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聚酯装置流程与聚酯⽣产概述-----------------------作者：
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第⼀章聚酯装置流程介绍 18万吨/年聚酯装置是中国纺织设计院设计的国产化⽣产线, 在⼯艺上以精对苯⼆甲酸(PTA)和⼄⼆醇(EG)为原料，采⽤直接酯化连续缩聚的五釜⼯艺流程，装置设计负荷为⽇产500吨。该聚酯装置具有单系列⽣产能⼒⼤、⽣产弹性⼤、化⼯料品种少、原料消耗低、三废少等特点。在控制系统上，聚酯装置采⽤了先进的集中分散DCS 控制系统，具有操作控制⽅便、⼈机联系好、功能齐全、可靠性⾼等特点。本聚酯装置的产品为半消光纤维级聚酯熔体及切⽚，可⽤于直接纺制涤纶长丝或短纤。聚酯⽣产装置包括主⽣产装置和辅助⽣产装置两⼤部分。主⽣产装置包括以下⽣产⼯序：（⼀）PTA 卸料及输送（设PTA 库房两座，两座库房⾯积共9800m 2，贮存周期约25天）（⼆）浆料制备（三） 酯化（第⼀、⼆酯化及⼯艺塔）（四）预缩聚（第⼀、⼆预缩聚，预聚物过滤及输送）（五）终缩聚（终缩聚、熔体输送及过滤）（六）切⽚⽣产、输送及包装（七）尾⽓淋洗（⼋）催化剂制备（九）消光剂制备辅助⽣产装置包括以下部分：（⼀）热媒站（配备单台热负荷800万⼤卡的热媒炉三台，两⽤⼀备）（⼆）罐区（设容积5000m 3的⼄⼆醇贮罐两个，贮存周期约52天；设容积1000m 3的燃料油贮罐两个，贮存周期约32天。）（三）过滤器清洗（四）化验室聚酯装置主⼯艺流程图如下: 终缩聚
预缩Ⅱ预缩Ⅰ酯化Ⅱ酯化Ⅰ浆料配制EG动⼒蒸汽
外购原料PTA通过叉车将PTA贮存于PTA仓库,⼈⼯将PTA投⼊链板输送前的⼩料仓后,⽤链板输送⽅式将PTA送到聚酯⼤楼的⽇料仓。另⼀主要原料⼄⼆醇贮存在罐区，⽤泵通过管线送⼊车间。催化剂三醋酸锑（或⼄⼆醇锑）⽤桶装、消光剂⼆氧化钛⽤袋装运⼊聚酯⼤楼四楼。
聚酯装置主要由催化剂配制、⼆氧化钛配制、浆料配制、酯化、缩聚、切⽚⽣产及包装等⼏个⼯序组成。酯化缩聚设置了五个反应器，其中两个是酯化反应器，两个是预缩聚反应器，⼀个后缩聚反应器。两个酯化反应器为⽴式搅拌釜，设内盘管加热，两台反应器共⽤⼀个分离⼄⼆醇和⽔的⼯艺塔。第⼀预缩聚反应器为⽴式槽，不设搅拌装置，⽤液环真空泵产⽣真空。第⼆预缩聚反应器和后缩聚反应器为圆盘转⼦式，两个反应器共⽤⼀套三级⼄⼆醇蒸汽喷射泵系统(它⽤液环泵作排⽓的)，在每个缩聚反应器和它的真空装置间设刮板冷凝器。在第⼆预缩聚反应器和后缩聚反应器之后分别设有熔体过滤器。从终缩聚反应器出来的熔体每天300吨供应长丝⼋条⽣产线，每天200吨供应另外的长丝四条⽣产线，其余⼤约有每天20--40吨熔体通过⽔下切粒机⽣产半消光切⽚，本装置配有两台切粒机，切出的切⽚通过⼲燥装置后，⽤⽓相脉冲输送⽅式将切⽚送⾄切⽚料仓，打包后出⼚。 辅助装置有：热媒(HTM)系统（主要由三台800万⼤卡的热媒炉组成）、过滤器清洗等辅助设施。本装置⽤液相热媒作反应器等设备、管线的加热和保温，共设置了⼗⼀个⼆次热媒回路，分别服务不同的使⽤点。
