年产万吨PET生产车间的工艺设计年产万吨PET生产车间的工艺设计摘要夲设计是年产万吨聚对苯二甲酸乙二醇酯()车间合成PET工段初步设计。本文对的研究生产和应用进行了详细的概述PET阐述了其在化学工业中的作鼡和地位并介绍了的制备方法和PET确定了的生产工艺。在确定生产工艺的基础上进行了物料PETPET衡算设备选型和车间设计等过程文中还对供電、供水、采暖等方案进行了简单的阐述。关键词:聚对苯二甲酸乙二醇酯酯交换法反应釜选型PETI目录摘要I概述聚对苯二甲酸乙二醇酯(,,,)的概述聚酯生产技术进展中国生产消费现状产品构成中国聚酯工业及与国外先进水平的差距聚对苯二甲酸乙二醇酯(PET)的特性与应用特性应用聚对苯②甲酸乙二醇酯的改性品种增强改性PET共混改性PET结晶改性PET聚对苯二甲酸乙二醇酯的成型加工PET的加工特性PET的加工方法PET制备方法的简介和选取酯茭换缩聚法直接酯化缩聚法环氧乙烷法PET合成方法的选取物料衡算酯交换阶段第一酯交换器R物料衡算第二酯交换器R物料衡算第三酯交换器R物料衡算BHET储槽物料衡算缩聚阶段第一聚合釜R物料衡算第二聚合釜R物料衡算第二聚合釜R物料衡算I切粒包装关键设备的选型釜的选型其他设备的選型车间设备布置设计车间设备布置的原则车间设备布置的原则车间设备平面布置的原则车间设立面布置的原则车间设备布置车间设备平媔布置车间设备立面布置公用工程供水供电供暖通风参考文献致谢II概述聚对苯二甲酸乙二醇酯(,,,)的概述(PET)为聚对苯二甲酸和乙二醇直接酯化法戓聚对聚对苯二甲酸乙二醇酯苯二甲酸二甲酯与乙二醇酯交换法制成的聚合物俗称涤纶英文名称Polyethyleneterephthalate简称PET或PETP俗称涤纶树脂。他是对苯二甲酸與乙二醇的缩聚物与,,,一起统称为热塑性聚酯或饱和聚酯PET薄膜的突出性能有阻隔性、力学性能和韧性好PET玻璃纤维增强工程塑料的突出性能為力学性能高且受温度影响小、耐热温度高、冲击强度高、耐摩擦、耐蠕变性好、刚性大、硬度大及尺寸稳定性好增强PET在力学性能、刚性、耐热性方面都超过增强PBT但加工性不及PBT。PET是英国ICI公司于年首先工业化的美国杜邦于年生产开始主要用于纤维和薄膜类制品直到年日本带人公司开发出玻璃纤维增强制品后才开始用于工程塑料领域目前PET用于纤维和塑料制品基本各半塑料制品主要用于透明瓶、薄膜和片材用作笁程塑料正在迅速兴起预计今后几年会迅速增长但目前用量很小日本年PET的总产量为万t其中用于塑料万t而工程塑料只占万t西欧年用于塑料的PET為万t其中用于吹塑瓶、用于薄膜和片材包括工程塑料等其他为美国年用于塑料的PET为万t而用于瓶类制品。聚酯生产技术进展世界聚酯装置正姠更大经济规模方向发展单系列生产能力已由世纪年代的吨天、吨天提高到年代的吨天、吨天、吨天、吨天。目前世界前家聚酯生产厂镓的平均产能达到万吨年规模最大的杜邦公司已达万吨年聚酯工艺路线有直接酯化法(PTA法)和酯交换法(DMT法)。PTA法具有原料消耗低、反应时间短等优势自年代起己成为聚酯的主要工艺和首选技术路线大规模生产线的为连续生产工艺半连续及间歇生产工艺则适合中、小型多种生产裝置。PTA法连续工艺主要有德国吉玛(Zimmer)公司、美国杜邦公司、瑞士伊文达(Inventa)公司和日本钟纺(Konebo)公司等几家技术其中吉玛、伊文达、钟纺技术为釜鋶程杜邦则开发了釜流程(目前正在开发釜流程)两者缩聚工艺基本相似区别在于酯化工艺。如釜流程采用较低温度及压力酯化而釜流程则采鼡高乙二醇(EG)PTA摩尔比和较高的酯化温度以强化反应条件加快反应速度缩短反应时间总的反应时间为釜流程小保釜流程小时。目前世界大型聚酯公司都采用集散型(DCS)控制系统进行生产控制和管理并对全流程或单釜流程进行仿真计算年初伊文达费希尔(InventaFisher)(IF)公司公布了其聚酯生产流程囷能耗。该工艺从PTA或DMT与乙二醇(EG)反应生产树脂级或纺织级聚酯采用釜(R)工艺由PTA和EG或熔融DMT和EG组成的浆液进入第一酯化酯交换反应器反应在较高壓力和温度(,)下进行生成的低聚物进入第二串级搅拌式反应器在较低压力和较高温度下进行反应反应转化率大于。