聚酯装置简介和重点部位及设备

聚酯装置简介和重点部位及设备

一、装置简介

(一)装置进展及类型

1．装置进展

聚酯工艺产生于 20 世纪 40 年月，在 50 年月实现了工业化，是利用根底化工原料生产合成纤维的工艺技术。20 世纪 70 年月以后，各国针对聚酯存在的吸水率低、不易染色、易产生静电等缺点进展了改性争论，取得了较多成果，使聚酯工业有了飞速的进展。70 年月末，我国从前西德引进了第一套直接酯化连续缩聚生产涤纶树脂的工业化生产装置。经过几十年的进展，聚酯在我国三大合成纤维工业中已占有举足轻重的地位。截止到 2023 年底，我国聚酯装置的产能已经到达1115X104t／a，占世界总产量的三分之一左右。进入 21 世纪，随着工艺技术的不断进展，我国聚酯装置正向工艺技术更先进、经济效益更好的方向进展。

2，生产工艺路线

聚酯通常是由二元酸和二元醇经酯化和缩聚反响而制得的一种高分子缩聚物。目前用途最广的聚酯是由对苯二甲酸和乙二醇经酯化和缩聚反响所生成的聚对苯二甲酸乙二醇酯。生产聚酯的工艺技术主要取决于精对苯二甲酸、对苯二甲酸二甲酯及乙二醇的生产进展。用于合成聚对苯二甲酸乙二醇酯中间体的主要原料路线有以下几种：一种是酯交换法 (简称

DMT 法)；另一种是直接酯化法(简称 PTA 法)；第三种是环氧乙烷酯化缩聚路线(简称环氧乙烷法)。

酯交换法(DMT 法)：是将以对苯二甲酸与甲醇反响生成易于精制提纯的对苯二甲酸二甲酯，或承受对二甲苯合并氧化、酯化制成对苯二甲酸二甲酯，再将提纯的对苯二甲酸二甲酯与乙二醇进展酯交换反响制得聚酯。该方法在聚酯工业化的初期，未找到有效提纯对二甲苯的方法的时候得以广泛应用。

直接酯化法(PTA 法)：是以精对苯二甲酸与乙二醇为原料，进展直接酯化连续缩聚的反响制得聚酯。到 90 年月初期，PTA 法的产量已经超过了DMT 法，成为聚酯工业的主流生产工艺。

环氧乙烷法由于使用环氧乙烷代替乙二醇(EG)，可省去环氧乙烷水解工序，合成反响生成物为单一的对苯二甲酸双卢—羟乙酯(BHET)，不需要回收设备，工艺流程短，本钱低，所以是较有前途的生产方法。

从工艺流程上来看，PTA 法连续化生产以前以六釜流程为主，即三段酯化，二段预缩，一段后缩，该流程技术较落后，物耗、能耗较高，已经根本被淘汰。现在的生产流程是以吉玛公司、钟纺公司、伊文达公司为代表的五釜流程，或以杜邦公司、莱茵公司为代表的三釜流程为主。五釜流程即二段酯化，二段预缩，一段后缩，三釜流程即一段酯化，一段预缩，一段后缩。他们共同的特点是技术先进、工艺流程简化、生产把握先进、装置操作弹性大。(二)反响原理及特点

1.反响原理

精对苯二甲酸(PTA)与乙二醇(EG)和催化剂(三醋酸锑或三氧化二锑) 在确定的温度和压力下直缩聚成聚酯的化学反响除副反响外，主反响为酯化和缩聚反响。酯化反响是直缩过程的起始反响，PTA 与 EG 经过这一反响首先转化为 BHET 单体即对苯二甲酸双β—羟乙酯。其次是在确定温度真空条件下进展缩聚反响，该反响是聚酯合成过程中的链增长反响。通过这一反响，单体与单体、单体与低聚物、低聚物与低聚物经过初、中、终三个阶段渐渐缩聚成聚酯即对苯二甲酸乙二醇酯(PET)。在此必需指出，在化学反响中参与三醋酸锑催化剂是为了转变正、逆反响速度以提高反响的选择性。另外合成聚酯的缩聚反响与聚合反响是两种不同的反响过程，两者之间有本质的区分。聚合反响是不行逆的反响过程，而酯化、缩聚则是逐步完成的可逆平衡反响过程。