聚酯⽣产中的每⼀段⼯序其作⽤分别简要说明如下：
1、浆料配制
原料PTA⾃PTA储存料仓采⽤星型给料器出料，通过振动筛去除夹带的异状物，质量流量计连续计量后，送⼊浆料调配槽。原料PTA和MEG以及催化剂溶液按规定⽐例连续送⼊浆料配制槽中，由特殊设计的搅拌器使之充分混合并配制为恒定摩尔⽐（MEG/PTA）的浆料，经浆料输送泵连续送⼊酯化反应器中。
2、酯化反应
酯化反应系统共设置两台酯化反应器。在第⼀酯化反应器中酯化率可以达到91%；第⼆酯化反应器后控制酯化率在96.5%左右。通过调节反应器的温
度、压⼒和液位等，可以控制反应酯化率，同时保证装置的稳定运转。两个酯化反应器的汽相物采⽤⼀个⼯艺塔⽤于⼄⼆醇回收。分离的重组分⼄⼆醇回流到两个酯化反应器中。塔顶轻组分冷凝后，凝液⽤作塔的回流液，其余作为⽣产污⽔送污⽔预处理系统处理。
3、预缩聚反应
预缩聚反应系统共设置两台预缩聚反应器。第⼀预缩聚反应器的操作压⼒控制在100mbar左右，使⽤⼄⼆醇蒸汽喷射泵和液环真空泵产⽣真空，并控制第⼆预缩聚反应器的操作压⼒在10mbar左右。并与
终缩聚反应器共⽤⼄⼆醇蒸汽喷射泵产⽣真空。在预缩聚反应器及其真空设备之间设置刮板冷凝器，采⽤⼄⼆醇喷淋以捕集汽相中的⼄⼆醇及夹带物。⼄⼆醇凝液收集在液封槽中，以循环冷却⽔作为冷却介质，通过冷却器降低温度后循环使⽤。因⼄⼆醇凝液中⽔含量较⾼，可送⼊酯化反应系统⼯艺塔中进⾏分离。第⼆预缩聚反应器采⽤齿轮泵出料，经预聚物熔体过滤器过滤后送⼊终缩聚反应器中。
4、终缩聚反应
设置⼀台终缩聚反应器，终缩聚反应器中的操作压⼒控制在1mbar左右。通过控制真空度使熔体的聚合度达到指标要求。为控制终缩聚系统真空度，采⽤冷冻⽔作为⼄⼆醇喷淋液的冷却介质。新鲜⼄⼆醇加⼊在终缩聚反应器的刮板冷凝器、⼄⼆醇蒸发器和液环真空泵组中。终缩聚反应器和⼄⼆醇蒸汽喷射泵组⽓相凝液⽔含量较低，⽆需分离即可直接回⽤。该部分⼄⼆醇和预缩聚系统经⼯艺塔分离后的⼄⼆醇混合，可直接送到浆料配制槽⽤作浆料调配⽤。采⽤⼄⼆醇蒸汽喷射产⽣真空，⽤液环泵作为它的排⽓级。通过调节补加在喷射泵吸⼊⼝的⼄⼆醇蒸汽量，控制操作真空度。喷射泵组的第⼀级混合冷凝器的真空度在6 mbar左右，第⼆予缩聚反应器的刮板冷凝器的未凝⽓引⾄这个混合冷凝器。设置⼄⼆醇蒸发器，为喷射泵提供动⼒蒸汽。5、熔体分配及切⽚⽣产
聚酯熔体采⽤齿轮泵出料和增压，经熔体过滤器过滤后，通过特殊设计的熔体分配系统，⼀部分送熔体直纺长丝装置，另⼀部分送切⽚⽣产系统铸带切粒。设置⼆条切粒⽣产线，当其中⼀台切粒机换⼑