然后在低于常压和较高温喥下藉第台串级反应器预聚合缩聚程度大于经第台DISCAGE精制器后使最终缩聚物的特性粘度(iV)提高到能耗为:电力kwht燃料油kgt氮气mt空气mt。采用该吨天現已有单系工艺已建有多套装置其中条生产线能力为,列吨天生产线投运。用于聚酯生产缩聚反应的催化剂种类繁多主要有锑系、锗系、钛系、锡系等由于锑系催化剂在缩聚过程中能大大促进缩聚反应而对热降解反应的促进程度较小因此目前聚酯工业普遍采用锑系催化剂主偠品种有三氧化二锑、醋酸锑以及近年来开始受到广泛关注的乙二醇锑。此外用于酯交换反应的锰、锌、钙、钴、铅等金属的醋酸盐对缩聚反应也有一定的催化作用中国生产消费现状我国聚酯的生产起步较晚年代开始形成上海、天津、辽阳等生产基地年代国产间歇式、半連续的小聚酯生产装置建设较多据统计已有家以上。目前我国主要聚酯生产企业集中在中国石化和中国石油两大集团公司中国石化年聚酯产量达到万吨占全国总产量的。中国石油年产量为万吨占全国总产量的目前主要的多家聚酯生产企业年产量在万吨以上的企业有家在萬吨以上的企业有家在万吨以上的企业有家。仪征化纤公司是目前我国聚酯生产能力和产量最大的企业年聚酯产量达到万吨占全国总产量嘚其次是辽阳石化公司年产量万吨占上海石化公司居第三位年产量为万吨占年上海石化公司产量达到万吨辽阳石油化纤公司达万吨洛阳石化公司达万吨天津石化公司达万吨。年我国共有多家聚酯生产企业其中小聚酯(指采用间隙法生产工艺的装置)企业有近家为大聚酯企业总數的倍多而产能约占全国总生产能力的我国现在最大的聚酯生产企业是中石化仪征化纤股份公司总年产能力达到万吨已成为世界十大聚酯生产企业之一。除仪征化纤外我国聚酯大型企业还有辽阳石油化纤公司、上海石化股份有限公司、天津石油化工公司、翔鹭涤纶纺纤(厦門)有限公司上述大企业的生产能力约占全国总产能的。近年仍有一些新厂在建年至今我国民营聚酯企业激增聚酯生产能力急剧膨胀到姩底民营企业的聚酯生产能力已占我国总生产能力的左右目前纤维级聚酯已出现生产能力相对过剩的状况。近年我国聚酯生产能力大幅度增长产量也同步上升自年以来聚酯产量一直以两位数的速度增长中国聚酯产量已由年万吨增加到年万吨年聚酯产量已达到万吨年国内聚酯苼产能力达到万吨产量和增长幅度己远超过美国居世界首位我国现已成为世界第二大聚酯生产国。年聚酯表观消费量已达万吨因近年國内聚酯树脂和涤纶产品需求量较大每年进口总量均在万吨以上。产品构成在产品品种方面目前我国聚酯生产仍以纤用聚酯为主占总年产能力的国内非纤用聚酯切片年产能力约万吨其中聚酯瓶片发展特别迅速仅年就新增多万吨年产能力但由于国内市场容量有限因此聚酯瓶爿装置开工率不足。年代后随着合成纤维工业的迅速发展我国聚酯的消费量也快速增长年合成纤维用聚酯表观消费量为万吨年增加到万噸。年表观消费量增长到万吨年达到万吨年达到万吨我国聚酯的消费绝大部分用于生产涤纶纤维。涤纶纤维是我国合成纤维中增长最快嘚品种年涤纶纤维产量只有吨仅占我国合成纤维总产量约位于锦纶、维纶和腈纶之后而居第四位年涤纶纤维产量上升到万吨超过上述三種纤维而跃居首位占合成纤维总产量的。年产量突破万吨达到万吨年产量猛增到万吨年更达到万吨创历史最高记录。,年间我国涤纶纤维岼均年递增万吨占世界年均增量的一半以上成为推动世界聚酯纤维增长的主要国家近期内我国涤纶纤维产量仍将以的年率增长生产涤纶纖维消耗聚酯约占聚酯总消费量的。在聚酯产品上非纤聚酯的发展速度很快年世界聚酯包装树脂和薄膜产量分别为万吨和万吨占世界聚酯总产量的和年则分别为万吨和万吨占世界聚酯总产量的和。年分别达到万吨和万吨年均增长率分别为和各占世界聚酯总产量的和预计箌年非纤聚酯产量约占聚酯总产量的。中国聚酯工业及与国外先进水平的差距PET的国外生产商有:美国杜邦公司、英国ICI公司、日本帝人公司、彡菱人造丝公司、东洋纺织公司、钟渊化学公司等我国的生产厂有:北京燕山石化公司、辽阳化纤公司、上海石化公司、新疆独出于石化公司、上海涤纶厂、岳阳化工二仪征石化公司及广州黄埔化工厂等。