PET合成工艺课设资料

目录

第一章总论 (3)

PET简介 (3)

PET的发展历史与现状 (3)

第一节设计依据 (4)

第二节产品方案 (6)

第二章生产方法与工艺流程 (8)

第三章工艺计算 (15)

第一节物料衡算 (15)

第二节能量衡算 (20)

第三节设备选型 (23)

第四章小结 (24)

PET的发展前景 (24)

心得体会 (25)

参考文献 (26)

第一章

总论

聚对苯二甲酸乙二醇酯化学式为-[OCH2-CH2OCOC6H4CO]- 英文名: polyethylene terephthalate，简称PET，为高聚合物，别名涤纶树脂或聚酯树脂，俗称涤纶。由对苯二甲酸乙二醇酯发生脱水缩合反应而来。对苯二甲酸乙二醇酯是由对苯二甲酸和乙二醇发生酯化反应所得。由于它的原料纯对苯二甲酸和乙二醇及合成树脂技术成熟，其发展速度使任何一种纤维都难以比拟。

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，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的用途不主要局限于纤维，而是进一步拓展到各类容器、包装材料、薄膜、胶片、工程塑料等领域，目前，PET正在越来越多地取代铝、玻璃、陶瓷、纸张、木材、钢铁和其他合成材料，聚酯的家庭也在持续扩大。

它优良的综合性及较好的服用性，在保持其固有特点同时，在接近天然化如穿着舒适性、染色性、抗静电性、吸湿性及外表美观等方面更接近于天然纤维，因此使其更具发展优势。

而且近年来随着人们生活水平的提高，我国乃至全球对聚酯的需求越来越大，更为我国聚酯行业的发展带来巨大的商机，我们应该抓住这难得的机会，不断完善和提高聚酯的生产技术，并研究开发新型聚酯产品，以增强我国聚酯行业的竞争能力。

PET简介

1.1 PET的发展历史与现状

第一节设计依据

一、设计题目

PET合成工艺设计

二、基本资料

1、生产数据资料：①生产规模：年产量11万吨/年；

②生产时间：年工作日300天/年；

③相关技术指标：

工艺配方：催化剂用量：c = 0.05%（质量）PTA

消光剂用量：d = 0.5%（质量）PTA（配制成20%EG混合浆液）

投料配比：EG：PTA = 1.12（摩尔比）

切粒、包装工序物料损失率：e = 0.5%

各反应器工艺控制参数及相关的气液平衡数据表

2、工艺流程

PET是生产涤纶纤维的原料，是合成纤维中产量最大的品种。要求采用PTA直接酯化缩聚连续操作工艺，采用高纯度对苯二甲酸（PTA）与乙二醇（EG）为原料，经过酯化反应阶段和缩聚反应阶段生成聚对苯二甲酸乙二醇（PET）。

PET的生产过程主要由浆料配制工序、聚合工序、切粒包装工序、回收工序。聚合工序采用二级酯化釜、三级缩聚釜。

三、设计内容

根据所给的工艺要求和其它数据资料，进行PET合成工艺设计，具体内容包括：

1、确定PTA直接酯化缩聚连续操作的工艺流程；

2、对连续聚合反应过程进行物料衡算；

3、关键设备的选型；

四、设计成果

1、编写设计说明书一份；

2、绘制PTA 直接酯化缩聚连续操作工艺流程图，物料流程图；

3、绘制搅拌反应器、精馏塔结构示意图；

4、绘制关键设备布置图。

第二节 产品方案

1、PET 的性质

2、PET 的性能与用途

PET 的主要性能

第二章 生产方法与工艺流程

1、PET 的主要生产方法

聚酯(PET)既可由对苯二甲酸二甲酯(DMT)与乙二醇(EG)反应制得，也可由对苯二甲酸(PTA)与乙二醇反应制得。目前，世界各国PET 生产采用的技术路线主要就是这两种，称为DMT 法(也称酯交换法)和PTA 法(直接酯化法)。

（1）酯交换法 DMT 法是采用对苯二甲酸二甲酯(DMT)与乙二醇(EG)进行酯交换反应，然后缩聚成为PET 。早期生成的单体PTA 纯度不高，又不易提纯，不能由直缩法制得质量合格的PET ，因而将纯度不高的TPA 先与甲醇反应生成对苯二甲酸二甲酯（DMT ），后者易于提纯。再由高纯度的DMT （≥99.9％）与EG 进行酯交换反应生成BHET ，随后缩聚成PET ，其反应如下：

（2）直接法 PTA 法采用高纯度的对苯二甲酸(PTA)或中纯度对苯二甲酸(MTA)与乙二醇(EG)直接酯化，缩聚成聚酯。这种直接酯化法是自1965年阿莫科公司对粗对苯二

2CH 3OH+HOOC 3O C O

C O OCH 3+2H 2O CH 3O C O

C O OCH 3+2HOCH 2CH 2OH BHET+2CH 3OH BHET PET

甲酸精制获得成功后发展起来，此后发展迅速，PET 生产也随之得到了很快的发展。

采用PTA 为原料，PET 聚酯聚合物的生产主要有以下两步反应：第一步是PTA 与EG 进行酯化反应，生成对苯二甲酸乙二酯（或称对苯二甲酸双羟乙酯，简称BHET ）；第二步是BHET 在催化剂作用下发生缩聚反应生成PET 。其反应如下：

由于PTA 法比DMT 法优点更多(原料消耗低，EG 回收系统较小，不副产甲醇，生产较安全，流程短，工程投资低，公用工程消耗及生产成本较低，反应速度平缓，生产控制比较稳定)等，目前世界PET 总生产能力中大多采用PTA 法。

（3）环氧乙烷加成法 因为乙二醇是由环氧乙烷制成的，若由环氧乙烷（EO ）与PTA 直接加成得到BHET ，再缩聚成PET 。这个方法称为环氧乙烷法，反应步骤如下：

此法可省去由EO 制取乙二醇这一步骤，故成本低，且反应又快，优于直缩法。但因EO 易于开环生成聚醚，反应热大（约100kJ/mol ），EO 在常温下为气体且易热分解，运输及储存都比较困难，所以此法尚未大规模采用。

2、合成树脂的主要原料

(1) PTA ： 对苯二甲酸（terphthalic acid 或1,4-benzenedicar boxylic acid ，即 TA ）,而 PTA 则是纯对苯二甲酸（purified terephthalic acid ）的简称，分子式为C 8H 6O 4，结构式为HOOC —C 6H 4—COOH ，相对分子量为166.133。生产对苯二甲酸的经典方法包括Witten 法（既合并氧化、酯化法）、亨格尔法亨格尔（Henkel ）法和硝酸氧化法。目前全球PTA 的年产量已达3000万吨，其绝大部分用于生产聚对苯二甲酸乙二酯（PET ），并进一步用来生产纤维、瓶片和薄膜等。PET 聚酯生产所需的原料都必须高纯，尤其是生产相对分子质量大的聚合物对原料的纯度要求更高。一般要求PTA 的纯度达到99.96％（质量分数）以上。

PTA 的主要性能要求见表1。

表1 精对苯二甲酸的主要指标

2HOCH 2CH 2OH+HOOC COOH HOCH 2CH 2O C O C O OCH 2CH 2OH +2H 2O nBHET H OCH 2CH 2O C O C O OCH 2CH 2OH+(n-1)HOCH 2CH 2OH HOOC COOH+2H 2C CH 2

O BHET PET （PTA ）(EO)