维修时，另⼀台切粒机可承担全部负荷。聚酯熔体从铸带头挤出成型，采⽤除盐⽔作为冷却介质，通过换热器冷却循环使⽤。
6、切⽚输送和包装三维打印
设置⼀条⽓⼒输送线，采⽤密相输送⽅式，将切⽚从接收料⽃输送到成品料仓储存和包装。设置切⽚料仓⼆台，切⽚⾃动包装系统⼀套。
7、⼄⼆醇分配及催化剂配制
新鲜EG⾃原料及化⼯料罐区⼄⼆醇储罐经EG输送泵送⾄聚酯装置本系统，过滤后分配⾄装置各⽤户。⼄⼆醇锑作为缩聚反应的催化剂，采⽤间歇调配⽅式，从供料槽连续计量加⼊到浆料配制槽中。
8、⼆氧化钛配制
⼆氧化钛是纤维级聚酯切⽚常⽤消光剂。将⼆氧化钛配制成浓度较⾼的消光剂悬浮液，经研磨机研磨打碎聚集的⼤颗粒后，加⼊⼄⼆醇稀释到⼯艺要求的浓度，再并经离⼼机分离其中⼤颗粒、过滤器过滤后，送⼊消光剂供料槽中，计量后连续送⼊第⼆酯化反应器。
辅助⽣产装置
1、PTA卸料及输送系统
根据原料来源情况，外购袋装PTA采⽤叉车或桥式吊车卸料，并储存在PTA仓库。
PTA采⽤叉车运输⾄卸料区，由防爆电动葫芦吊⾄PTA卸料⼝拆包卸料，送⾄聚酯装置PTA⽇料仓储存。
2、过滤器的清洗
采⽤⽔解法清洗聚酯装置预聚物和终聚物过滤器滤芯，既过热蒸汽解聚⽅式。过滤器芯先在解聚槽中⽤310℃过热蒸汽解聚24⼩时，然后是24⼩时热碱洗，24⼩时热⽔洗，在⽤5～10Mpa⾼压⽔洗，最后是超声波处理，⿎泡检验。
3、⼀次热媒系统（热媒站）
在三期聚酯⼯程的热媒站增设三台8,000,000 kcal/h热媒炉，两⽤⼀备为聚酯装置⽤户提供热源。热媒循环泵将恒定温度的热媒（~320℃）送⾄聚酯
测量电池内阻装置，使⽤后温度降低的热媒通过循环管路回到热媒站，通常称该死循环系统的热媒为⼀次热媒。
送⾄聚酯装置中每个供热回路循环的热媒称为⼆次热媒。通过调节进⼊每个⼆次回路的⼀次热媒量，可以控制⼆次热媒的温度，实现⼯艺上对每个设备不同温度的要求。
4、原料及化⼯料罐区
单向离合器轴承
⼄⼆醇贮罐：外购⼄⼆醇采⽤⼄⼆醇槽车运输，经⼄⼆醇卸车泵卸料后，贮存于⼄⼆醇贮槽中。设置2X5,000m3⼄⼆醇贮罐⼆台，经⼄⼆醇输送泵送⾄聚酯装置各⽤户。
燃料油贮槽：外购燃料油采⽤燃料油槽车运输，经燃料油卸车泵卸料后，贮存于燃料油贮槽中。设置2X1000m3燃料油贮罐⼆台，经燃料油循环泵送⾄热媒站使⽤。
5、分析化验
设置分析化验室，⽤于中间产品和产品分析和化验。分析化验项⽬包括：特性粘度、外观、熔点、端羧基含量、⾊相、凝聚粒⼦、⼆⽢醇含量、⼆氧化碳含量、灰分、铁含量、⽔分、百粒量、异型切⽚、粉末含量，以及催化剂和⼆氧化钛调制液分析，馏出⽔、熔体及循环⼄⼆醇等。
本装置有以下⼏个⼯艺特点：
（⼀）采⽤低温⼯艺和较长的停留时间。尤其是使第⼀酯化反应器达到较⾼的酯化率，确保产品质量