我国的,,,生产规模远远落后于国外几个主要生产厂商进入,,年代我国逐步从国外引进万度,几十万吨级先进的,,,树脂合成装置质量和产量都有了长足的进展。根据中国防治学会统计,,,,年我国生产的,,,切片树脂,,,万吨其中高黏度包装用(饮料瓶和包装片材等)切片树脂生产能力为,,(,万吨所以生产,,,工程塑料级的树脂来源充足由于制备各种混配改性,,,塑料的装置于其怹聚合物混配改性用的装置是通用的国内混配用挤出机等制造业形成一定规模所以只要市场一旦开拓国内,,,塑料的生产也会快速增长。中国聚酯工业及国外先进水平的差距主要表现在一下几点:()聚酯产品价格竞争力较弱企业赢利性不强国内每吨产品加工成本高于韩国和台湾企業美元左右直接原料成本的平均水平每吨高出美元以上。()上下游生产能力不配套原料发展滞后于聚合聚合又滞后于抽丝而抽丝又不能满足纺织工业需要主要原料进口依存度高达以上。聚酯重要原料PTA、EG供应不足每年有原料需进口补充这两种原料占产品成本,()生产集约化程度鈈高。装置规模小生产效率低生产成本高缺乏竞争力企业单线规模除仪化、龙涤、开平和翔鹭等具有单线,吨天能力外绝大部分为吨天、噸天能力。在整厂规模上除仪化、上化、辽化及翔鹭具备万吨年以上能力外大部分在万吨年左右和以下而目前世界聚酯经济规模单厂产能┅般在万吨年以上直纺涤纶短纤维的整厂规模仅仪化、辽化、上化、翔鹭大于万吨年其余也均较小。目前生产能力在万吨年以下和采用間歇法工艺路线的小型聚酯装置的生产能力约占我国聚酯总生产能力的造成装置平均生产能力很低难以发挥规模效益据测算小型聚酯装置单位生产能力投资比大型聚酯装置约低而运行能耗增加约损耗多以上而且产品质量较差。()聚酯产品结构与世界先进水平差距较大品种結构与国际先进水平有较大差距常规产品生产能力过剩生产品种范围窄非纤聚酯比例明显偏低。大多数企业只能生产常规普通产品许多高科技、多功能和高附加值产品仍需进口解决以涤纶纤维为例发达国家的纤维差别化率是我国的两倍。新产品开发能力弱化纤差别化率仅,遠低于发达国家的,我国非纤维产品产量占聚酯产品总产量的比重大大低于世界平均水平。虽然近年我国瓶用聚酯产能发展很快但工程用聚酯生产仍是空白聚对苯二甲酸乙二醇酯(PET)的特性与应用特性PET是乳白色或浅黄色、高度结晶的聚合物表面平滑有光泽。在较宽的温度范围內具有优良的物理机械性能长期使用温度可达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阻燃性囷自熄性。PET的分子为高度对称芳环的线性聚合物易于取向和结晶具有较高的强度和良好的成纤性及成膜性结晶度为,结晶速度慢纯PET耐磨耗、低摩擦、吸水性小、尺寸稳定性高但力学性能、耐热性和冲击性能较差经玻璃纤维增强后PET的力学性能和耐热性大幅度提高可用于工程塑料。PET及增强PET的具体性能如下表所示表纯PET和玻璃纤维增强PET的性能性能纯PETGF,PET相对密度吸水率成型收缩率,拉伸强度MPa断裂伸长率弯曲强度MPa缺口冲击強度(kJm)洛氏硬度,R,,热膨胀系数(×K)热变形温度(MPa)介电常数(,Hz),介电强度(kVmm)体积电阻率(Ωcm)耐电弧s,、一般性能PET树脂为乳白色半透明或无色透明体相对密度折射率为透光率为PET属于中等阻隔性材料对O的透过系数为,cmmm(mdMPa)对CO的透过系数为cmmm(mdMPa)PET的吸水率为吸水性较大。、力学性能PET膜的拉伸强度很高可与铝箔媳美是HDPE膜的倍、是PC和PA膜的倍增强PET的蠕变性小、耐疲劳极好(好于增强PC和PA)、耐磨性和耐摩擦性良好。PET的力学性能受温度影响较小、热学性能纯PET的耐热性能不高但增强处理后大幅度提高在时的机械性能比PF层压板好是增强的热塑性工程塑料中耐热较好的品种PET的耐热老化性好脆化温度为,茬,时仍具有一定韧性PET不易燃烧火焰呈黄色有落滴。、电学性能PET虽为极性聚合物但电绝缘性优良在高频下仍能很好保持PET的耐电晕性较差不能用于高压绝缘电绝缘性受温度和湿度影响并以湿度的影响较大。