(一)裝置發(fā)展及類型

　　1．裝置發(fā)展

　　聚酯工藝產(chǎn)生于20世紀(jì)40年代，在50年代實(shí)現(xiàn)了工業(yè)化，是利用基礎(chǔ)化工原料生產(chǎn)合成纖維的工藝技術(shù)。20世紀(jì)70年代以后，各國針對聚酯存在的吸水率低、不易染色、易產(chǎn)生靜電等缺點(diǎn)進(jìn)行了改性研究，取得了較多成果，使聚酯工業(yè)有了飛速的發(fā)展。70年代末，我國從前西德引進(jìn)了第一套直接酯化連續(xù)縮聚生產(chǎn)滌綸樹脂的工業(yè)化生產(chǎn)裝置。經(jīng)過幾十年的發(fā)展，聚酯在我國三大合成纖維工業(yè)中已占有舉足輕重的地位。截止到2003年底，我國聚酯裝置的產(chǎn)能已經(jīng)達(dá)到1115X10⁴t／a，占世界總產(chǎn)量的三分之一左右。進(jìn)入21世紀(jì)，隨著工藝技術(shù)的不斷發(fā)展，我國聚酯裝置正向工藝技術(shù)更先進(jìn)、經(jīng)濟(jì)效益更好的方向發(fā)展。

　　2，生產(chǎn)工藝路線

　　聚酯通常是由二元酸和二元醇經(jīng)酯化和縮聚反應(yīng)而制得的一種高分子縮聚物。目前用途最廣的聚酯是由對苯二甲酸和乙二醇經(jīng)酯化和縮聚反應(yīng)所生成的聚對苯二甲酸乙二醇酯。生產(chǎn)聚酯的工藝技術(shù)主要取決于精對苯二甲酸、對苯二甲酸二甲酯及乙二醇的生產(chǎn)發(fā)展。用于合成聚對苯二甲酸乙二醇酯中間體的主要原料路線有以下幾種：一種是酯交換法(簡稱DMT法)；另一種是直接酯化法(簡稱PTA法)；第三種是環(huán)氧乙烷酯化縮聚路線(簡稱環(huán)氧乙烷法)。

　　酯交換法(DMT法)：是將以對苯二甲酸與甲醇反應(yīng)生成易于精制提純的對苯二甲酸二甲酯，或采用對二甲苯合并氧化、酯化制成對苯二甲酸二甲酯，再將提純的對苯二甲酸二甲酯與乙二醇進(jìn)行酯交換反應(yīng)制得聚酯。該方法在聚酯工業(yè)化的初期，未找到有效提純對二甲苯的方法的時(shí)候得以廣泛應(yīng)用。

　　直接酯化法(PTA法)：是以精對苯二甲酸與乙二醇為原料，進(jìn)行直接酯化連續(xù)縮聚的反應(yīng)制得聚酯。到90年代初期，PTA法的產(chǎn)量已經(jīng)超過了DMT法，成為聚酯工業(yè)的主流生產(chǎn)工藝。

　　環(huán)氧乙烷法因?yàn)槭褂铆h(huán)氧乙烷代替乙二醇(EG)，可省去環(huán)氧乙烷水解工序，合成反應(yīng)生成物為單一的對苯二甲酸雙盧—羥乙酯(BHET)，不需要回收設(shè)備，工藝流程短，成本低，所以是較有前途的生產(chǎn)方法。

　　從工藝流程上來看，PTA法連續(xù)化生產(chǎn)以前以六釜流程為主，即三段酯化，二段預(yù)縮，一段后縮，該流程技術(shù)較落后，物耗、能耗較高，已經(jīng)基本被淘汰?，F(xiàn)在的生產(chǎn)流程是以吉瑪公司、鐘紡公司、伊文達(dá)公司為代表的五釜流程，或以杜邦公司、萊茵公司為代表的三釜流程為主。五釜流程即二段酯化，二段預(yù)縮，一段后縮，三釜流程即一段酯化，一段預(yù)縮，一段后縮。他們共同的特點(diǎn)是技術(shù)先進(jìn)、工藝流程簡化、生產(chǎn)控制先進(jìn)、裝置操作彈性大。(二)反應(yīng)原理及特點(diǎn)

