1、 2013 届毕业设计说明书年产十万吨涤纶（PET)的生产工艺设计院 、 部： 材料与化学工程学院 学生姓名： 肖卓群 指导教师： 张春燕 职称 讲 师 彭晖冰 职称 副教授 专 业： 化学工程与工艺 班 级： 化本 0902 完成时间： 2013 年 6 月 - 1 -目录摘 要 .- 3 -ABSTRACT.- 3 -1 综述 .- 4 -1.1 聚对苯二甲酸乙二醇酯（PET）的简介 .- 4 -1.1.1 PET 一般性质 .- 4 -1.1.2 PET 的组织结构 .- 4 -1.2 聚对苯二甲酸乙二醇酯（PET）的特性与应用 .- 5 -1.2.1 特性 .- 5 -1.2.2 应用
2、 .- 7 -1.2.3 PET 的加工特性 .- 8 -1.2.4 PET 的加工方法 .- 8 -1.3 中国生产消费现状及产品构成 .- 9 -1.3.1 国内生产消费水平现状 .- 9 -1.3.2 产品构成 .- 9 -1.4 聚酯生产技术进展及现状 .- 10 -1.4.1 聚酯生产技术进展 .- 10 -1.4.2 聚酯生产能力现状 .- 11 -1.5 中国聚酯工业及与国外先进水平的差距 .- 14 -1.6 研究内容、目的及意义 .- 15 -2 PET 生产工艺的比较与确定 .- 17 -2.1 PET 的生产工艺简介 .- 17 -2.1.1 酯交换法生产工艺简介（DMT
3、 法） .- 17 -2.1.2 直接酯化法生产工艺简介（PTA 法） .- 18 -2.1.3 环氧乙烷法生产工艺简介（EO 法） .- 18 -2.2 各生产工艺优劣势比较及工艺选择 .- 19 -2.2.1 TPA 法的生产优势 .- 19 -2.2.2 DMT 法的生产优势 .- 20 -2.2.3 生产工艺的选择 .- 21 -2.3 工艺过程介绍 .- 21 -2.31 反应条件 .- 21 -2.32 生产工艺控制简图 .- 23 -3 物料衡算与能量衡算 .- 24 -3.1 物料衡算 .- 24 -3.1.1 酯交换阶段 .- 24 -3.1.2 缩聚阶段 .- 27 -3.
4、2 能量衡算 .- 29 -3.2.1 酯化工序段能量衡算 .- 30 -3.2.3 聚合工序段热量衡算 .- 30 -4 设备的选型 .- 32 -4.1 缩聚釜的选型 .- 32 - 2 -4.2 其他设备的选型 .- 32 -4.2.1 搅拌装置的设计 .- 32 -4.2.2 泵的选择 .- 33 -4.2.3 换热器的选型 .- 33 -5 车间设备布置设计 .- 34 -5.1 车间设备布置的原则 .- 34 -5.1.1 车间设备布置的原则 .- 34 -5.1.2 车间设备平面布置的原则 .- 34 -5.1.3 车间设立面布置的原则 .- 35 -5.2 车间设备布置 .-
5、35 -5.2.1 车间设备平面布置 .- 35 -5.2.2 车间设备立面布置 .- 35 -6 公用工程 .- 36 -6.1 供水 .- 36 -6.2 供电 .- 36 -6.3 供暖 .- 36 -6.4 通风 .- 36 -7 生产安全及环境保护 .- 37 -7.1 安全要求 .- 37 -7.2 环境保护 .- 37 -7.2.1 三废治理 .- 37 -7.2.2 噪声控制 .- 38 -8 经济衡算 .- 39 -参考文献 .- 40 -致 谢 .- 41 -湖南工学院 20 届毕业设计（论文）课题任务书 .- 42 -湖南工学院本科生毕业论文开题报告 .- 44 -湖南工
6、学院毕业设计(论文)工作进度检查表 .- 47 -湖南工学院 20 届毕业设计（论文）指导教师评阅表 .- 48 -湖南工学院毕业设计（论文）评阅评语表 .- 49 -湖南工学院毕业设计（论文）答辩资格审查表 .- 50 -湖南工学院 20 届毕业设计（论文）答辩及最终成绩评定表 .- 52 -附件 .- 3 -摘 要本设计是年产 10 万吨涤纶（PET）生产工艺设计。本文主要对 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 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、经济衡算，设备选型和车间
7、设计等过程。并对安全，供水，排污等方面进行简单的阐述。最后绘制带控制点的工艺流程图，主要设备图及厂区布置图。关键词 ：聚对苯二甲酸乙二醇酯，PET，酯交换法，缩聚ABSTRACTThis design is to produce 100,000 tons of polyester (PET) production process design. In this paper, PET research, production and application of a detailed overview described its role in the chemical industry and
8、 status. And describes the preparation of PET and determining the PET production process. In determining the PET production process based on a material balance, heat balance, economic accounting, equipment selection and plant design process. And safety, water supply, sewage and other aspects of simp