、环境性能PET含有酯键在高温和水蒸气条件下不耐水、酸及碱的作用PET对囿机溶剂如丙酮、苯、甲苯、三氯乙烷、四氯化碳和油类稳定对一些氧化剂如过氧化氢、次氯酸钠及重铬酸钾等也有较高的抵抗性。PET耐候性优良可长期用于户外PET树脂的玻璃化温度高结晶速度慢模塑周期长成型周期长成型收缩率大尺寸稳定差结晶化的成型呈脆性耐热性低等。通过成核济以及结晶济和玻璃纤维增强的改进,,,除了具有,,,的特性外还有以下的特点:、热变形温度和长期使用温度是热塑性通用工程塑料中朂高的、因为耐热高增强PET在的焊锡浴中浸渍,几乎不变性也不变色特别适合制备锡焊的电子、电器零件、弯曲强度MPa弹性模量达MPa耐蠕变及疲劳性也很好表面硬度高机械性能与热固性塑料相近、由于生产PET所用乙二醇比生产PBT所用丁二醇的价格几乎便宜一半所以PET树脂和增强PET是工程塑料Φ价格最低的具有很高的价格比应用PET主要用于纤维少量用于薄膜和工程塑料。,,,纤维主要用于纺织工业,,,薄膜主要用于电器绝缘材料如电嫆器、电缆绝缘、印刷电路布线基材电极槽绝缘等。,,,薄膜的另一个应用领域是片基和基带如电影胶片、,光片、录音磁带、电子计算机磁带等,,,薄膜也应用于真空镀铝制成金属化薄膜如金银线、微型电容器薄膜等。,,,的另一个用途就是吹塑制品用于包装的聚酯拉伸瓶玻璃纤维增强,,,适用于电子电气和汽车行业用于各种线圈骨架、变压器、电视机、录音机零部件和外壳、汽车灯座、灯罩、白热灯座、继电器、硒整鋶器等。PET工程塑料目前几个应用领域的耗用比例为:电器电子汽车机械用具消费品其他为目前PET工程塑料的总消耗量还不大仅占PET总量的。PET除纖维之外主要用于薄膜和片材、瓶类及工程塑料三大类、薄膜和片材PET薄膜和片材主要用于包装材料如食品、药品及无毒无菌的卫生包装囷纺织品、精密仪器、电子元件的高档包装录音、录像、照相、电影、磁盘、光盘及磁卡等基材电器绝缘材料如电容器膜、柔性印刷线路板及格薄膜开关等。、瓶类PET瓶的透明性高、阻隔性好可用于保鲜包装材料具体包装产品有啤酒、白酒、碳酸饮料、食用油、食品、调味品、药品、化妆品及保健食品等。、工程塑料主要为PET的增强品种具体用于如下几个方面电子电器如连接器、线圈绕线管、集成电路外壳、电容器外壳、变压器外壳、电视机配件、调谐器、开关、计时器外壳及继电器等。汽车配件配电盘罩、阀门、排气零件、分电器盖及小型电动机壳等机械零件齿轮、凸轮、泵壳体、皮带轮、电动机架框及钟表零件等。拉链材料为继PA和POM之后的第三代拉链材料可用于宽窄两種类型聚对苯二甲酸乙二醇酯的改性品种PET的改性品种有增强、共混及结晶改性PET等。增强改性PET主要用玻璃纤维此外还有碳纤维、硅纤维、硼纤维等增强改性主要改善PET在高负荷下的耐热性、高温下的力学性能和尺寸稳定性具体性能参见上表所示。共混改性PETPET与PBT共混如PET和PBT共混并加入滑石粉为成核剂共混物具有收缩率低、耐热、冲击性优良等性能PET与PC共混改善PET的冲击强度具体有PETPC中加入少量马来酸酑接枝PE或PETPCABS三元共混並加入滑石粉为成核剂。PETPA共混改善冲击性和尺寸稳定性常在PETPA共混体系中加入PP,MAH相容剂此外还有PETPE、PETEPDM和PETSBS等目的是为了改善冲击性能。结晶改性PET結晶改性是为了加快结晶速度常加入乙烯,甲基丙烯酸聚合物的钠盐、聚乙二醇二缩水甘油醚、聚氧化乙烯、乙烯,马来酸酑共聚物的钠盐、縮水甘油甲基丙烯酸醋、乙酥醋酸钠及聚己二酸二丁醋等聚对苯二甲酸乙二醇酯的成型加工PET的加工特性PET属极性聚合物熔融温度和熔体粘喥都较大具体加工特性如下。PET属非牛顿流体粘度对温度的敏感性小而对剪切速率敏感大PET吸水性大加工前必须干燥处理干燥条件为温度,时間,h。PET的加工温度范围较窄一般为,接近分解温度为加工中要注意温度不能太高PET的结晶速度慢为促进结晶常采用高模温一般为,。PET的成型收缩率较大增强改性后可大大降低但生产高精度制品是要进行后处理后处理的条件为:温度,时间为,h。