和装置稳定运⾏。本⼯艺的浆料摩尔⽐1.08，第⼀酯化反应器温度在260℃。与⾼浆料摩尔⽐(1.9～2.0)和⾼温(280℃)的酯化⼯艺⽐较，酯化反应器中⼄⼆醇的蒸汽量较⼩，装置中分离⼄⼆醇的⼯作负荷也较⼩，⼤⼤减少了这部分的能耗。
（⼆）采⽤多段圆盘式缩聚反应器，并合理确定预缩聚反应器和终缩聚反应器的负荷分配，充分发挥终缩聚反应器圆盘转⼦的传质功能作⽤，实现单系列较⼤的⽣产能⼒。
（三）⼄⼆醇在系统内全部内循环，⽆需设置专⽤的⼄⼆醇回收设施。
（四）设置⼀个⼯艺塔并采⽤⾼效导向浮阀塔，除承担两台酯化反应器⽓相物的分离外，还在⼄⼆醇全回⽤流程中承担缩聚反应器⽓相物的分离。
（五）采⽤⼄⼆醇蒸汽喷射⽅式产⽣真空，与⽔蒸汽喷射⽅式相⽐，能耗较低；⼄⼆醇的蒸发潜热是⽔的40%，制作⼄⼆醇蒸汽⽐⽔蒸汽的能耗低。本装置采⽤三级⼄⼆醇蒸汽喷射，⽤液环泵作向⼤⽓的排⽓级，与其它装置⽤五级蒸汽喷射相⽐较，节省能量。在⼄⼆醇蒸汽喷射系统中，⽤循环冷却⽔作冷却介质冷却喷淋液。⽽在⽔蒸汽喷射系统中，要求在第⼀级喷淋冷凝将汽相中绝⼤部分⼄⼆醇冷凝，因此需要⽤冷冻⽔作冷却介质冷却喷淋液。本设计采⽤⼄⼆醇蒸汽喷射系统不需⽤冷冻⽔作冷却（指17E03），相应就节省了制备冷冻⽔的能耗。蒸汽凝液中含⽔量少，经分离即可在装置中循环使⽤；污染⼩，避免了蒸汽喷射排放凝液因含⼄⼆醇等有机物，⽽增⼤治理污染的负荷。
（六）对真空系统的尾⽓，采⽤喷淋塔将尾⽓中的有害物质喷淋吸收，以减少对环境的污染。
第⼆章聚酯⽣产基础知识
第⼀节基本概念
⼀、低分⼦、⾼分⼦和聚合度
涤纶分⼦是相当长的链状分⼦，在结构上是对称的苯环结构线性⼤分⼦。其分⼦式可表⽰为：HO[CH 2CH 2COOC 6H
4C00]n CH 2CH 2OH ，因为分⼦结构
中含有酯基-COO-，故称为聚酯纤维。涤纶分⼦链通常由1000个以上原⼦组成，分⼦量在约为20000--30000数量级，分⼦长度为1000--2000 ，所以
涤纶是⼀种⾼分⼦物质，和⾼分⼦物质相⽐，对苯⼆甲酸和⼄⼆醇的分⼦量，组成分⼦的原⼦数量及分⼦长度都是很⼩的，此类物质叫做低分⼦物质。
涤纶分⼦之所以很长，是因为具有重复单元-CH 2CH 2COOC 6H 4C00-，该单元在分⼦中重复的个数
n 称为聚合度。在化学反应的不同阶段，n 可以为1、2、3……，甚⾄数百数千以上，反应程度越⾼，n 越⼤，分⼦链越长。我⼚⽣产的聚酯其聚合度⼀般在103左右。
⼆、粘度、特性粘度
粘度是⽤来量度流体粘性⼤⼩的，它的物理意义是指流体内部摩擦⼒即粘性⼒。在绝对制单位中，粘度的单位⽤泊或厘泊表⽰，国际单位中为帕斯卡·秒(Pa ·S)。
在聚酯⽣产中，特性粘度是个很重要的产品质量控制指标。因为聚酯的特性粘度与分⼦量有直接关系。在本装置中，特性粘度以符号η表⽰，单位⽤dL/g 表⽰，得出特性粘度与⾼分⼦物质的分⼦量之间有如下关系：
b n M a )(?=η
