酯交换法生产PET工艺流程设计 院 、 部： 学生姓名： 指导教师： 职称 专 业： 班 级： 完成时间： 摘 要本设计是年产八万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。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；Auto CADABSTRACTThis design is an annual output of eighty 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. 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; Auto CAD目 录第一章绪论11.1 PET简介11.1.2 PET结构及性能31.1.3合成PET的副反应51.2聚酯的应用7第二章 工艺流程和方案的说明及论证72.1 工艺路线的选择82.1.1 合成原理82.1.2 合成路线的选择及流程简述82.1.3 合成路线82.2 工艺流程设计112.2.1 连续缩聚112.2.2 间歇缩聚112.3 工艺参数的选择112.3.1 催化剂122.3.2 稳定剂122.3.3 缩聚反应的温度与时间122.3.4 缩聚反应的压力132.3.5 搅拌的影响132.3.6 其他添加剂142.4 影响聚酯反应的因素152.4.1 EG/DMT投料比152.4.2 反应温度152.4.3 酯化反应时间152.4.4 缩聚反应釜的真空度162.4.5 缩聚反应温度162.4.6 缩聚反应时间162.5 工艺流程图的绘制及说明162.5.1 PET生产工艺流程简图162.5.2生产工艺流程说明17第三章 物料衡算173.1酯交换阶段183.1.1第一酯交换器R101物料衡算183.1.2第二酯交换器R102物料衡算193.1.3第三酯交换器R103物料衡算203.1.4 BHET储槽物料衡算213.2缩聚阶段223.2.1第一缩聚釜R301物料衡算233.2.2第二缩聚釜R501物料衡算233.2.3第三缩聚釜R502物料衡算243.3切粒包装25第四章 热量衡算254.1能量衡算概述254.2 能量衡算遵循的原则264.3 主要反应条件264.4 主要计算过程274.5各应器能量平衡28第五章 聚合釜及各设备选型295.1釜的选型295.2 其他设备的选型295.2.1搅拌器的选型305.2.2换热器的选型305.2.3 EG进料管道的选型31第六章聚酯生产的三废处理316.1 聚酯生产的三废处理316.2 聚酯废料的回收32参考文献34致 谢35IV第一章绪论1.1 PET简介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。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。PET聚酯可由乙二醇和对苯二甲酸反应而得，也可由乙二醇与对苯二甲酸二甲酯反应而得，但较为常见的方法还是用乙二醇与对苯二甲酸缩聚制得。对苯二甲酸的结构式为： 对苯二甲酸是芳香族二元羧酸的一种，在常温下，外观为白色晶体，无毒，易燃。稍溶于水，不溶于氯仿、乙醚、醋酸，能溶于碱。物性常数如下：相对分子质量 166.13相对密度 1.55熔点 384421升华点 402 自然点 680升华热 98.4kJ/mol燃烧热 3227.8kJ/mol 生产二甲酸的方法较多，就是现在使用的方法也还在不断改进，主要的方法有下面三种2。（1）对二甲苯高温氧化法（Amoco法美印第安纳标准石油公司，SD法或M.C法美国Mid-Century公司的A.Saffer和R.S.Barker发明）其反应如下：此法收率为90%95，其工艺流程较简单，设备数量少，占地小，投资少，在世界上聚酯原料产量的第一位，且可制成精PTA用于直接酯化。但溴化物及醋酸对设备腐蚀严重，需用钛材或衬钛。（2） 对二甲苯低温氧化法（Mobil法，Kodak-Eastman法和东丽法） 为了进一步改革对二甲苯高温氧化法，采用氧化促进剂进行氧化，以醋酸为溶剂，醋酸钴作催化剂，在100150 下进行氧化，不用钛材，但工艺流程较复杂，设备台数多。Mobil法使用的氧化促进剂为甲乙酮，压力为15atm，时间为2h，收率为98。Eastman法采用乙醛为氧化促进剂，压力10kg/cm2，收率为95。东丽法用三聚乙醛做氧化催进剂，压力2835kg/cm2，收率为95。（3） 对二甲苯分段氧化法（Hercules-Witten法）整个工艺过程为二步氧化和二步酯化，又称四步法，反应式如下：对苯二甲酸二甲酯的结构式为：对苯二甲酸二甲酯是芳香族的一种，在常温下，外观为白色晶体粉末，无毒、易燃，其蒸汽或粉尘与空气混合至一定比例，能发生爆炸。物性常数如下：相对分子质量 194.18相对密度 1.065熔点 140.65沸点 288纯度 99.9对苯二甲酸二甲酯由对苯二甲酸与甲醇酯化，然后经重结晶或真空蒸馏制得。乙二醇的结构式为：HOCH2CH2OH乙二醇为无色微粘稠液体。具有较强的吸湿性，有醇味但不能饮用。可以和水、醇、醛、吡啶等混溶，微溶于乙醚。其物性常数如下：相对分子质量 62.07熔点 13沸点 197.6闪点(开口) 116相对密度 1.1154黏度(20oC) 20.93折射率 1.4316膨胀系数 0.00062介电常数 38.66乙二醇主要由环氧乙烷水合制得。1.1.2 PET结构及性能 PET分子可表示为： 若原料中不含有官能度=3的杂质，或合成时不发生副反应而支化，则PET大分子是具有对称性芳环结构的线型大分子。由于分子中CC键的内旋转，PET分子中可有两种构象，即有顺式（无定形）和反式（结晶态）两种。顺式（重复周期为1.09nm） 反式（重复周期为1.075nm）（其能量低于顺式构象）这种大分子长链既对称，又规整，所有的苯环几乎处于同一平面上，且沿着分子长链方向拉伸时能互相平行排列，故能紧密敛集而易于结晶。表1 聚酯切片的质量指标序号项 目单 位指 标1特性黏度（在20苯酚/四氧乙烷1：1，0.5液中测得） 0.072黏度波动范围0.13相对黏度（在20，1间甲苯酸中测得）1.644熔点2605TiO2含量（相对于消光剂0.4）0.4056端羧基（COOH）m