年产十万吨聚对苯二甲酸乙二醇酯工艺设计

年产十万吨聚对苯二甲酸乙二醇酯工艺设计 中文摘要 摘要 本设计是年产十万吨聚对苯二甲酸二乙醇脂（PET）合成的工艺设计。本文对PET的研究，生产进行了详细的概述，阐述了其在化学工业中的作用与地位。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，热量衡算，主要设备选型，工艺管路设计。并利用Aspen软件对主要的流程进行模拟。利用Auto CAD软件绘制主要设备图，工艺流程图以及车间布置图。文中还对三废处理及废料回收、节能措施与安全防范、技术经济初步分析核算进行了简单的阐述。 关键词：聚对苯二甲酸二乙醇脂，PET , Aspen, Auto CAD Ι Summary This design is an annual output of one hundred thousand tons of polyethylene terephthalate (PET) process design. In this paper, the PET study, a detailed overview of the production, expounds its role and position chemical in industry. And introduces the preparation method of the PET and set the PET production technology. In determining the PET production technology is conducted on the basis of the material balance calculations, heat balance calculations, the main equipment selection, process piping design. And simulating the main prograss by the software Aspen. Use Auto CAD software draw the main equipment figure, process flow diagram and workshop layout figure. The paper also for waste treatment and recycling, energy saving measures and safety, preliminary analysis on technical and economic accounting simply explained. Key words: polyethylene terephthalate, PET, Aspen, Auto CAD I 目 录 前 言 6 1 概述 7 1.1 基本概念 7 1.2 聚酯产品规格 3 1.3 国内外聚酯生产现状 3 1.4 全球聚酯发展与展望 4 1.5 聚酯的应用 5 2. PET简介 6 2.1 结构与性能 6 2.1.1原料性能指标 6 2.1.2 PET结构及性能 9 2.2合成PET的副反应 10 3.　PET生产工艺及工艺路线的选择 12 3.1 合成原理及路线 12 3.1.1 合成原理 12 3.1.2 合成路线 12 3.2PET生产工艺流程 15 3.2.1 连续缩聚 16 3.2.2 间歇缩聚 16 3.3 合成路线的选择及流程简述 16 3.4 世界主要生产技术 17 3.5 PET生产工艺条件 18 3.5.1 催化剂 18 3.5.2 稳定剂 18 3.5.3 缩聚反应的温度与时间 18 3.5.4 缩聚反应的压力 19 3.5.5 搅拌的影响 19 3.5.6 其他添加剂 20 3.5.7 总结 20 3.6 影响聚酯切片质量的因素 20 3.6.1 EG/PTA投料比 21 3.6.2 反应温度 21 3.6.3 酯化反应时间 21 3.6.4 缩聚反应釜的真空度 21 3.6.5 缩聚反应温度 21 3.6.6 缩聚反应时间 21 3.6.7 凝聚粒子 22 4 物料衡算 23 4.1 物料平衡关系 23 4.2 物料发生的化学与物理化学变化 23 4.2.1 化学变化 23 4.2.2 物理化学变化（相变化） 24 4.3其它数据 24 4.4计算过程 26 4.5物料平衡结果总汇 31 5 能量衡算 34 5.1主要反应条件 34 6 非标准设备的计算及定型设备的选型 35 6.1 聚酯反应器的选型原理 36 6.2 第一酯化反应器 37 6.2.1 反应器体积 37 6.2.2 搅拌装置的设计 39 7 工艺管道的计算 39 7.1 EG进料管的选型 39 7.2 水蒸气排放管的选型 40 8 聚酯生产的三废处理及废料回收 40 8.1 聚酯生产的三废处理 40 8.2 聚酯废料的回收 41 8.2.1 传统的化学回收技术 42 8.2.2 聚酯回收技术进展 42 8.2.3 聚酯回收市场及工业前景分析 44 9 聚酯生产中的节能措施与安全防范 45 9.1 六种节能技术在聚酯生产中的应用 45 9.1.1 冷凝液回用 45 9.1.2 使用氧气尾气输送对苯二甲酸 46 9.1.3 优化工艺降低反应水中乙二醇（EG）含量 47 9.1.4 EG回用 47 9.1.5 热媒炉“油”改“气” 47 9.1.6 聚酯装置碱洗技术 48 9.2 安全防范 48 9.2.1 防火防爆 48 9.2.2 防毒 49 9.2.3 防烫伤 49 9.2.4 防辐射 49 10 技术经济初步分析核算 50 11 计算机模拟过程 52 11.1.