　　1．反應(yīng)原理

　　精對苯二甲酸(PTA)與乙二醇(EG)和催化劑(三醋酸銻或三氧化二銻)在一定的溫度和壓力下直縮聚成聚酯的化學(xué)反應(yīng)除副反應(yīng)外，主反應(yīng)為酯化和縮聚反應(yīng)。酯化反應(yīng)是直縮過程的起始反應(yīng)，PTA與EG經(jīng)過這一反應(yīng)首先轉(zhuǎn)化為BHET單體即對苯二甲酸雙β—羥乙酯。其次是在一定溫度真空條件下進(jìn)行縮聚反應(yīng)，該反應(yīng)是聚酯合成過程中的鏈增長反應(yīng)。通過這一反應(yīng)，單體與單體、單體與低聚物、低聚物與低聚物經(jīng)過初、中、終三個(gè)階段逐漸縮聚成聚酯即對苯二甲酸乙二醇酯(PET)。在此必須指出，在化學(xué)反應(yīng)中加入三醋酸銻催化劑是為了改變正、逆反應(yīng)速度以提高反應(yīng)的選擇性。另外合成聚酯的縮聚反應(yīng)與聚合反應(yīng)是兩種不同的反應(yīng)過程，兩者之間有本質(zhì)的區(qū)別。聚合反應(yīng)是不可逆的反應(yīng)過程，而酯化、縮聚則是逐步完成的可逆平衡反應(yīng)過程。

　　2．反應(yīng)的特點(diǎn)

　　(1)酯化反應(yīng)特點(diǎn)：多相酯化反應(yīng)逐步向均相酯化反應(yīng)轉(zhuǎn)化。

　　在實(shí)際生產(chǎn)條件下，溫度為220—300~C和EG／PTA摩爾比為1．0-2．0時(shí)，因PlA僅能部分溶解，反應(yīng)不是完全的均相反應(yīng)，還伴有多相反應(yīng)。隨著反應(yīng)的進(jìn)行，PTA粒子溶解速度加快，PTA在反應(yīng)物中的溶解度遠(yuǎn)比在純EG中高，達(dá)到清晰點(diǎn)(PTA完全溶于液相時(shí)的酯化率)后，反應(yīng)速度隨PTA與EG濃度而改變，與EG濃度成正比關(guān)系，呈均相酯化反應(yīng)。

　　(2)縮聚反應(yīng)特點(diǎn)：

　　①縮聚反應(yīng)是可逆的，在實(shí)際生產(chǎn)中，酯化反應(yīng)與縮聚反應(yīng)并不是截然分開的，當(dāng)酯化反應(yīng)進(jìn)行到一定程度時(shí)，即乙二醇酯生成一定量時(shí)，兩種反應(yīng)同時(shí)存在。

　　首先是初期階段，即縮聚物分子鏈開始形成的起始階段。該階段的特點(diǎn)是反應(yīng)處于中間體濃度較高的條件下進(jìn)行，逆反應(yīng)速度很小，因此平衡反應(yīng)在此并不顯得重要。重點(diǎn)應(yīng)以防止單體揮發(fā)、分解和維持嚴(yán)格的官能團(tuán)等摩爾比為主。

　　其次是中期階段，即聚酯分子鏈增長階段。該階段的特點(diǎn)是縮聚反應(yīng)依靠打破平衡去逐步提高產(chǎn)物分子量。系統(tǒng)中的原料和單體濃度將隨著不斷轉(zhuǎn)化為不同聚合度的縮聚物而逐步降低，同時(shí)物料黏度相應(yīng)增大。

　　最后是終期階段，反應(yīng)進(jìn)行到了一定程度，縮聚物的分子量已經(jīng)達(dá)到規(guī)定要求需要把反應(yīng)及時(shí)終止的階段。

