：HDMT(25℃)=HDMTθ（25℃）×NT0（DMT）=－642.52KJ/mol×60.23kmol/h)＝－38698.98KJ/h式中NT0（DMT）——DMT的进料摩尔流量合计：－58909.65－38698.98=－97608.63KJ/h101.2取第一酯交换反应釜的温度为190℃，上升甲醇的质量流量为2698.30Kg/h，则H醇（190℃）＝（Hθ＋CPΔT）N＝[－726.65＋48.785×10-3（190－25）]×2698.30×103÷32＝-60593739.43KJ/hH醇气＝88×10-3×（273＋139）×2698.30×103÷32＝3057173.90KJ/h合计：-60593739.43＋3057173.90＝-57536565.53KJ/h102.2取第二酯交换反应釜的温度为210℃，上升甲醇的质量流量为848.04Kg/h，则H醇（210℃）＝（Hθ＋CPΔT）N＝[－726.65＋48.785×10-3（210－25）]×848.04×103÷32＝-19017953.57kJ/hH醇气＝88×10-3×（273＋139）×848.04×103÷32＝960829.32KJ/h合计：-19017953.57＋960829.32＝-18057124.25KJ/h103.2取第三酯交换反应釜的温度为210℃，上升甲醇的质231.28Kg/h，则H醇（210℃）＝（Hθ＋CPΔT）N＝[－726.65＋48.785×10-3（210－25）]×231.28×103÷32＝-5186633.06kJ/hH醇气＝88×10-3×（273＋139）×231.28×103÷32＝262040.24KJ/h合计：-5186633.06＋262040.24＝-4924592.82KJ/h301.2取第一缩聚反应器的温度为235℃，上升乙二醇的质量流量为3460.49Kg/h，则H乙二醇（235℃）＝（Hθ＋CPΔT）N＝[－454.92＋149.8×10-3（235－25）]×3460.49×103÷62＝-23593453.38KJ/hH汽＝134×10-3×（273＋143）×3460.49×103/62＝3111315.40KJ/h合计：-23593453.38＋3111315.40＝-20482137.98KJ/h501.2取第二缩聚反应器的温度为275℃，上升乙二醇的质量流量为140.32Kg/h，则H乙二醇（275℃）＝（Hθ＋CPΔT）N＝[－454.92＋149.8×10-3（275－25）]×140.32×103÷62＝—944828.87KJ/hH汽＝134×10-3×（273＋143）×140.32×103/62＝126161.25.58KJ/h合计：-944828.87＋126161.25.58＝-818667.62KJ/h502.2取第二缩聚反应器的温度为285℃，上升乙二醇的质量流量为2.26Kg/h，则H乙二醇（285℃）＝（Hθ＋CPΔT）N＝[－454.92＋149.8×10-3（285－25）]×2.26×103÷62＝-15162.85KJ/hH汽＝134×10-3×（273＋143）×2.26×103/62＝2031.96KJ/h合计：-15162.85＋2031.96＝-13130.89KJ/h502.1出料熔体带出的能量：HPET（285℃）＝[HθPET(25℃)＋CP·ΔT]·NPET＝[－209.2KJ/mol＋261.1J/mol·K×10-3×（285－25）]×11157.09kg/h×103÷20000＝－78832.65KJ/h式中NPET——出料熔体的质量流量总的能量平衡关系为：HEG（25℃）＋HDMT（25℃）＋Q热媒＝HPET（285℃）＋Σ（H甲醇＋H乙二醇）则Q热媒＝（-57536565.53－18057124.25－4924592.82－20482137.98－818667.62－13130.89）－(－97608.63)＝-101734610.5kJ/h尽管在聚酯工艺中所有的载热管道均采用了包裹石棉的保温措施，但还是避免不了一部分热量的散失，这里以10％的散失率来计算，所以热煤炉消耗的功率为：W热媒＝Q热媒÷（1－10％）÷3600＝101734610.5÷0.9÷3600＝31399.57KW4.5各应器能量平衡表4.5各个反应器热量平衡表 