PET的加工方法()注塑透明制品常采用热流道螺杆长径比要大具体工艺条件为:料筒温度,喷嘴温度,模具温度壁厚小时为,、壁厚大时为注塑压力为,MPa。()挤出用于生产薄膜和片类制品为改善其制品力学性能和光学性能常进行双向拉伸处理。拉伸温度为,拉伸速率为,拉伸倍率为,()吹塑用于生产PET瓶体常用注拉吹方法成型以保证拉伸妀性效果。注塑型坯的工艺条件同注塑吹塑的加热温度为吹塑压力MPa。PET制备方法的简介和选取PET有三种方法酯交换法、直接酯交换法和环氧乙烷法酯交换缩聚法年以前工业上全用此法生产PET,现在仍为世界各国大量应用。该法主要包括两步:首先是对苯二甲酸二甲酯(DMT)与乙二醇或丁②醇在催化剂存在下进行酯交换反应(图)生成对苯二甲酸双羟乙酯(BHET)或双羟丁酯常用的催化剂为锌、钴、锰的醋酸盐或它们与三氧化二锑的混合物,其用量为DMT质量的,,,。反应过程中不断排出副产物甲醇第二步为生成的BHET或双羟丁酯在前缩聚釜及后缩聚釜中进行缩聚反应(图)前缩聚釜Φ的反应温度为后缩聚釜中反应温度为,加入少量稳定剂以提高熔体的热稳定性。缩聚反应在高真空(余压不大于Pa)及强烈搅拌下进行才能获得高分子量的聚酯纤维用的PET分子量应不低于薄膜用的PET分子量约为一般塑料用的PET分子量约为,。酯交换缩聚法工艺流程图直接酯化缩聚法该法鼡高纯度对苯二甲酸(TPA)与乙二醇或,丁二醇直接酯化生成对苯二甲酸双羟乙酯或丁酯,然后进行缩聚反应该法的关键是解决TPA与乙二醇或,丁二醇嘚均匀混合提高反应速度和制止醚化反应。与酯交换缩聚法相比,该法可省掉DMT的制造、精制和甲醇回收等步骤更易制得分子量大、热稳定性恏的聚合物可用于生产轮胎帘子线等较高质量的制品但该法对原料TPA的纯度要求较高TPA提纯精制费用大。直接酯化缩聚法流程图环氧乙烷法該法直接用环氧乙烷与TPA反应生成对苯二甲酸双羟乙酯再进行缩聚反应其优点是可省掉环氧乙烷合成乙二醇的生产工序设备利用率高辅助設备少产品也易于精制。缺点是环氧乙烷与TPA的加成反应需在,MPa压力下进行对设备要求苛刻,因而影响该法的广泛使用PET合成方法的选取由于酯茭换法中其原料对苯二甲酸二甲酯(DMT)可用较容易的蒸馏和重结晶方法精制连续生产较易所以酯交换法应用最广。目前世界上多数工厂仍以此法为主后两种制法是近年来发展起来的新合成方法因此本工艺亦采取连续酯交换法生产PET。PET纤维的生产工艺流程如下:PET纤维的生产工艺流程粅料衡算本工艺的配方如下(以DMT质量为参考标准):DMT催化剂稳定剂消光剂物料配比:DMT:EG=:(摩尔比)采用顺流程的计算顺序进行物料衡算该工艺为年产万噸PET开工天每天生产小时总损耗为。三级酯交换率分别为、和一些物质的参数如下表表名称TPAEG水甲醇BHETDMT相对分子质量假设PET的聚合度为链节为相對分子质量为。具体物料衡算过程如下:PET熔体=*(**)=kgh故DMT投料的摩尔量n=*=kmolhDMT的投料质量为M=n*=kgh酯交换阶段第一酯交换器R物料衡算RDMT:M=kghDMTEG:M=*n*=kghEG催化剂用量:M=*M=kgh催化剂DMT合计:MMM=kgh催化劑DMTEG=由于酯交换率为所以生成BHET质量为:M=n**=kghBHET生成甲醇的质量为:M=n***=kgh甲醇剩余DMT质量为:M=M*=*=kgh剩DMTDMT剩余EG质量为:M=(n**n*)*=(***)剩EG*=kgh因此为:MMMM催化剂剩剩BHETDMT==kghEG为:M=n***=kgh甲醇R物料平衡验算:总进料量=MMM==kgh催化劑DMTEG总出料量=MMMMM=kgh催化剂剩剩甲醇BHETDMTEG第二酯交换器R物料衡算R催化剂:M=*M=kgh催化剂DMTBHET质量为:M=n**=kghBHETDMT质量为:M=M*=*=kgh剩DMTDMTEG质量为:M=(n**n*)*=(***)剩EG*=kgh合计:MMMM催化剂剩剩BHETDMT==kghEG此阶段酯交换率为故又反应了。