　?、诳s聚反應(yīng)中，存在著一些影響反應(yīng)進(jìn)行的副反應(yīng)，主要是裂解作用，鏈交換反應(yīng)和熔體的熱降解等。

　　裂解作用：縮聚反應(yīng)是一個(gè)可逆平衡反應(yīng)，反應(yīng)所生成的縮聚物，小分子產(chǎn)物及尚未參與反應(yīng)的原料中間體是同時(shí)并存的混合物?？s聚物兩端或小分子產(chǎn)物都具有能夠繼續(xù)反應(yīng)的官能團(tuán)，尤其高分子縮聚物中含有與其他物質(zhì)作用時(shí)易發(fā)生斷裂的健。這些健與其他物質(zhì)作用時(shí)易發(fā)生裂解作用?？s聚反應(yīng)中小分子產(chǎn)物是水，它與酯基能產(chǎn)生水解作用，這是縮聚反應(yīng)中最主要的裂解作用。為減小該作用對縮聚反應(yīng)的影響，在生產(chǎn)中常用提高真空的辦法盡量把水排除到最低限度。

　　鏈交換反應(yīng)：高分子縮聚物的端基和另一高分子縮聚物的鏈節(jié)進(jìn)行鏈交換反應(yīng)。該反應(yīng)并不影響產(chǎn)物分子量總數(shù)，所以數(shù)均分子量不會有什么變化，但是產(chǎn)物黏度會下降，這說明產(chǎn)物的重均分子量發(fā)生了改變。重均分子量對聚酯合成特別重要，必須給予高度重視。

　　熔體的熱降解：縮聚反應(yīng)是在高溫下進(jìn)行的，反應(yīng)物和生成物在反應(yīng)末期均處于熔融狀態(tài)。溫度越高或停留時(shí)間越長，熔體發(fā)生熱分解的傾向越大。熱分解一旦產(chǎn)生會導(dǎo)致產(chǎn)物發(fā)生熱降解，是分子量降低。生產(chǎn)中為防止這種副反應(yīng)的發(fā)生，有時(shí)加入部分穩(wěn)定劑，使分子量不發(fā)生明顯的變化。

　　(三)裝置單元組成與工藝流程

　　從技術(shù)經(jīng)濟(jì)方面看，PTA法具有：PTA消耗定額低，生產(chǎn)能力大；EG配料比低，回收系統(tǒng)?。粺o須甲醇回收工序；生產(chǎn)控制平穩(wěn)；酯化反應(yīng)過程沒有催化劑沉積現(xiàn)象；原料、公用工程消耗較低；建設(shè)投資低；操作安全等優(yōu)點(diǎn)，因此本文對聚酯工藝敘述均以PTA法為主。

　　1．裝置單元的組成

　　聚酯裝置一般由主裝置單元和輔助裝置單元組成。

　　聚酯主裝置單元主要包括：漿料配置單元、催化劑及助劑配置單元、酯化單元、縮聚單元、切粒及成品輸送系統(tǒng)和清洗單元等。

　　輔助裝置單元主要包括：中間罐區(qū)、熱媒站、冷凍站、PTA、PET輸送系統(tǒng)和公用工程系統(tǒng)。

　　2．工藝流程簡述

　　以吉瑪公司聚酯工藝為例，聚酯裝置的組成是由漿料配制、酯化、縮聚及切片生產(chǎn)等主要單元組成并附有EG全回用系統(tǒng)和熱媒站送來330~C一次熱媒和裝置內(nèi)二次熱媒循環(huán)系統(tǒng)等。

　?、贊{料配制單元

　　日料倉中的PTA原料經(jīng)計(jì)量稱量連續(xù)加入到漿料配制槽，并由PYA的加入量控制EG的加入量，配置成恒定摩爾比(PTA／EG)的漿料，隨著催化劑(三醋酸銻)溶液的加入，經(jīng)攪拌合格的漿料通過莫諾泵(即螺桿泵)送到第一酯化反應(yīng)器。

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