2.反响的特点

(1)酯化反响特点：多相酯化反响逐步向均相酯化反响转化。

在实际生产条件下，温度为220—300~C 和EG／PTA 摩尔比为1．0-2．0时，因 PlA 仅能局部溶解，反响不是完全的均相反响，还伴有多相反响。随着反响的进展，PTA 粒子溶解速度加快，PTA 在反响物中的溶解度远比在纯 EG 中高，到达清楚点(PTA 完全溶于液相时的酯化率)后，反响速度随PTA 与EG 浓度而转变，与EG 浓度成正比关系，呈均相酯化反响。

(2)缩聚反响特点：

①缩聚反响是可逆的，在实际生产中，酯化反响与缩聚反响并不是截然分开的，当酯化反响进展到确定程度时，即乙二醇酯生成确定量时，两种反响同时存在。

首先是初期阶段，即缩聚物分子链开头形成的起始阶段。该阶段的特点是反响处于中间体浓度较高的条件下进展，逆反响速度很小，因此平衡反响在此并不显得重要。重点应以防止单体挥发、分解和维持严格的官能团等摩尔比为主。

其次是中期阶段，即聚酯分子链增长阶段。该阶段的特点是缩聚反响依靠打破平衡去逐步提高产物分子量。系统中的原料和单体浓度将随着不断转化为不同聚合度的缩聚物而逐步降低，同时物料黏度相应增大。

最终是终期阶段，反响进展到了确定程度，缩聚物的分子量已经到达规定要求需要把反响准时终止的阶段。

②缩聚反响中，存在着一些影响反响进展的副反响，主要是裂解作用，链交换反响和熔体的热降解等。

裂解作用：缩聚反响是一个可逆平衡反响，反响所生成的缩聚物，小分子产物及尚未参与反响的原料中间体是同时并存的混合物。缩聚物两端或小分子产物都具有能够连续反响的官能团，尤其高分子缩聚物中含有与其他物质作用时易发生断裂的健。这些健与其他物质作用时易发生裂解作用。缩聚反响中小分子产物是水，它与酯基能产生水解作用，这是缩聚反响中最主要的裂解作用。为减小该作用对缩聚反响的影响，在生产中常用

提高真空的方法尽量把水排解到最低限度。

链交换反响：高分子缩聚物的端基和另一高分子缩聚物的链节进展链交换反响。该反响并不影响产物分子量总数，所以数均分子量不会有什么变化，但是产物黏度会下降，这说明产物的重均分子量发生了转变。重均分子量对聚酯合成特别重要，必需赐予高度重视。

熔体的热降解：缩聚反响是在高温下进展的，反响物和生成物在反响末期均处于熔融状态。温度越高或停留时间越长，熔体发生热分解的倾向越大。热分解一旦产生会导致产物发生热降解，是分子量降低。生产中为防止这种副反响的发生，有时参与局部稳定剂，使分子量不发生明显的变化。

(三)装置单元组成与工艺流程

从技术经济方面看，PTA 法具有：PTA 消耗定额低，生产力气大；EG 配料比低，回收系统小；无须甲醇回收工序；生产把握平稳；酯化反响过程没有催化剂沉积现象；原料、公用工程消耗较低；建立投资低；操作安全等优点，因此本文对聚酯工艺表达均以PTA 法为主。

1.装置单元的组成

聚酯装置一般由主装置单元和帮助装置单元组成。

聚酯主装置单元主要包括：浆料配置单元、催化剂及助剂配置单元、酯化单元、缩聚单元、切粒及成品输送系统和清洗单元等。

帮助装置单元主要包括：中间罐区、热媒站、冷冻站、PTA、PET 输