所以又生成BHET质量为:M=n**=kghBHET生成又甲醇的质量为:M=n***=kgh甲醇剩余DMT质量为:M=M*=*=kgh剩DMTDMT剩余EG质量为:M=(n**n*)*=(***)剩EG*=kgh因此为:MMMMM=kgh催化剂剩剩BHETBHETDMTEG为:M=kgh甲醇R物料平衡验算:总进料量=MMMM催化剂剩剩BHETDMT==kghEG总出料量=MMMMMM催化剂剩剩甲醇BHETBHETDMTEG==kgh第三酯交换器R物料衡算R催化剂:M=*M=kgh催化剂DMTBHET质量为:M=n**=kghBHETDMT质量为:M=M*=*=kgh剩DMTDMTEG质量为:M=(n**n*)*=(***)剩EG*=kgh合计:MMMM=催化剂剩剩BHETDMTEG=kgh此阶段酯交换率为故又反应了所以又生荿BHET质量为:M=n**=kghBHET生成又甲醇的质量为:M=n***=kgh甲醇剩余DMT质量为:M=M*=*=kgh剩DMTDMT剩余EG质量为:M=(n**n*)*=(***)剩EG*=kgh因此为:MMMM催化剂总剩剩BHETDMT==kghEG为:M=kgh甲醇R物料平衡验算:总进料量=MMMM=催化剂剩剩BHETDMTEG=kgh总出料量=MMMMM催化劑总剩剩甲醇BHETDMTEG==kghBHET储槽物料衡算催化剂:M=*M=kgh催化剂DMTBHET质量为:M=n**=kghBHETDMT质量为:M=kgh剩DMTEG质量为:M=kgh剩EG此阶段加入稳定剂和消光剂质量分别如下:M=M=kghM=M=kgh稳定剂消光剂DMTDMT合计:MMMMMM=kgh催化剂总剩剩稳定剂消光剂BHETDMTEG假设此阶段酯交换率为故又反应了。所以又生成BHET质量为:M=n**=kghBHET又生成甲醇的质量为:M=n***=kgh甲醇剩余DMT质量为:M=M*=*=kgh剩DMTDMT剩余EG质量为:M=(n**n*)*=(***)剩EG*=kgh故储槽中总的粅料质量为:=kghBHET的质量为:=kgh缩聚阶段本工艺采取三级反应釜缩聚具体参数如表:表RRRxPMrXn损失假设在聚合之前进行的脱EG工艺损失物料切粒包装阶段损失物料则进入聚合釜R的物料分别变为:BHET:M=*=kghn=M=kmolh催化剂:M=*=kgh稳定剂:M=*=kgh消光剂:M=*=kgh第一聚合釜R物料衡算R合计:MMMM=kgh由于抽真空会有部分聚合物被夹带出同时也夹带出少量的助剂故n=n*=kmolh催化剂变为:M*=kgh稳定剂变为:M*=kgh消光剂变为:M*=kgh聚合反应生成EG的质量:M=n*P*=**=kghEG生成聚合物的质量:M=n*P*M=kghPETEG剩余BHET质量为:M=n*(P)*=kghBHET故为:MM*=*=kgh合EG为:MMMMM变变变PETBHET==kghR物料平衡验算:总进料量=MMMM=kgh总出料量=MM*MMMMM合变变变EGPETBHET==kgh第二聚合釜R物料衡算R进料为=kgh此阶段物料损失为则:n=M*=*=kmolhBHET催化剂变为:*=kgh稳定剂变为:*=kgh消光剂变为:*=kgh聚合反应生成EG的质量:M=n*P*=**=kghEG生成聚合物的质量:M=n*P*M=kghPETEG剩余BHET質量为:M=n*(P)*=kghBHET故为:MM*=*=kgh进料EG为:MM=kgh总PETBHETR物料平衡验算:总进料量=kgh总出料量=MM*M进料总EGPETM==kghBHET第三聚合釜R物料衡算R进料为=kgh在此阶段没有物料损失则:n=M==kmolhBHET助剂总量为同上一阶段共計kgh聚合反应生成EG的质量:M=n*P*=**=kghEG生成聚合物的质量:M=n*P*M=kghPETEG剩余BHET质量为:M=n*(P)*=kghBHET故为:kgh为:MMM=kgh总助剂PETBHETR物料平衡验算:总进料量=kgh总出料量==kgh切粒包装此阶段物料损失则纯PET质量为:M=M=*=kgh。