9、le exposition. Finally drawing flow chart with control points, the main equipment drawings and plant layout.Key words ： Polyethylene terephthalate；PET ；Transesterification; Condensation polymerization- 4 -1 综述1.1 聚对苯二甲酸乙二醇酯（PET）的简介1.1.1 PET 一般性质聚对苯二甲酸乙二醇酯(PET)是用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的，英文
10、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。分子结构式为：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都具有优异的机械性能，可在 120长期使用，耐蠕变性佳，耐疲劳性好，耐磨性强，尺寸稳定性良好,电绝缘性优异，即使在高温高频下，其电性能仍好，但耐电晕性较差。 PET 含有酯键，在强酸，碱和水蒸汽下会发生分解反应，耐有机溶剂性，耐候性良好。缺点是结晶速率慢，加工成型困难，模塑温度高，生产周期长，抗冲击性能较差。一般能通过增强，填充，
11、共混等方法，以提高它们的可加工性和物理性能，以玻璃纤维增强效果明显，显着改善树脂的刚性，耐热性，耐化学性，耐药品性，电性能和耐候性。但仍然需要进一步改良结晶速度慢的弊病，可以采取添加成核剂和结晶促进剂等手段。加阻燃剂能增强 PET 的阻燃性，加防滴落剂可改进 PET 的自熄性。1.1.2 PET 的组织结构化学结构：涤纶的基本组成物质是聚对苯二甲酸二乙酯，故也称聚酯纤维（PET），其长链分子的化学结构式为 H(OCH2CCOCO)NOCH2CH2OH,相对分子量一般在 1800025000 左右。实际上，其中还有少量的单体和低聚物存在。这些低聚物的聚合度较低，又以环状形式存在。聚对苯二甲酸乙二
12、酯可由对苯二甲酸(PTA)和乙二醇(EG)通过直接酯化法制取对苯二甲酸乙二酯后缩聚而C COOCH2CH2O *O* n- 5 -成。由 PET 分子的结构来看，它是短链的脂族烃，酯基，苯环，端羟基构成该组合物的。此外，其除了两个端羟基外，没有其他的极性基团，从而涤纶纤维的亲水性非常差。且 PET 分子中含有约 46的酯基，酯基高温下可水解，热裂解，遇碱则皂解，使聚合度降低；涤纶分子中还含有脂肪族烃链，它可以使PET 分子有一定程度的柔性弯曲，但其内部还有不能发生内旋转的苯环，所以大分子的 PET 基本上是刚性的分子，分子链易于保持线。因此，在一定条件下，PET 大分子可以很容易的进行结晶，因
13、此 PET 具有较高的结晶度和取向性。物理结构：采用熔纺法制得的涤纶在显微镜中观察到的形态结构具有圆形的截面和无特殊的纵向结构。在电子显微镜下可观察到丝状的原纤组织，异形纤维可改变纤维的弹性，使纤维具有特殊的光泽与膨松性，并改善纤维的抱合性能与覆盖能力以及抗起球、减少静电等性能。如三角形纤维有闪光效应；五叶形纤维有肥光般光泽，手感良好，并抗起球；中空纤维由于内部有空腔，密度小，保暖性好。聚集态结构：应用电子衍射测得的涤纶折叠链片晶的厚度约为 10NM 左右，而涤纶单基的长度为 1.075NM，因此，可认为片晶厚度相当于 9 个涤纶分子的单基长度。但是，涤纶大分子链长约为 1.075*130（平
14、均聚合度）=140NM,由此可见涤纶片晶大分子链必须取折叠链结构。折叠有可能发生在-CH 2-CH2-链段处，其原因是该处链的柔曲性较好，易于折曲。此外，由于涤纶大分子也能形成伸直链结晶（原纤化结晶） 。可见，涤纶内部折叠链结晶和原纤结晶共存。这两种结晶比例随拉伸倍数、热定型条件而异。1.2 聚对苯二甲酸乙二醇酯（PET）的特性与应用 1.2.1 特性PET 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
15、 的力学性能和耐热性大幅度提高，可用于工程塑料。- 6 -PET 及增强 PET 的具体性能如下表所示。表 1-1 纯 PET 和玻璃纤维增强 PET 的性能性能 纯 PET 30%GFPET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/(cm)1.380.261.878501154-10852.983.163010181.690.050.20.9124.23195.580R1202.92
16、15.53.619.61016（1）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5090cm 3 mm/(m2 dMPa)，对 CO2 的透过系数为 180 cm3 mm/(m2 dMPa)；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（聚碳酸酯薄膜）和 PA（聚酰胺，尼龙）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
