聚对苯二甲酸乙二酯的合成化工过程模拟与优化课程设计报告

(23 )
da3/dt = k1a1a2 + k2a3a5 - k3a1a3 + k4a4a5 - 2k5a23 + k6a2a4
(24 )
da4/dt = k3a1a3 - k4a4a5 + k5a23 - k6a2a4
(25 )
da5/dt = k1a1a2 - k2a3a5 + k3a1a3 - k4a4a5
7、后缩聚反应过程和数学模拟
• 后缩聚反应过程 • 后缩聚反应过程数学模型
模型的假设和简化、齐聚物特性关 系、气液传质速率、后缩聚反应器的流 动模型及物料衡算式。
九、反应过程模拟计算
• 计算基础数据及转换公式 • 计算
酯化率、摩尔比（进料摩尔比、内 摩尔比、反应产物中端基的摩尔比、反 应的ＥＧ对反应的ＰＴＡ摩尔比、未反 应的羟基对全部羧基的摩尔比）、链节 数、ＰＥＴ高分子的平均分子量、聚合 度。
转化率% 酸值 分子量 平均聚合度
80 117.2 479
2
95
29.9 1875
9
98
12.5 4500
21
99.5 3.7 15000
71
1.2 45000
214
3、 转化率对分子量分布的影响
图 8 转化率为 10%时的分子量分布图 图 9 转化率为 25%时的分子量分布图
图 10 转化率为 50%时的分子量分布图
图 11 转化率为 80%时的分子量分布图
图 12 转化率为 95%时的分子量分布图 图 13 转化率为 97.5%时的分子量分布图
八 反应过程模拟分析
1、对苯二甲酸和乙二醇直接酯化反 应过程分析及主反应化学平衡
图1 酯化工艺流程图
在酯化反应器内进行着酯化反应 也发生缩聚反应，同时又发生其逆 反 应 —— 水 解 反 应 和 醇 解 反 应 。 与 上述主反应同时还存在着生成乙醛 的副反应和生成DEG的副反应以及 由热裂解发生的各种副反应。
谢 谢！
1、 原料的摩尔比对分子量的影响
分子量
45000 40000 35000 30000 25000 20000 15000 10000
5000 0 0.7
0.8
0.9
1.0
1.1
EG/PTA
1.2
1.3
1.4
图1 乙二醇与对苯二甲酸的摩尔比对分子量的影响
2、转化率对分子量的影响
表2 转化率对酸值、分子量以及平均聚合度的影响
十、反应过程模拟结果
温度()
第一酯 第二酯 化釜 化釜
268 270
压力 100 70
(kPa 绝压)
反应时间(h) 2.5 3
酯化率(%) 90 96
聚合度
6 21
第一预 缩聚釜
274 3
1.2 99 26
第二预 缩聚釜
276 0.3
1 99.7 53
终缩聚 釜
285 0.07
1 99.9 102
PET合成生产流程图
五 工艺参数的优化
（一）、酯化 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，控制ＤＥＧ含量应主要从酯化 阶段入手。预缩聚阶段羧端基含量高的 主要原因与酯化反应的酯化率有很大关 系。
（二）、预缩聚
低温对反应平衡有利，高温能促 使反应更快趋向平衡，反应压力应 逐步降至相应的程度，停留时间可 以作为比较缓和的控制因素，参与 对预缩聚反应的控制。停留时间相 对延长，有利于提高聚合物粘度。
PET 的 合 成
指导教师 钱 宇 教授 陆恩锡 教授
学 生 庞煜霞 叶代勇 华南理工大学化工学院
2001年5月
目录
一、前言 二、技术路线 三、生产流程 四、生产设计 五、工艺参数的优化
六、化学反应 七、原料的影响 八、反应过程模拟分析 九、反应过程模拟计算 十、反应过程模拟结果
一 前言
PET， 即聚对苯二甲酸乙二 酯，也称聚酯，自５０年代工业 化大生产以来，最大的用途是加 工成涤纶纤维，其次是包装瓶和 薄膜。
5、预缩聚反应过程和反应动力 学
• 预缩聚反应过程 酯化产物、影响因素（温度、
压力、时间）、反应（酯化、缩聚、 副反应）。
• 预缩聚反应过程中的反应动力学
6、预缩聚反应过程的数学模拟
• 预缩聚反应器的流动模型：CSTR • 预缩聚反应过程数学模型
模型的假设和简化、齐聚物特性关 系、反应方程组 、反应速率方程、汽液 平衡、汽液传质方程、预缩聚反应器流 动模型及物料。
(26)
生成DEG的副反应动力学单独进行数据分析。
3、酯化反应过程的传质过程
• TPA在反应混合物中溶解度 • 酯化反应过程汽液平衡 • 反应器的气液传质速率 • EG和水分离的精馏塔
4、酯化反应过程数学模拟
• 酯化反应器流动模型 • 酯化反应过程数学模型
模型的简化和假设、齐聚物特性关系、酯 化反应方程组、反应速率方程、TPA在反应混 合物中的溶解度α、汽液平衡、反应器内气液 传质速率、工艺塔数学模型、反应器内物料衡 算。
在酯化反应器内发生的各种反应， 通过简化，取得反应平衡常数。
2、酯化反应过程动力学
基于酯化和缩聚为双官能团反应，模型中的反应速 率方程采用二级反应。各参加反应的组元(或基团 )的反 应速率方程如下:
da1/dt = -k1a1a2 + k2a3a5 - k3a1a3 + k4a4a5
(22)
da2/dt = -k1a1a2 + k2a3a5 + k5a23 - k6a2a4
（三）、终缩聚
在终缩聚阶段，反应温度应进 一步提高，为保证反应物料粘度达 到要求，同时应尽可能将真空度降 至应有的程度。停留时间相对延长， 有利于提高聚合物粘度。
图4 各反应阶段酯化率、ＤＥＧ、—ＣＯ ＯＨ、聚合度变化情况
六 化学反应
1. 酯化反应:
2. 酯化缩聚反应:
3.缩聚反应
七 原料的影响
二 技术路线
（１）对苯二甲酸二甲酯法 （ 2 ）对苯二甲酸法 （３）环氧乙烷法
三 生产流程
合成工艺分为三釜流程和五 釜流程。
三釜流程, 即酯化釜、预缩 聚釜和终缩聚釜。 五釜流程, 即 第一酯化釜、第二酯化釜、第一 预缩聚釜、第二预缩聚釜和终缩 聚釜。
四 生 产 设计
设计单系列生产能力为300 吨／天，采用PTA法五釜流程连 续生产装置，以ＰＴＡ装置的精 对苯二甲酸和乙二醇为原料，经 过浆料配制、酯化、预缩聚、终 缩聚等工艺，生产聚酯产品。