设备 进 出 热交换 R101 -52795.937MJ/h -36274.805MJ/h 15638.125MJ/h R102 -16666.225J/h -15738.725MJ/h 368.895MJ/h R103 -30495.222MJ/h -29890.366MJ/h 604.856MJ/h R301 -29478.841MJ/h -29478.841MJ/h 0.1817MJ/h R501 -28766.483MJ/h -28766.483MJ/h 8.4MJ/h R502 -14781.55MJ/h -15738.725MJ/h 34.56MJ/h第五章聚合釜及各设备选型5.1釜的选型反应器的结构主要有釜体、搅拌装置、传热装置、工艺接管等组成。这里只对第一酯化釜的釜体进行相关设计计算。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）=11111.11kg/d；b.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=11111.11×3/1084反应液的总体积为：VT=VR/0.6=51.251m3；对于此反应可选用60m3不锈钢聚合釜，此釜的直径为650mm，筒体切线长度为975mm，长径比为1.5，釜重1016.6kg。此釜封头高度根据国标h=0.25D=162mm，封头直边高度为100mm。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。5.2.1搅拌器的选型搅拌叶与搅拌轴之间的夹角不同，对流体产生的搅拌效果不同，按此原则可将搅拌桨大致分为三类。平叶桨：搅拌桨叶与搅拌轴平行，以剪切作用为主，流动类型为径向流动，如平桨、直叶或弯叶涡轮桨、锚式桨、框式桨等。折叶桨：搅拌桨叶与搅拌轴有一定的角度，以循环流动为主，流动类型为轴向流动，如斜桨、开启式折叶涡轮桨和圆盘式折叶涡轮桨等。螺旋叶面桨：搅拌桨叶绕搅拌轴螺旋上升，如推进式桨、螺杆式桨、螺带式桨等。一个好的选型方法最好具备两个条件，一是选择结构合理，一是选择方法简便，而这两点却往往难以同时具备。由于液体的黏度对搅拌状态有很大影响。所以根据搅拌介质黏度大小来选型是一种基本的方法。对于高黏度体系，由于黏度较大，不能有太大的剪切速率，否则易造成摩擦生热，另外还会使搅拌轴承受较大的扭矩，搅拌功率大，能量消耗大，因此高黏体系需在很低的转速下搅拌。在低搅拌转速条件下，物料处于层流状态，单靠流动是不能满足混合需要的，所以需要有较大的推动面积及搅拌直径。随着黏度增高的各种搅拌器使用顺序为推进式、涡轮式、桨式、锚式和螺带式等。根据搅拌过程的目的与搅拌器造成的流动状态，本设计的搅拌器采用圆盘式斜叶涡轮桨和圆盘式直叶涡轮桨，搅拌级别为7-10级。根据《聚合物合成工艺设计》表6-4知圆盘式涡轮桨的Z=4~8，d/D=1/4~1/2，b/d=1/8~1/5，C/D=1，ut=2~10m/s，d:L:b=20:5:4，因此取d/D=1/3，则d=0.33×2600=867mmL=0.25d=0.25×867=217mmb=0.2d=0.2×867=173mm5.2.2换热器的选型在釜体外侧安装各种形状的钢结构，使其与釜体表面形成密闭的空间，在此空间内通入传热介质，这种结构称为夹套，搅拌釜一般都采用夹套这种传热装置。PET合成中有气体蒸出，且易夹带低聚物，所以夹套方式采用全包式，以便使低聚物遇到热的上封头时熔融，流回到反应液中，防止物料挂壁。当需要的传热面积较大，单靠夹套面积不能满足需求时，可采用内置传热装置的方法增加传热面积。内置传热器的主要型式有蛇管（盘管）式、列管式、直管式、传热环等多种型式。因为反应前期反应体系的黏度不大，因此本设计采用列管式换热器。