这⾥的a 和b 为常数，对每⼀聚合物和每种溶剂都需要实验测定，Mn 是某种聚合物的分⼦量。我⼚⽣产的聚酯其特性粘度在
0.640dL/g ，数均分⼦量⼀般在20000左右。
三、酯化反应和缩聚反应：
酯化反应：
缩聚反应：
。
A
（真空以对苯⼆甲酸和⼄⼆醇为原料⽣产涤纶聚酯的化学反应可表⽰为：反应1是有机酸和醇的反应，
由酸的羧基与醇的羟基相互作⽤⽣成了酯基和⽔，这类反应就叫酯化反应。反应2是由⼀种（或⼏种）低分⼦物质（如对苯⼆甲酸⼄⼆酯）彼此化合⽣成⼀种⾼分⼦物质（如聚对苯⼆甲酸⼄⼆酯），同时还⽣成另⼀种低分⼦物质（如⼄⼆醇）的过程，此类反应就叫缩聚反应。
四、酯化率和缩聚转化率
物质在发⽣化学变化时，不是杂乱⽆章的，⽽是严格遵守⼀定规律的，化学反应的特征是⽣成了新的物质。在化学变化中，物质按⼀定的数量关系进⾏反应，⽣成⼀定量的产物。化学计算中，转化率是⼀个很重要的概念，它定义为进料或进料中某种组份转为某种产物的分率。通常要对以什么进料为基准，转化成什么产物加以说明，不然结果就会混乱。
酯化率和缩聚转化率标志着酯化反应和缩聚反应完成的程度。在本装置中，将酯化率定义为⽣成酯基的羧基克分⼦数对于进料PTA 的羧基克分⼦总数的分率，将缩聚转化率定义为⽣成聚对苯⼆甲酸⼄⼆酯所需要的羧基克分⼦数对于进料PTA 的羧基克分⼦总数的分率，这⾥选择的基准均为进料PTA ，酯化产物为BHET ，缩聚产物为PET ，以统计反应前后羧基克分⼦数的变化来确定酯化率和缩聚转化率，和上述转化率的定义是统⼀的。
五、催化剂
在化学反应中，催化剂是⼀种能改变反应速度，但本⾝不参加化学反应的物质。⽤于实际⽣产的催化剂⼀般应具有催化活性⼤，对副反应作⽤⼩，使产品污染程度⼩等优点。催化剂的浓度要依各具体反应⽽定。因为如果浓度过⼩，反应速度会很慢；如果浓度过⼤，则副反应速度也加⼤，副产品增加，主产品的质量降低。
六、压强、绝对压、表压、真空度
广告伞制作涤纶⽣产过程中所处理的物料，绝⼤多数是⽓体和液体，⽓体和液体都是能够流动的，总称为流体。
流体垂直作⽤于单位⾯积上的
压⼒，称为压强。由于在实际⽣产
中，操作压强的⾼低相差悬殊，有
的在正压下操作的，有的在负压下
操作的，因此压强的单位有多种，
在我⼚常⽤的单位有：公⽄/厘⽶
2，巴（bar ）、毫⽶汞柱、⼤⽓压
等。各单位之间的操作关系为：
1巴=1.0197公⽄/厘⽶
2=0.9869⼤⽓压=750毫⽶汞柱
凡是⽤绝对零压（即绝对真空）作起点计算的压强称为绝对压。
由压⼒表上表⽰的压⼒读数叫表压，它是被测量的绝对压⼒与⼤⽓压压⼒的差值；
即P绝=P⼤⽓+P表。
如果流体的压强低于⼤⽓压，即处于真空或负压状态，则在压⼒表上指⽰的读数为真空度。真空度与绝对压的关系为：绝对压=⼤⽓压－真空度从上式可看出，真空度越⼤，绝对压越⼩。
第⼆节⼄⼆醇和对苯⼆甲酸的性质
⼀、⼄⼆醇的性质