總PETPET能量衡算计算依据()主要物性参数由相关资料查得以下数据:θHEG(),,KJmolθHPTA(),,KJmolθHPET(),,KJmolθHMA()=KJmolθH水(),,KJmolCP(水),J(mol)CP(PET),J(mol)()基本公式Q,Q出,Q进Q,WCPΔTΔH,H,H,CPΔT汽化热H汽T沸,Jmol()主要反应条件见表表PET生产主偠反应条件名称酯化釜酯交换塔预聚釜第一缩聚釜第二缩釜T(),,~~t(h),P(Pa)*~**~酯化工序段能量衡算进料EG带入的能量:θHEG(),HEG()×NT(EG),,KJmol×kghkgkmol,,KJh式中NT(EG)EG的进料摩尔流量进料PTA带入的能量:θHPTA(),HPTA()×NT(PTA),,KJmol×Kmol,,KJh式中NT(PTA)PTA的进料摩尔流量。合计:,,,,KJh取酯化反应釜的温度为上升蒸汽的质量流量为KJh则θH水(),(HCPΔT)N,,×(,)××,,kJhH,××()××,KJh汽合计:,,,KJh取酯交换塔的温度为上升蒸汽的质量流量为Kgh则θH(),(HCPΔT)N水,,×(,)××,,KJhH,××()××,KJh汽合计:,,,KJh聚合工序段热量衡算取第一缩聚反应器的温度为上升蒸汽的质量流量为Kgh则H水(),(HθCPΔT)N,,×(,)××,,KJhH汽,××()××,KJh合计:,,,KJh取第二缩聚反应器的温度为上升蒸汽的质量流量为Kgh则H水(),(HθCPΔT)N,,×(,)××,,KJhH汽,××()××,KJh合计:,,,KJh出料熔体带出的能量:HPET(),HθPET()CPΔTNPET,,KJmolJmolK×(,)×kgh,,KJh式中NPET出料熔体的质量流量总的能量平衡关系为:HEG()HPTA()Q热媒,HPET()Σ(H水H汽)则Q热媒,(,,,,,),(,),kJh尽管在聚酯工艺中所有的载热管道均采用了包裹石棉的保温措施但还是避免不了┅部分热量的散失这里以,的散失率来计算所以热煤炉消耗的功率为:W热媒,Q热媒(,,),,KW关键设备的选型釜的选型本工艺采用酯交换法生产PET可采用如下方法计算釜的体积a根据年产量确定每小时处理量WdW=*(*)=kghdb确定物料平均停留时间tt=hc确定装料系数取故反应液的体积为:V=*=mR反应液的总体积为:V=V=mTRm对于此反应鈳选用国产不锈钢聚合釜此釜的直径为mm筒体切线长度为mm长径比为釜重kg。此釜封头高度根据国标h=D=mm封头直边高度为mm反应釜的壳套厚度选取mm。其他设备的选型其它的设备主要是泵的选择工业生产中有进料泵、回流泵、塔底泵、循环泵、产品泵等石油化工泵的选择应该满足流量揚程、压力、温度、气蚀余量等工艺参数的要求满足介质特性的要求和现场安装的要求。在选泵时:首先要综合考虑泵的流量一方面应按設计要求达到的能力确定泵的流量并使之与其他设备能力协调平衡另一方面也要根据生产需要确定泵的流量。在确定泵的流量时应综合考慮装置的富裕能力及装置内各设备能力的协调平衡其次根据生产要求确定泵的扬程。选泵时由于工艺过程设计中管道系统压力降计算比較复杂因此泵的扬程要留有适当的余量一般为正常需要扬程的,倍最后根据流体输送设备的特性曲线确定蚌型选泵时确定哪一种设备应在苼产上所需要的流量和扬程后进行。车间设备布置设计车间设备布置的原则车间设备布置的原则从经济和压降观点出发设备布置应顺从工藝流程但若与安全、维修和施工有矛盾时允许有所调整根据地形、主导风向等条件进行设备布置有效的利用车间建筑面积(包括空间)和土哋(尽量采用露天布置及建筑物能合并者尽量合并)。明火设备必须布置在处理可燃液体或气体设备的全年最小频率风向的下侧并集中布置在裝置(车间)边缘控制室和配电室应布置在生产区域的中心部位并在危险区外。充分考虑本装置(车间)与其他部门在总平面布置图上的位置力求紧凑、联系方便缩短输送管线达到节省管材费用及运行费用的目的留有发展的余地所采取的劳动保护、防火要求、防腐蚀措施要符合囿关标准、规范的要求。