1、I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 、
2、 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I目录摘要 I1.概述 11.1 聚对苯二甲酸乙二醇酯（）的概述 .11.2 聚酯生产技术进展 .11.3 中国生产消费现状 .21.4 产品构成 31.5 中国聚酯工业及与国外先进水平的差距 .42.聚对苯二甲酸乙二醇酯（PET）的特性与应用 62.1 特性 .62.2 应用 .82.3 聚对苯二甲酸乙二醇酯的改性品种 .82.3.1 增强改性 PET.82.3.2 共混改性 PET.92.3.3 结晶改性 PET.92.4 聚对苯二甲酸乙二醇酯的成型加工 .92.4.1PET 的
3、加工特性 92.4.2 PET 的加工方法 .103.PET 制备方法的简介和选取 .113.1 酯交换缩聚法 .113.2 直接酯化缩聚法 .113.3 环氧乙烷法 .123.4 PET 合成方法的选取 .124.物料衡算 .144.1 酯交换阶段 .144.1.1 第一酯交换器 R101 物料衡算 144.1.2 第二酯交换器 R102 物料衡算 154.1.3 第三酯交换器 R102 物料衡算 154.1.4 BHET 储槽物料衡算 .164.2 缩聚阶段 .164.2.1 第一聚合釜 R201 物料衡算 174.2.2 第二聚合釜 R202 物料衡算 174.2.3 第二聚合釜 R20
4、3 物料衡算 18II4.3 切粒包装 .185 关键设备的选型 .195.1 釜的选型 .195.2 其他设备的选型 196.车间设备布置设计 .206.1 车间设备布置的原则 .206.1.1 车间设备布置的原则 .206.1.2 车间设备平面布置的原则 206.1.3 车间设立面布置的原则 206.2 车间设备布置 .216.2.1 车间设备平面布置 .216.2.2 车间设备立面布置 .217. 公用工程 .227.1 供水 .227.2 供电 .227.3 供暖 .227.4 通风 22参考文献 23致谢 2411.概述1.1 聚对苯二甲酸乙二醇酯（）的概述聚对苯二甲酸乙二醇酯 (P
5、ET)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
6、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
7、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
8、、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2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
9、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.
10、V.)提高到 0.9。能耗为：电力 55.0 kwh/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 100700 吨/天。现已有单系列 700 吨/天生产线投运。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
11、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
12、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3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
13、，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，
14、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，
15、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
16、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。19962002 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%4和 5.7%。200
17、0 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。我国的生产规模远远落后于国外几个主要生产厂商。进入年代，我国逐步从国外引进万度几十万吨级先进的树脂
18、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，年我国生产的切片树脂万吨，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万吨，所以生产工程塑料级的树脂来源充足。由于制备各种混配改性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
19、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7075% 。 (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 300400 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 1
20、0 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5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
21、差别化率仅 620%，远低于发达国家的 4050%。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。62.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，
22、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 PET 阻燃性和自熄性。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 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
23、下表所示。表 2-1 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)1.380.261.878501154-10852.983.161.690.050.20.9124.23195.580R1202.9215.53.67介电强度 /(kV/mm)体积电阻率/(cm)耐电弧 /s3010186319019.610161、一般性能 PET 树脂为乳白色半透
24、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 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
25、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。8PET 树脂的玻
26、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，除了具有的特性外，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 10，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 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； 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
27、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。纤维主要用于纺织工业。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。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。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。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
28、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
29、 PET 的增强品种，具体用于如下几个方面。 9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。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
30、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 PET 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。 PET 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。 PET/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 PP-MAH 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 P
31、ET 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。102.4 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 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