5.2.3EG进料管道的选型由《化工原理》查得，20℃时,ρ＝1113kg/m3，μＥＧ＝23mPa·s，属于高黏度液体，查《聚合物合成工艺设计》，取u＝0.5m/s.则VS＝WS/ρ＝9124.39kg·h-1÷1113kg·m3÷3600s＝0.002277m3/sd＝(4VS/πu)1/2＝[4×0.002277÷(3.14×0.5)]1/2＝0.07617m＝76.17mm式中WS——EG的质量流量；VS——EG的体积流量。根据《化工设备机械基础》附录7，采用Ф80×3mm的热轧无缝钢管。第六章聚酯生产的三废处理6.1聚酯生产的三废处理国内聚酯生产初期,由于生产不稳定,废水排放失控,废水处理装置故障多,废水处理处于瘫痪状态.随着生产的稳定,废水排放的严格控制,设备和工艺的整改,废水处理实现了达标排放.废渣的处理也要做好,否则会造成二次污染.因安全技术原因,目前未能进行废气燃烧处理.PET生产中废水的来源主要是：热媒真空喷射水、锅炉排放水、缩聚真空喷射水、酯化废水汽提排放、EG和TEG回收废水等。废水处理主要有定期排放、经废水处理塔和废水处理站进行处理。从历史上看，如果生产稳定、质量稳定，则废水状况明显好转，因此在主工艺上，力求稳定生产，减少排放，减少开停车，减少一切意外事故的发生，只有在生产稳定的基础上，落地浆料，过滤器的清洗次数，各种不正常的大量排放才能得到有效的控制，与聚酯生产废水比较，废渣的量较少，但随着生产的继续，废渣不断增多，处理不好，容易造成二次污染，废渣量的多少，和生产量有直接关系，正常生产，各类过滤器清洗极少，工艺管道基本不用拆清，因而工艺排放极少，则落地PTA、浆料等排放物极少。根据生产情况，废渣主要有三个来源，相应有三种处理方法。废水中固体废弃物：废水中的固体物质主要是清洗水中夹带的PTA、低聚物，地板清洗水中的二氧化钛粉，切片粉末等，可静置分层后处理。乙二醇中的固体废弃物：日常生产，会有较多的工艺清洗。如浆料管线的清洗，酯化过滤器的清洗，预缩釜、终缩釜的清洗等等。用水清洗之前，必须排放工艺物质，排放物大多为EG和PTA的低聚物，利用建造分离池来处理废弃物，减少了工人的劳动强度，也有利于EG的回收，还减少二次污染。废料、废块：主要有聚酯废块和终缩釜、预缩釜固液分离器中分离的低聚物，可直接袋装处理。废气处理：酯化废水经汽提塔汽提后，汽提塔顶部排出大量废气，主要成分是乙醛等小分子有机物。按设计此部分废气应送到热媒炉内进行焚烧，但因技术及安全原因，从汽提塔投用至今，汽提尾气燃烧一直未实现。燃烧废气：第一加强公司炉工的技术水平，减少不正常的燃烧；二是把好重油质量关，采用低硫重油。聚酯三废处理工程实际上是一个系统工程，需要从多方面多层次入手，需要从思想认识，措施重视各方面进行加强。首先，必须稳定生产量，减少三废数量，如果生产不正常，无论是废水、废渣还是废气都大大增多，从而无法全部处理三废；其次，三废处理是个综合问题，必须全盘考虑，综合治理，任何生产装置都有一定的生产能力，污水处理装置也不例外。因此，必须对三废产生的所有环节进行控制。一切受控，三废均能处理，任何环节的失控，都会影响全局。良好的三废处理，既产生良好的社会效益，还产生经济效益。如海南兴业对缩聚真空喷射泵水系统进行水质处理后，增加了该水系统水的循环利用率，水消耗大大降低，由1997年前的每月消耗的6万吨水降到以后的每月3万吨，既节约水资源，还每月节约水费上万元。污水的达标排放，改善了周围的环境，排污费也从每月上万元降到几百元。6.2聚酯废料的回收聚对苯二甲酸乙二醇酯（PET或简称聚酯）主要用语生产纤维、聚酯瓶、薄膜等。废聚酯的来源主要有两部分，一部分是生产加工过程中产生的废料、边角料；第二部分则是废气的聚酯包装，如聚酯瓶、聚酯薄膜等。第一种废聚酯较干净，可直接再利用；第二种废料往往带有污染物，必须经过分离先除去污染物和附加物才能进行回收利用。废聚酯的化学回收方法主要有以下几种：甲醇醇解法、水解法、醣酵解法和乙二醇解法。（1）甲醇醇解法的原理是利用废聚酯与甲醇反应，得到对苯二甲酸二甲酯和乙二醇。对苯二甲酸二甲酯可转化为对苯二甲酸或直接用作聚酯原料。