17、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- 7 -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 具有酯键，在较高的温度和蒸汽条件下，水，酸和碱对其的影响作用很大。 PET 对有机溶剂，如丙酮，苯，甲苯，三氯乙烷，四氯化
18、碳和油很稳定，一些氧化剂如过氧化氢，次氯酸钠，重铬酸钾，也有较高的抗性。 PET 具有优良的耐候性，长期在户外使用无碍。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。 PET 除了具有 PBT 的特性外，还有以下的特点： 是热变形温度和长期使用温度最高的热塑性通用工程塑料； 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； 弯曲强度 200MPa，弹性模量达 4000 MPa，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； 由于生产 PET
19、 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。耐磨性好。耐磨性仅次于耐磨性最好的锦纶，比其他天然纤维和合成纤维都好。耐光性好。耐光性仅次于腈纶。涤纶织物的耐光性较好，除比腈纶差外，其耐晒能力胜过天然纤维织物。尤其是在玻璃后面的耐晒能力很好，几乎与腈纶不相上下。耐腐蚀。可耐漂白剂、氧化剂、烃类、酮类、石油产品及无机酸。耐稀碱，不怕霉，但热碱可使其分解。还有较强的抗酸碱性，抗紫外线的能力。1.2.2 应用PET 主要用于纤维，少量用于薄膜和工程塑料。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
20、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、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- 8 -于包装的聚酯拉伸瓶。 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
21、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。 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。 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。 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。 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。1.2.3 PET 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
22、。 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 130150，时间34h。 PET 的加工温度范围较窄，一般为 270290，接近分解温度为 300，加工中要注意温度不能太高。PET 的结晶速度慢，为促进结晶，常采用高模温，一般为 100130。 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 130140，时间为 12h。1.2.4 PET 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- 9 -筒温度 270290，喷嘴温度 2
23、40250，模具温度壁厚小时为 5070、壁厚大时为 140，注塑压力为 40100MPa。 (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 8590，拉伸速率为 1000%1500%，拉伸倍率为 2.53。 (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2MPa。1.3 中国生产消费现状及产品构成1.3.1 国内生产消费水平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 年代时国产的间歇式、半连续式的小聚酯生产装置的建
24、设仍旧较多。目前我国的聚酯生产企业主要集中在中石化和中石油两大公司。中石化2001 年聚酯的总产量达 202.97 万吨，占全国聚酯总产量的 69.2%。中石油 2001年总产量为 46.61 万吨，占全国聚酯总产量的 15.9%。目前，主要的聚酯生产企业有超过 40 家，年产量为万吨以上的， 2001 年有 29 家，年产量在 10 万吨以上的有 9 家，年产量超过 30 万吨的企业有 4 家。仪征化学纤维公司是目前中国最大的聚酯生产企业，在 2001 年生产达到 1,108,500 吨聚酯，占全国总量 37.8%;随后是辽阳石化公司，2001 年度输出 407500 吨，占全国总产量的 1
25、3.9;上海石化公司于 2001 年，年产 383500 吨排名第三，占全国总产量的 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 22 万吨，天津石化公司达 21 万吨。1.3.2 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。
