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1、年产50万吨PET生产车间的工艺设计摘要本设计是年产50万吨聚对苯二甲酸乙二醇酯（PET）车间合成工段初步设计。本文对PET的研究，生产和应用进行了详细的概述，阐述了其在化学工业中的作用和地位。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，设备选型和车间设计等过程。文中还对供电、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，PET，酯交换法，反应釜选型I目录摘要I1.概述11.1聚对苯二甲酸乙二醇酯（）的概述11.2聚酯生产技术进展11.3中国生产消费现状21.4产品构成31.5中国聚酯工业及与国外先进水平的差距42.聚对苯二甲
2、酸乙二醇酯（PET）的特性与应用62.1特性62.2应用82.3聚对苯二甲酸乙二醇酯的改性品种82.3.1增强改性PET82.3.2共混改性PET92.3.3结晶改性PET92.4聚对苯二甲酸乙二醇酯的成型加工92.4.1PET的加工特性92.4.2 PET的加工方法103.PET制备方法的简介和选取113.1酯交换缩聚法113.2直接酯化缩聚法113.3环氧乙烷法123.4 PET合成方法的选取124.物料衡算144.1酯交换阶段144.1.1第一酯交换器R101物料衡算144.1.2第二酯交换器R102物料衡算154.1.3第三酯交换器R102物料衡算154.1.4 BHET储槽物料衡算1
3、64.2缩聚阶段164.2.1第一聚合釜R201物料衡算174.2.2第二聚合釜R202物料衡算174.2.3第二聚合釜R203物料衡算184.3切粒包装185关键设备的选型195.1釜的选型195.2 其他设备的选型196.车间设备布置设计206.1车间设备布置的原则206.1.1车间设备布置的原则206.1.2 车间设备平面布置的原则206.1.3 车间设立面布置的原则206.2车间设备布置216.2.1车间设备平面布置216.2.2车间设备立面布置217. 公用工程227.1供水227.2供电227.3供暖227.4 通风22参考文献23致谢24II1.概述1.1聚对苯二甲酸乙二醇酯（）
4、的概述聚对苯二甲酸乙二醇酯 (PET)为聚对苯二甲酸和乙二醇直接酯化法或聚对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。他是对苯二甲酸与乙二醇的缩聚物，与一起统称为热塑性聚酯，或饱和聚酯。PET是英国ICI公司于1946年首先工业化的，美国杜邦于1948年生产，开始主要用于纤维和薄膜类制品，直到1966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，用作工程塑料正在迅速兴起，预计今后几年会迅速增长
5、，但目前用量很小；日本1997年PET的总产量为139.5万t，其中用于塑料67.8万t，而工程塑料只占1.6万t；西欧1998年用于塑料的PET为111.8万t，其中87%用于吹塑瓶、6.4%用于薄膜和片材，包括工程塑料等其他为6.6%；美国1998年用于塑料的PET为72.2万t，而93.7%用于瓶类制品。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为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。1.2聚酯生产技术进展
6、 世界聚酯装置正向更大经济规模方向发展。单系列生产能力已由20世纪80年代的100吨/天、200吨/天提高到90年代的300吨/天、400吨/天、480吨/天、600吨/天。目前世界前30家聚酯生产厂家的平均产能达到36万吨/年，规模最大的杜邦公司已达140万吨/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80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、小型多种生产装置。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
7、钟纺(Konebo)公司等几家技术。其中吉玛、伊文达、钟纺技术为5釜流程，杜邦则开发了3釜流程(目前正在开发2釜流程)，两者缩聚工艺基本相似，区别在于酯化工艺。如5釜流程采用较低温度及压力酯化，而3釜流程则采用高乙二醇(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5釜流程10小保?釜流程3.5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。2003年初，伊文达-费希尔(Inventa-Fisher)(I-F)公司公布了其聚酯生产流程和能耗。该工艺从PTA或DMT与乙二醇(EG)反应
8、生产树脂级或纺织级聚酯。采用4釜(4R)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，反应在较高压力和温度(200270)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97%。然后在低于常压和较高温度下，藉第3台串级反应器预聚合，缩聚程度大于20，经第4台DISCAGE精制器后，使最终缩聚物的特性粘度(i.V.)提高到0.9。能耗为：电力55.0 kwh/t，燃料油61.0kg/t，氮气0.8m3/t，空气9.0m3/t。采用该工艺已建有50多套装置，其中13条生产线能力为100700吨/天。现已有单系列700吨/天