甲醇醇解法的化学反应是对苯二甲酸二甲酯与乙二醇发生酯交换反应生成聚酯的逆反应。传统的甲醇醇解工艺尽管解聚反应比较简单，但产品的提纯却很复杂。如果用于解聚的聚酯质量低，就必须对甲醇、乙二醇和对苯二甲酸二甲酯的混合物进行分离。如果聚酯片中还有共聚单体，分离的难度就相应增加。有一些工艺将醇解后的产物以蒸汽的形式而不是液体的形式从反应器中取出。（2）水解法的原理是聚酯同水反应，将聚酯降解为对苯二甲酸和乙二醇。当温度高于100℃时，聚酯会发生水解，水解速度随温度的上升而加快。但要聚酯深度水解得到高纯度对苯二甲酸和乙二醇，其水解须在酸碱催化或高温高压条件下进行。（3）醣酵解法的原理是利用聚酯与乙二醇醛缩二乙醇反应生成多羟基化合物。该法以醋酸锌作催化剂，将聚酯废料、乙醇醛缩二乙醇、催化剂放入一个装有搅拌器、回流浓缩器的四颈树脂反应瓶中，并插入温度计，然后导入氮气，在150℃左右进行反应，反应进行一小时。在该温度下聚酯被溶解。将温度继续升高至190℃，并保持该温度直至反应完成，反应产物经冷却得到多羟基化合物。参考文献[1]肖长发等.化学纤维概论[M].中国纺织出版社，2008.[2]张洋.高聚物合成工艺设计基础[M].北京:化学工业出版社，2005.[3]陈声宗主编.化工设计[M].北京：化学工业出版社，2001.[4]谭天恩等.化工原理[M].北京:化学工业出版社，2008.[5]赵军，张有枕编.化工设备机械基础（第二版）[M].北京：化学工业出版社，2007.[6]赵德仁，张慰盛主编.高聚物合成工艺学[M].北京：化学工业出版社，1997.[7]陈昀主编.聚合物合成工艺设计[M].北京：化学工业出版社，2004.[8]李克友，张菊华，向福如.高分子合成原理及工艺学[M].北京：科学出版社，1999.[9]侯文顺.高聚物生产技术[M].北京：化学工业出版社，2003.[10]陈乐怡，张从容等.常用合成树脂的性能和应用手册[M].北京：化学工业出版社，2000.[11]许周钦.影响聚酯切片产品质量的因素[J].山西化工，2003。[12]王凯，孙建中.工业聚合反应装置[M].北京：中国石化出版社，1997.[13]姚玉英，黄凤廉主编.化工原理（上）[M].天津：天津科学技术出版社，1990.[14]周菊兴主编.合成树脂与塑料工艺[M].北京：化学工业出版社，2000致谢本设计历时一个多月的时间，完成了设计说明书及物料流程示意图纸。以查阅相关资料为基础，罗老师的悉心指导和同学间的热心帮助与合作，才使这次设计得以圆满完成。在设计过程中我的指导老师罗老师循循善诱的教导和开拓创新的思路给了我无尽的启迪。他严谨细致的治学态度，一丝不苟、精益求精的工作作风一直是我工作、学习中的好榜样，朴实无华、平易近人的人格魅力对我影响深远，在此对他表示诚挚的谢意！此外，在进行设计时还得到同组设计人员的很多帮助，在和他们互相探讨，互相学习的过程中，我感受到集体团队的力量和同学之间的友谊，在此一并向他们表示感谢！由于水平有限，设计经验不足，设计中难免有出现疏漏和不妥之处，敬请各位老师指正。EGEG单批DMT（液体）DMT槽料仓熔化槽DMT（固体）PTAPTA料仓浆料混合器甲醇酯交换甲醇分馏塔水水分馏塔酯化预缩聚中等黏度缩聚排出蒸汽冷凝废乙二醇纺丝拉伸容器塑料中黏度切片料仓纺丝长丝加工成型高黏度切片料仓成型短纤维织物和工业用丝薄膜片基瓶子高强度纱线造粒高黏度的最终反应器结晶固相缩聚成型结晶干燥熔融挤压机特性黏度0.81.0283℃272℃293℃246810120.60.40.2时间，h特性黏度40Pa270Pa670Pa2670Pa0.80.40.20.61.0一级酯交换釜二级酯交换釜三级酯交换釜BHE储槽稳定剂TiO2脱除器后缩聚釜前缩聚釜EG/DMT催化剂甲醇回收乙二醇产品PETEG回收R101101.0101.2101.1R102102.0102.1102.2103.0103.1103.2R103201.0201.1R201301.2R201301.0201.1R501501.0501.2501.1R502502.0502.2502.1