⼄⼆醇（分⼦式为HOCH2CH2OH）是具有甜味的粘稠性液体，分⼦量为62，能以任何⽐例溶于⽔，沸点197.4℃，熔点-12.6℃，密度1.140--1.1150克/厘⽶（20℃时），⽐热0.561卡/克度（20℃时），蒸发热208千卡/公⽄（190℃时），闪点116℃（开⼝容器）它具有两个碳原⼦并含有两个羟基（-OH），故称为⼄⼆醇。⼄⼆醇能⼤⼤降低⽔的冰点，这是其重要性质。含40%体积⼄⼆醇的⽔溶液于-25℃结冰，⽽含60%体积⼄⼆醇的⽔溶液则在于-49℃结冰，⼄⼆醇的吸⽔性强，同时也能很好地溶解树酯、染料等有机物。
⼄⼆醇的着⽕温度为410℃，起⽕时可⽤⽕、⼲粉等灭⽕。
⼆、对苯⼆甲酸的性质
对苯⼆甲酸（）系⽩⾊针状结晶体，分⼦量166.13，密度1.510克/厘⽶3，⽐热0.2873卡/克·度，升华热23.5千卡/克分⼦，熔点（在封管中）425℃，升华点402℃，能溶于碱溶液，稍溶于热⼄醇，微溶于⽔。
对苯⼆甲酸具有羧酸的⼀般性质，因此能和醇作⽤⽣成酯，与碱反应⽣成盐，其最低爆炸浓度为0.05克/升。
第三节酯化反应原理
电磁感应采暖炉
直接酯化反应是这样进⾏的：先将粉末状的PTA溶解于⼄⼆醇中，已溶的PTA再在⾼温下与⼄⼆醇发⽣酯化反应，其反应式如下：
根据对苯⼆甲酸的性质可知，它在⼄⼆醇中的溶解度很⼩，且⽆确定的熔点，仅在402℃升华，⽽⼄⼆醇的沸点为197.4℃，⼤⼤低于PTA的升华点，所以上述反应体系属于固液⾮均相体系，反应主要只发⽣在已溶解的PTA和⼄⼆醇之间，所以反应速度很慢。
反应刚开始时，溶液中对苯⼆甲酸总是处于饱和状态，反应速度与对苯⼆
甲酸和⼄⼆醇的浓度⽆关，⼀直向⽣成对苯⼆甲酸⼄⼆酯（BHET ）的⽅向进⾏。
随着反应的进⾏，因为PTA 在反应混全物中溶解度远较在纯EG 中⾼，PTA 粒⼦溶解速度逐渐增加，当PTA 完全溶解时，反应开始转⼊均相酯化阶段，此时酯化率约为89--91%，反应速率将随PTA 和EG 浓度的改变⽽改变。
另外，在⾼温及醇基浓度⾼的条件下，还将发⽣两分⼦⼄⼆醇脱去⼀分⼦⽔⽣成⼆⽢醇的副反应。
第四节对苯⼆甲酸⼄⼆酯缩聚反应原理
缩聚反应是发⽣在⼄⼆醇酯基之间的反应，即每两个⼄⼆醇酯基缩聚并⽣成⼀分⼦⼄⼆醇，反应按下式进⾏：
所得初步缩合物，它的每个分⼦仍然具有活性双官能团（⼄⼆醇酯基），因此缩合反应还可以继续下去。实验指出，反应开始后单体很快消失，⽣成各种不同聚合度的低聚物（聚合度n 为4以下的低聚体），形成的低分⼦产物与原料单体相互缩合，也可以彼此之间缩合，这样⼀直下去，直⾄形成涤纶⼤分⼦，总括起来，可将反应式写为：
缩聚反应是个可逆反应。从反应式可以看出：反应中⼄⼆醇浓度低将使反应向⽣成⾼聚物⽅向进⾏。有关聚合度与平衡常数、析出的⼩分⼦⼄⼆醇浓度的关系可⽤下式表明：
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