有毒、有腐蚀性介质的设备应分别集中布置并设围堰以便集中处理设备安全通道、人流、物流方向应错开。设備布置应整齐尽量使主要管道走向一致车间设备平面布置的原则车间平面布置首先必须适合全厂总平面布置的要求应尽可能使个车间的岼面布置在总体上达到协调、整齐、紧凑、美观相互融合浑成一体。其次必须从生产需要出发最大限度的满足生产包括设备维修的要求即要符合流程、满足生产、便于管理、便于运输、利于设备安装和维修。第三生产要安全即要全面妥善的解决防火、防爆、防毒、防腐、卫生等方面的问题符合国家的各项有关规定。第四要考虑将来扩建及增建的余地为今后生产发展、品种改革、技术改造提供方便但这些一定要最有效的利用车间的建筑面积(包括空间)和土地(设备装置能露天布置的尽量露天布置建筑物能合并的应尽量合并)。车间设立面布置嘚原则厂房的立面形式有单层、多层和单层与多层相结合的形式多层厂房占地少但造价高而单层厂房占地多但造价低。采用单层还是多層主要应根据工艺生产的需要例如制碱车间的碳化塔根据工艺要求须放在厂房内但塔有比较高且操作岗位安排在塔的中部以便观察塔内凊况这样就需要设计多层厂房另一种情况是:设备大部分露天布置厂房内只需要安置泵或风机这种情况可设计成单层厂房。对于为新产品工業化生产而设计的厂房由于生产过程中对工艺流程和设备需要不断改进和完善一般都设计一个较高的单层厂房利用便于移动、拆装、改建嘚钢制操作平台代替钢筋混凝土操作台以适应工艺流程和设备变化的需要车间设备布置车间设备平面布置车间平面布置按其外形一般分為长方形、L形、T形和形等。长方形便于总平面图的布置节约用地有利于设备排列缩短管线易于安排交通出入口有较多可供自然采光和通风嘚墙面但有时由于厂房总长度较长在总图布置有困难时为了适应地形的要求或者生产的需要也有采用L形、T形和形的此时应充分考虑采光、通风和立面等各方面的因素车间设备立面布置化工厂厂房可根据工艺流程的需要设计成单层、多层或单层与多层相结合的形式。一般来說单层厂房建设费用较低因此除了由于工艺流程的需要必须设计成多层外工程设计中一般多采用单层有时因受建设场地的限制或者为了節约用地也有设计成多层的。对于为新产品工业化生产而设计的厂房由于在生产过程中对于工艺路线还需不断改进和完善所以一般都设计荿一个高单层厂房利用便于移动、拆装、改建的钢操作台代替钢筋混凝土操作台或多层厂房的楼板以适应工艺流程改变的需要公用工程供水化工生产中的大量用水主要用于工艺用水和冷却用水两类。在本设计中工艺用水不与产品接触故不做讨论对于冷却水应该满足下列几點要求:()温度尽可能低全年温度变化小()不会有水垢和泥渣沉积引起的危害()对金属的腐蚀性小()不会促进生物或微生物的生长从而引起管道和换熱设备的堵塞供电车间用电通常有工厂的变电所或由供电网直接供电。车间用电一般最高为伏中小型电机只有伏通常在车间附近或在車间内部设置变电室将电压降低后分配给各用电设备使用。供暖采暖目前主要以锅炉方式提供热量使在较低温度的环境下仍能保持适宜的笁作或生活条件的一种技术手段它按设备的布置情况主要分为集中采暖和局部采暖通风车间通风的目的是排除余热、余湿、有害气体和粉尘等使车间内作业带的空气保持适宜的温度、湿度和卫生要求以保证操作者的政策卫生条件。通风的方式主要有:自然通风、机械通风两夶类在本设计中主要采用自然通风但在设备附近有局部通风的设施参考文献肖长发等化学纤维概论M中国纺织出版社张洋高聚物合成工艺設计基础M北京:化学工业出版社赵德仁等高聚物合成工艺学M北京:化学工业出版社谭天恩等化工原理M北京:化学工业出版社倪进方等化工设计M华東理工大学出版社致谢首先感谢我们于老师对我的指导。两个星期来我时刻体会着于老师严肃的科学态度严谨的治学精神精益求精的工作莋风我想这是够我一生受用的人格魅力在课程设计的整个过程于老师都给了我无私的指导。正是在于老师科学、严谨的指导下我的设计財能顺利进行也才得以顺利完成再次向于老师表示深深的敬意和感谢～同时也感谢班级其他同学他们在日常的工作和学习中都给予我很哆的帮助和关心谢谢～