1聚酯合成工艺

1聚酯合成工艺聚对苯二甲酸乙二醇酯(PET)是由单体对苯二甲酸乙二酯(BHET)经逐步增长的缩聚反应而成的。BHET的合成有两种方法对苯二甲酸二甲酯(DMT)和乙二醇(EG)的酯交换法(DMT法)，反应式为DMT+EG=BHET+2CH30H对苯二甲酸(TPA)和乙二醇(EG)的直接酯化法(TPA法)，反应式为TPA+2EG=BHET+2H20我们研究第二种TPA和EG直接酯化反应，形成含有BHET和少量短链低聚物的预聚体，而副产物水可以经分馏系统排出酯化温度250----265反应压力1.2~1.8x105停留时间180~360MIN聚合度4~6在酯化阶段主要的设备一般是两个酯化反应器。在PET合成中，要获得足够高的反应速度就必须用到催化剂，但是一些催化剂也会加速副反应的进行。酯化反应，还有酯基转移反应可以分别用质子或羧基官能团催化。在酯化反应中，羧基的浓度是足够高的，而不需要再额外添加催化剂。然而，在一些工业化生产中，其金属催化剂和稳定剂却都是在这一反应阶段加入的。在缩聚过程中，羧基的浓度因太低而不足以有效地催化反应，因此要加入合适的催化剂是不可避免的，锑系化合物是目前最常用的缩聚催化剂。酯化和缩聚过程都是可逆平衡反应，通常是在催化剂存在下进行。因此优选催化剂、有效控制最佳工艺条件、促进平衡向产品方向移动，是工艺过程的关键问题。从体系状态看，固体TPA在反应条件下只能部分溶于EG，因此反应过程前期为固一液非均相体系。在酯化过程中，TPA首先通过扩散作用溶解于EG，然后溶解于液相中的TPA与EG进行均相酯化反应。TPA在EG—BHET中溶解速度随着低聚物的增加而增大，当全部溶解即出现清晰点，这时开始均相反应，一般酯化率在85％左右达到清晰点【6】。TPA和EG酯化过程中不断脱出水，且TPA溶于预聚体，体系逐渐由非均相向均相转化，由混浊趋向透明，达到清晰点。在过程由酯化向缩聚过渡中EG和TPA完成酯化反应时其反应所需的摩尔比为2：1，即两个EG分子与一个TPA分子发生酯化反应生成1个分子的BHET。但是，从最终产品的结构来看，EG和TPA完成整个反应时所需的摩尔比接近1：1。即n个EG分子与n个EG分子缩聚得到1个PET大分子。所以，从原料配比来看，TPA与EG的摩尔比理论上应该是1：1投料，但配制后的浆料则需要按2：1的配比首先进入酯化反应。酯化工艺对反应器的要求酯化过程主要目标是达到缩聚工艺要求的酯化率不同的缩聚工艺对酯化率要求稍有差异(96%～98%)。酯化反应是一个可逆平衡反应,在一定工况条件下存在一个反应所能达到的最高酯化率,即它的平衡酯化率。降低反应压力、增大原料量比,可以提高平衡酯化率,而温度变化对平衡酯化率影响很小。在压力高于常压条件下平衡酯化率只能达到95%～96%,在反应压力降低到接近常压,平衡酯化率可以提高到97以上。酯化过程需要从外界吸收大量热,包括物料的升温,水和乙二醇的蒸发以及酯化反应本身的吸热等。为此要求反应器提供相应热负荷。在酯化过程,有大量的水和乙二醇从物系中脱除。不同酯化工艺下的蒸发强度不同,对反应器中蒸发空间大小的要求也不同。高的原料量比、较低反应压力都会使反应器中蒸发强度大大增加。1依据年产量10t这一条件，可以断定此工程应满足大规模，高产量的要求。故应采用连续聚合的操作方式。2.反应器形式从物料粘度，反应物接触等各方面考虑，酯化反应器一般采用搅拌槽式，而第一酯化反应器采用立式圆筒型搅拌设备。其出发点主要有三：是物料的运动方式接近活塞流，使得物料在径向上达到充分的混合；提供伴随物料流动的足够的气化空间；设置必须的加热器。2.1加热对第一酯化釜，目前常用的内加热设施有盘管式和列管式两种。外加热或保温采用夹套。列管加热器多为直立环形。两端为环形管板，中间由立式链接，无聊演管内壁流动，热媒在管外流动，两者可以形成交叉流。盘管可按竖向层数分组，大型的反应器盘管可按横向层数分组。夹套可采用带螺旋形加强圈的双层夹套和“L”型螺旋夹套。对于酯化反应器来说，搅拌器的功能既要是釜达到全混条件，又要满足传热要求。第二酯化釜亦采用立式夹套搅拌釜。在反应器内装有一圆筒形隔离筒，将反应器分为内、外两室。物料有外室通过内室筒壁上的窄缝进入内室，然后由内室下部流出。物料在搅拌下进行反应，有内盘管和夹套进行加热和保温。2.2搅拌搅拌桨通常采用倾斜式4桨叶轮。分为上装式和下装式。下装式轴伸较短，轴受理较好。但下装式密封负担较重。上装式与之正相反。但若反应器较高，对于上装式，此时便不合适了。但不管是上装式还是下装式，多采用双端平衡式机械密封，密封液冷却液采用EG。2.3浓度变化在酯化反应初期，PTA在EG中的溶解度很小。大量PTA以固态粉末状颗粒存在于反应液中，中有一小部分溶解在EG中的液相PTA与EG发生反应。随着反应的进行，液相PTA不断减少，因而固相PTA不断补充溶解到液相中去，形成一个动态平衡的过程。但固相PTA的溶解度较液相PTA的反应速度快的多，故这一不断反应与不断溶解过程的世界速度取决于液相PTA的反应速度。随着反应的进行，反应液中固相PTA逐渐减少，直至等于零，此时达到清晰点。清晰点或，固相PTA不再存在。2.4动力学依据逐步聚合反应机理，每个反应链节都包含反应基团，每个基团都有一定数量和种类的官能团。根据反应基团和官能团性质，亲电官能团和亲核官能团之间都可以进行反应。那么体系中除了主反应之外，还会发生DEG生成反应、链节降解反应和乙醛生成等副反应。由此刻分别得到主副反应的反应速率:式中：[N]，[E]分别是亲核链节浓度和亲电链节浓度；f是链节的官能度；P是当存在两个被攻击试剂（链节），两者连在一起的几率;Ci是催化剂浓度；k0是反应指前因子；Ea是反应活化能；b是温度影响因子；R是气体常数；T指反应温度Tref指参考温度；uj指用户指定的速率常数计算子程序返回值。动力学参数需要生产装置数据进行回归。不同生产线回归出来的结果可能会不同。这主要是由于设备、仪表、装置大小等不同引起的反应体系内传热、传质等的差异以及仪表测量精度的误差。2.5添加剂在物料进到预聚釜前需注入缩聚催化剂、稳定EG和其他各种添加剂，如DEG、TiO2.