画出流程图 52 11.2.基本设置 52 11.3.定义组分 52 11.4.定义聚合物的连段结构 53 11.5.聚合物属性的定义 53 11.6.定义低聚物 54 11.7.热力学方法的选择 54 11.8.输入进料数据 54 11.9.输入反应器数据 55 11.10.反应基团定义 55 11.11.定义反应速率常数 56 11.12.给每个反应定义反应速率常数 56 11.13计算结果 57 参考文献 58 致 谢 59 21 前 言 聚酯是热塑性饱和聚酯的总称，它包括PET、PEN、PCT及其共聚物等。其中PET是开发最早、产量最大、应用最广的聚酯。聚对苯二甲酸乙二醇酯，英文名 polyethylene terephthalate (简称PET)，1941年由英国的J.R.Whenfield和J.T.Dikson采用乙二醇与对苯二甲酸直接酯化缩聚而得。最初是作为合成纤维的原料而开发的，1950年，美国Du Pont公司以它为原料，首次开发了聚酯纤维。 然而当时对苯二甲酸的精制工艺尚未工业化，首先工业化的是对苯二甲酚二甲酯（DMT）生产工艺，因此直到20世纪60年代中期，DMT一直是PET生产的主要原料。 随着高纯度对苯二甲酸（PTA）工艺的不断发展，它逐渐替代了DMT成为生产PET的原料。采用高纯度的PTA不需回收，也不用回收甲醇，而且还有一个优点就是预聚合物的酯化过程比酯交换反应快得多，酯交换反应是由DMT作原料生产PET的第一步反应。 聚酯的用途可分为纤维和非纤维两大类。聚酯开发初期主要用于制造合成纤维（占PET消耗量的70％左右），以聚酯为原料生产的聚酯纤维因其极佳的纺用性能，能很好地替代天然纤维中的棉花、羊毛、真丝、麻类纤维等，其用量很快超过尼龙纤维，成为合成纤维的主导产品。 自从PET商品化以来，非纤维方面由于廉价的原料以及所制的薄膜和容器具有诸多优点，如质轻、透明、容易重新密封，因而其使用领域日益扩大，用量亦越来越大，成为塑料包装中用量增长最快的树脂。目前世界上每年仅PET 瓶消费树脂就高达300万吨以上，大部分作为一次性包装使用。近几年来，随着人们生活水平的不断改善，和消费水平的日益提高，对塑料包装的高性能、多功能性及环境保护性的要求也越来越高。 近几十年来，由于聚酯在纤维和非纤维领域的发展都较快，需求日益扩大，因此在世界范围内，尤其是亚洲地区的聚酯生产飞速发展，同时也促进和带动聚酯上下游产业的成长。 1 概述 1.1 基本概念 高分子化合物（macromolcular compound）：是由成千上万个原子通过化学键连接而成的高分子（macromolecule）所组成的化合物，简称为聚合物[1]。 聚酯：是指高分子主链上具有重复羰酯结构的树脂状高聚物，由二元酸或二元醇与二元或多元酸缩聚而成。有聚酯树脂，聚酯纤维和聚酯橡胶等。 按所用酸不同，又可分为饱和聚酯和不饱和聚酯。 饱和聚酯：是饱和二元酸和二元醇经缩聚反应而得，是在大分子主链上含有许多酯键的一大类聚合物。饱和聚酯通常指的是聚对苯二甲酸乙二醇酯（polyethlene terephthalate，PET），聚对苯二甲酸丁二醇酯（polybntylene terephthalate，PBT），聚萘二甲酸乙二酯（polyethylene naphthalate，PEN）。 　不饱和聚酯：是含有碳碳双键的线性共聚物，在有游离基引发剂存在条件下，这些双键可以进一步聚合。这种共聚酯通常是由一个饱和二元羧酸或其酸酐，一个不饱和二元羧酸或其酸酐和一个或多个二元醇生产的。 　高聚物按用途可分为塑料、橡胶、纤维、涂料、黏合剂、离子交换树脂等，其中前三种成为三大合成材料。 　 纤维（fiber）：弹性模数较大（约109～1010 N/m2）；受力时形变较小（百分之几到二十）；纤维大分子沿轴向按一定规则排列，长径比大；在较广泛的温度范围内（－50～1500C），机械性能变化不大。常用的合成纤维有尼龙、涤纶、丙纶、维尼纶等。 　　橡胶（rubber）：弹性模数小（约105～106N/m2）；室温下，在很小外力作用下，能产生很大形变（可达1000％），即弹性高；除去外力后，能迅速恢复原状。常见的橡胶有天然橡胶、丁苯橡胶、顺丁橡胶、硅橡胶等。 　　塑料（plastics）：弹性模数介于纤维和橡胶之间（约107～108N/m2）；当温度稍高时，受力形变可达百分之几十至几百，部分形变可逆，部分形变不可逆；弹性模数，黏度等物理性能与温度的变化直接关系，反映出塑性行为，根据塑料受热时的不同，可以将塑料分为热塑性塑料和热固性塑料两大类型。 　 三大合成塑料有时很难区分，某些高聚物即可以作橡胶使用也可以作塑料或纤维使用。如尼龙、涤纶即可以作工程塑料，这完全取决于加工过程。 　　缩聚反应（polycondensation　reaction）：是在聚合过程中，除形成聚合物外，同时还有低分子副产物产生的反应。其产物称为缩聚物。实质是官能团之间的多次重复的缩合反应，并在缩聚物中保留官能团的特征，如酯键、醚键等。所以，大部分缩聚物是杂键高聚物。容易被水、醇、酸等药品水解、醇解、酸解。 　 缩聚反应依据不同的原则进行分类，常见的有如下几种：按反应热力学的特征分平衡缩聚和不平衡缩聚；按所生成产物的结构分线型缩聚和体型缩聚；按参加反应单体的种类分均缩聚、异缩聚（又称混缩聚）和共