微型聚酯合成反应装置的设计制造.docx

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1、第二章微型聚酯合成反应装置的设计制造2.1序言根据PET的合成原理，PET的合成制备方法分为DMT法(酯交换法)和PTA法(直接酸法)，这两种方法各自有自己的优缺点。在上世纪90年代以前，由于针对苯二甲酸(PTA)的生产困难，对苯二甲酸(TA)难以纯化达到聚合级的要求，PET的合成不得不先经过一个屮间体一对苯二甲酸甲酯(DMT),即先用TA与甲醉发生酯化生成DMT,然后通过精帼纯化DMT达到聚合级，再用高纯度的DMT与乙二醇(EG)发生酯交换，生成对苯二甲酸双一B梵乙酯(BHET),最厉由BHET作为合成单体在催化剂作用下真空缩聚成PET。DMT法的优点是不涉及到高压，反

2、应在常压和真空条件下进行，对反应设备没有特殊要求；其次是可以间歇生产，可以任意控制、停留在任何一步，操作相对简单。但是DMT法也存在很多问题，在酯交换反应过程屮会蒸出大量的甲醇，甲醉在反应过程屮只起一个屮间转换作用，反应过程中损耗比较人，增加了额外的原料成本；另外甲醇的沸点较低，甲醇蒸汽极易燃烧，反应设备必需防爆，会增加设备投资和产生安全隐患；其次是该丁艺设备比较固定，若用其它多元醇或二元酸进行改性，就难以进行；因该工艺是分步进行，能耗比较大,等等。因此由于经济和安全方面的原因，这种方法在实际工业生产屮已逐渐被淘汰。目前工业上基本都采用PTA法，白上世纪90年代美国Amo

3、co公司开创用甲苯深度催化氧化直接制取PTA,而人幅度降低了PTA的成本，使PTA法生产PET的工艺得到迅速发展。由于该法的诸多优势，已逐渐发展成PET生产的通用方法，儿乎完全取代了DMT法。PTA法就是用针对苯二甲酸(PTA)与乙二醇在一定压力下直接酯化生成BHET,然后在催化剂作用下真空缩聚生成PET。PTA法省却了甲酯化和酯交换两步反应，人人地节省了能耗,降低了安全风险；但是，PTA直接酯化必需在一定压力下进行，对设备的要求就高一•些，虽然反应压力并不高，但必需是耐压设备；PTA法的另-•优势是可以在直接酯化时加入各种多元醇或多元酸，很方便地生产各种改性PET；同时

4、PTA法生产效率高，对以连续化和实现人规模生产,还可以实现全程自动化控制。因此H前工业上基本都采用PTA法生产PETO由于PET的丁•业生产基本都采用PTA法，对聚酯的改性研究也应相应地采用酸法合成法。而酸法合成聚酯都需多釜分步进行，整个聚酯合成反应过程至少包括打浆、酯化(酯交换)反应、预缩聚、终缩聚四个反应单元，涉及到常压、高温高压、低真空、高真空高粘度等儿类反应条件和反应介质的传质和传热，工业生产时对以采川多个不同类型的反应设备串连的方式，分段控制，很好地解决这种复杂工艺。但在实验室就难以实现，在实验室要实现小规模地用PTA法制备PET就十分困难，因此实验室研究PET

5、基本都采用DMT法。DMT法和PTA法制备的PET还是存在很大的差异，许多反应用PTA可以实现，用DMT法就难以实现,而作为T业生产的前期探索，即实验室研究应该直接模拟T业生产，得到类似工业生产线生产的实验室小试研究成果，一旦研究成功就可以直接放大，实现产业化。这就要求有一套简易、完幣、微型的通用聚酯合成设备，能模拟工业化的PET生产方式，至少在合成原理和反应步骤上应该是一致的，否则即使研究成功也没有多大的实用价值。日前市而上都没有这种微型、通用的PTA法聚酯合成设备出售，使我们设计的PET改性研究方案难以实现，为了克服这一•困难，同时也为在实验室完成酸法PET合成的研究

6、开辟新的途径，我们不得不根据需耍自行设计制造一种微型聚酯合成反应装直，实现聚酯合成反应过程屮的打浆、酯化(酯交换)反应、预缩聚、终缩聚四个步骤都在同一反应釜中进行而且该装置结构要简单、紧凑、微型轻巧、体积小、可以做儿十克样品的合成。2.2设计原理2.2.1合成PET的工艺流程图2.1是PTA法合成PET的基本（标准）流程图。由于PTA周体颗粒容易沉积在反应容器底部，合成反应加入的催化剂量很少，乙二醇粘度乂较人等原因，为了使反应物混和均匀，—般都需要一个打浆罐。打浆罐的作用就是在反应前将合成PET的物料混和均匀，形成浆料，便于输送。一般來说打浆可以在常温卜进行，对打浆罐没有

7、特殊的要求，只需要能易于淸洁、便于搅拌，搅拌功率要人，PTA固体颗粒的沉积可能会使开始吋搅拌阻力比较人。齐种改性剂可以在打浆罐中和PTA、EG等一-起加入。A*2图2.1合成PET的基本工艺流程Fig.2.1TechnologicflowchartofPETmanufacture搅拌均匀后的反应物料（浆料）便可以输送到酯化釜屮。酯化釜的反应条件一般为230〜260°C,压力为2~3kgf/cm2（约2〜3“rm）左右。因此对酯化釜就有一定的要求，首先是温度，反应需要加热，且温度比较高，还要能准确控制；其次是压力，反应在0.2〜