9、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，主要品种有三氧化二锑、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。1.3中国生产消费现状我国聚酯的生产起步较晚，70年代开始形成上海、天津、辽阳等生产基地，80年代国产间歇式、半连续的小聚酯生产装置建设较多，据统计已有110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2001年聚酯产量达
10、到202.97万吨，占全国总产量的69.2%。中国石油2001年产量为46.61万吨，占全国总产量的15.9%。目前主要的40多家聚酯生产企业，2001年产量在1万吨以上的企业有29家，在10万吨以上的企业有9家，在30万吨以上的企业有4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，2001年聚酯产量达到110.85万吨，占全国总产量的37.8%；其次是辽阳石化公司，2001年产量40.75万吨，占13.9%；上海石化公司居第三位，2001年产量为38.35万吨，占13.1%。2002年上海石化公司产量达到42万吨，辽阳石油化纤公司达40万吨，洛阳石化公司达22万吨，天津石化公司达2
11、1万吨。2003年我国共有100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70家，为大聚酯企业总数的2倍多，而产能约占全国总生产能力的32%。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120万吨，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(厦门)有限公司。上述5大企业的生产能力约占全国总产能的1/3。 近年仍有一些新厂在建，1999年至今，我国民营聚酯企业激增，聚酯生产能力急剧膨胀。到2002年底，民营企业的聚酯生产能力已占我国总生产能力的40%左右，目
12、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1985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1995年179.1万吨增加到2001年632.5万吨，2002年聚酯产量已达到776.1万吨，2002年国内聚酯生产能力达到850万吨，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。2002年聚酯表观消费量已达786.9万吨。因近年国内聚酯树脂和涤纶产品需求量较大，每年进口总量均在100万吨以上。1.4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88%；国内非纤用聚酯切片年产能力约1
13、00万吨，其中聚酯瓶片发展特别迅速，仅2002年就新增50多万吨年产能力。但由于国内市场容量有限，因此聚酯瓶片装置开工率不足50%。80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。1990年合成纤维用聚酯表观消费量为105.4万吨，1995年增加到268.9万吨。2000年表观消费量增长到616.8万吨，2001年达到710.7万吨，2002年达到859.7万吨。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的品种，1965年涤纶纤维产量只有100吨，仅占我国合成纤维总产量约1.92%，位于锦纶、维纶和腈纶之后而居第四位。1976年涤纶纤维产量上升
14、到2.69万吨，超过上述三种纤维而跃居首位，占合成纤维总产量的34.3%。1990年产量突破100万吨，达到104.2万吨。2001年产量猛增到632.6万吨，2002年更达到772.1万吨，创历史最高记录。19962002年间，我国涤纶纤维平均年递增82万吨，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10%的年率增长，生产涤纶纤维消耗聚酯约占聚酯总消费量的90%。在聚酯产品上，非纤聚酯的发展速度很快。1996年，世界聚酯包装树脂和薄膜产量分别为451.9万吨和138.2万吨，占世界聚酯总产量的20.7%和6.3%，1998年则分别为699.5
15、万吨和163.1万吨，占世界聚酯总产量的24.6%和5.7%。2000年分别达到823.6万吨和176.9万吨，年均增长率分别为17.6%和6.2%，各占世界聚酯总产量的26.0%和5.59%。预计到2003年，非纤聚酯产量约占聚酯总产量的1/3。1.5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、三菱人造丝公司、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他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