32、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。 2.4.2 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: 料筒温度 270290，喷嘴温度 240250，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
33、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。113.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 0.010.05。反应过程中不断排出副产
34、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 270280，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 2000030000。12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
35、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133.3 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 23MPa压力下进行，对设备要求苛刻,因而影响该法的广泛使用。3
36、.4 PET 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144.物料衡算本工艺的配方如下（以 DMT 质量为参考标准）：DMT 100 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 50 万吨 PET，开工300 天，每天生产 24 小时
37、，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 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=50*10 7/（300*24*0.95）=73099.4 kg/h；故 DMT 投料的摩尔量 n=73099.4/20000*103=354.8kmol/h；DMT 的投料质量为 M=n*194=68831.2 kg/h。154.1 酯交换阶段4.1.1 第一酯交换器 R101 物料衡
38、算101.0 DMT：M DMT=68831.2 kg/hEG: MEG=2.15*n*62=47294.8 kg/h催化剂用量：M 催化剂 =0.04/100* MDMT=27.5 kg/h合计： 68831.2 +47294.8+27.5=116153.5 kg/h101.1 由于酯交换率为 70%，所以生成 BHET 质量为 ：M BHET1=n*0.7*254=63083.4kg/h；生成甲醇的质量为：M 甲醇 1= n*0.7*2*32=15895.0kg/h；剩余 DMT 质量为：M 剩 DMT1=68831.2*0.3=20649.3kg/h；剩余 EG 质量为：M 剩 EG1=
39、（354.8*2.15-2*354.8*0.7）*62=16498.2 kg/h ；因此 101.1 为：M 催化剂 + MBHET1 + M 剩 DMT1+ M 剩 EG1=17015.20 kg/h；101.2 为：M 甲醇 1= n*0.7*2*32=100258.4kg/h；R101 物料平衡验算：总进料量=68831.2 +47294.8+27.5=116153.5 kg/h总出料量= M 催化剂 + MBHET + M 剩 DMT1+ M 剩 EG1+ M 甲醇=116153.5 kg/h4.1.2 第二酯交换器 R102 物料衡算102.0 催化剂：M 催化剂 =0.04/100
40、* MDMT=27.5 kg/hBHET 质量为 ：M BHET=n*0.7*254=63083.4 kg/h；DMT 质量为：M 剩 DMT1=68831.2*0.3=20649.3kg/h；EG 质量为：M 剩 EG1=16498.2 kg/h；合计：27.5+63083.4+20649.3+16498.2 =100258.4kg/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 ：M BHET2=n*0.22*254=19826.2 kg/h；生成又甲醇的质量为：M 甲醇 2= n*0.22*2*32=4995.5 kg/h剩余 DMT 质量为：
41、M 剩 DMT2=63083.4*0.08=5046.7kg/h；剩余 EG 质量为：M 剩 EG2=（354.8*2.15-2*354.8*0.92）*62=6819.3kg/h ；因此 102.1 为：M 催化剂 + MBHET1 + MBHET2 +M 剩 DMT2+ M 剩 EG2=94803.1/h；102.2 为：M 甲醇 2= 848.04 kg/h；R101101.0101.2101.1R102102.0 102.1102.216R102 物料平衡验算：总进料量=27.5+63083.4+20649.3+16498.2 =99798.6kg/h；总出料量= 94803.1+49
42、95.5=99798.6kg/h4.1.3 第三酯交换器 R102 物料衡算103.0 催化剂：M 催化剂 =0.04/100* MDMT=27.5kg/hBHET 质量为 ：M BHET=n*0.92*254=14074.54 kg/h；DMT 质量为：M 剩 DMT=5046.7kg/h；EG 质量为：M 剩 EG=6819.3kg/h；合计：14.67+4074.54 +934.83+1157.62=16171.66 kg/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 ：M BHET3=n*0.06*254=917.90 kg/h；生成又甲醇的
43、质量为：M 甲醇 3= n*0.06*2*32=231.28 kg/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=709.51 kg/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=16171.66 kg/h；总出料量= 15940.3
44、8+231.28=16171.66kg/h4.1.4 BHET 储槽物料衡算104.0 催化剂：M 催化剂 =0.04/100* MDMT=14.67 kg/hBHET 质量为 ：M BHET=14992.44 kg/h；DMT 质量为：M 剩 DMT=233.71kg/h；EG 质量为：M 剩 EG=709.51 kg/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=2.34 kg/h；M 消光剂 =0.004MDMT=9.34 kg/h；合计：14.67+14992.44 +233.71+709.51+2.34+9.34=15952.01kg/h；假设此阶段
45、酯交换率为 99.5%，故又反应了 1.5%。所以又生成 BHET 质量为 ：M BHET3=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/hR103103.0 103.1103.2104104.0104.117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=15894.19 kg/h ；BHET 的质量
46、为：14992.44+229.48=15221.92 kg/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 4-2R201 R202 R203X 0.99 1 1P 0.96 0.984 0.9901Mr 1.05 1.026 1.0099Xn 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：M 1=15221.92*98.5%=14993.59 kg/h；n= M1/254=59.03kmol/h；催化剂：M 2=4.67*98.5%=4
47、.60 kg/h；稳定剂：M 3=2.34*98.5%=2.30 kg/h；消光剂：M 4=9.34*98.5%=9.20 kg/h；4.2.1 第一聚合釜 R201 物料衡算201.0 合计：M 1+ M2+ M3+ M4=15009.69 kg/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：M 2*0.985=4.53kg/h；稳定剂变为：M 3*98.5%=2.26 kg/h；消光剂变为：M 4*98.5%=9.06kg/h；聚合反应生成 EG 的质量：M EG1= n1*P*62=3640.76 k
48、g/h；生成聚合物的质量：M PET1= n1*P*254- MEG1=10537.07 kg/h；剩余 BHET 质量为：M BHET1= n1*(1-P)*254=590.70 kg/h；故 201. 2 为：3640.76+15009.69*0.015=2865.91 kg/h ；201.1 为：4.53+2.26+9.06+10537.07+590.70=11143.65 kg/h；R201201.0201.2201.118R103 物料平衡验算：总进料量=15009.69 kg/h总出料量= 2865.91+11143.65=15009.66kg/h ；4.2.2 第二聚合釜 R20
49、2 物料衡算202.0 进料为 201.1=11143.62 kg/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：M EG2= n2*P*62=140.46 kg/h；生成聚合物的质量：M PET2= n2*P*254- MEG2=435.10 kg/h；剩余 BHET 质量为：M BHET2= n2*(1-P)*254= 9.35kg/h；故 202. 2 为：140.46+11143.62*0.01=251.90 kg/h；202.1 为：2.30+4.48+8.97+M PET 总 +9.35=10891.71 kg/h；R203 物料平衡验算：总进料量=11143.62 kg/h总出料量= 251.90+10891.71=11143.6
