年产1600吨PET工艺设计论文设计

1、1600吨/年PET工艺设计摘要：这次的设计是完成年产1600吨PET生产的设计，这篇文章详细的做出论证，介绍了国内外发展状况及用途，还概括了它在生活中的应用以及地位，并一一介绍了三种工艺合成方法，最终确定了PET生产的路线方法，介绍了反应原理和工艺流程的简述，又进行了全面的物料衡算和热量衡算，最后，对设备布置和三废处理等做出了一些简单的阐述。关键词：物料衡算 工艺流程 直接酯化法第 2 页 共 23 页PET process design of 1600t/yearAbstract:This design is to complete the design of PET production

2、 with an annual output of 1600 tons. This article makes a detailed demonstration, introduces the domestic and foreign development status and use, summarizes its application and position in life, and introduces three process synthesis methods one by one. After a series of method comparison, the route

3、 and method of PET production were finally determined, the reaction principle and the brief description of the process flow were introduced, and the comprehensive material balance and heat balance were carried out.Key words:Material balance calclation Technological process direct esterification第一章 总

4、论1.1 设计依据本次设计主要以任务书为主要参考，并结合老师同学，参考文献查找资料，选择合适的设计方案。1.2国内外现状1.2.1产品品种、数量聚对苯二甲酸乙二醇酯英文名称Polyethylene terephthalate简称PET，别名聚酯纤维，俗称涤纶【1】。在现在的中国来看，主要的生产还是把纤用聚酯放在第一位，占据了全年总生产的百分之九十【2】，聚酯瓶在这些生产中是发展的尤为迅速的就在2002一年的时间之间就增加了45万吨左右的生产能力【3】，纵观整个世界来看，PET的消费能力一直在上升，没有缩减的趋势，在二十世纪九十年代的时候PET的纤维用量就占据了总体的百分之二十三，到二十年代的时

5、候就发展到了百分之五十，所以，预测未来三十年可能会突破百分之六十。现在来看中国的发展趋势也大概如此，九十年代的时候我国的PET纤维的生产力占据很小，才占了百分之十五，在二十一世纪初的时候占据了百分之六十八【4】，上个世纪以来，PET的消费产量一直在增加，于是，科学家又紧接着研发了别的助剂。 我国聚酯工业与世界差距水平主要表现在以下几点：(1)我国生产的聚酯与国外竞争力没有优势，国内生产的每吨成本要高于同行业国外的的成本，直接需要的原料更是远远高于平均水平。(2)生产上面显得不连贯，没有成型的系统来进行生产，而且生产出来的东西很多不过关、不能再市场上进行售卖。且PTA、EG这种重要的原料还供不上

6、，都需要很多的国外进口补充，而且成本非常高。(3)生产节约化很低，很多地方生产能力非常小，大部分在6万吨/年以下【5】，根本形不成经济效益，远远低于世界生产，而且产品质量较差。(4)产品结构与国外差距不小，生产的品种范围很小，只能生产普通的，有的具有高效能的产品还是依旧生产不出来，依然要进口，我国进年来瓶用的聚酯发展迅速了，但是工程方面还是没有较大发展。 1.2.2主要原料、来源PET的生产对物质的要求非常高，其中，在聚合物的生产上面要求更高了，因为在这方面对生产出来的东西有很大的影响，普通的都要求质量分数在九十九以上。所以，这些高精度的东西还是要依靠进口。1.3产品的用途PET分子结构对称，

7、所以具有很高的的成膜性和成性，无论在什么情况下都有着极其强的光学透明性，所以在瓶具方面运用较为广泛。PET在很多方面都有应用，因为它的性能比较好，能发挥很好的优势，在食物、建筑工程、电子器等等方面都有涉及，而且成本非常低，适合使用。通过共聚等生产工艺方法，发挥出它的性能，非常好的稳定性，成为今年来人们研究的热点【6】1.4工艺路线的确定（1）DMT法 EG与DMT在一定条件下进行酯交换反应，等待结束之后，在进行缩聚，一开始PTA没有很高的纯度，所以要想进行下一步提纯会很困难，要求相对来说高了一点。（2） 直接酯化缩聚法 （PTA法 ） EG与PTA先进行初步的酯化反应，然后得到了苯二甲酸乙二酯

8、，有了催化剂作用在经过缩聚生成PET。（3） 环氧乙烷法 （EO法）PTA与EO通过加成反应得到了BHET，等待一段时间过后，在缩聚成为了PET，此种方法被叫为环氧乙烷法。 表1-1 三种工艺方法比较方法原料催化剂成熟性环保安全性能耗经济性DMT法量少便宜成熟废水量大甲醇危险低路线长PTA法易得便宜成熟安全安全较低路线短EO法易得便宜成熟危险无低副产多这次的生产使用了PTA法原因如下：【7】（1） PTA法的回收很少,生产安全,它的流程短,工程投资价格低廉,公共工程所消耗的东西比较少,反应速度缓慢,生产比较稳定控制等,目前世界的PET总生产能力中,PTA法有很多被运用。它主要的解决问题就是浆状

9、物的问题，要增加它的反应速度，生产要求可以达到工业生产的要求，抵制醚化反应。（2）PTA法生产安全，需要回收的系统较小，需要的资金也不是很多，成本较为低廉，所以，从以上方面结合考虑，PTA法相对占据优势，并且，现在来看，全世界采用PTA法的人也越来越多。PTA法的工艺流程可以分为两个阶段，分别是酯化和缩聚，合成工艺类别有三釜和五釜工艺。五釜各个阶段的反应过程较为稳定，且副产物不多，但三釜反应它的流程较短，这些都是可以通过减少设备来处理，综合以上考虑，我认为三釜流程更为合理，所以采用此流程。1.反应的机理：第一步进性酯化反应第二步进行缩聚反应2.反应所需的配料从最后的的结果来看，如果质量一直增加

10、的话，也会带来速度的增快，EG的量跟 随着增加，在酯化反应中生成的化学品也不能降低乙二醇的含量，整个过程不能对动性有任何影响，如果万一受到影响，生产就不能继续了，必须要终止了。所以PTA:EG=1.3:1表1-2 配比质量表【8】序号摩尔比配比酯化率%PET的DEG%11.6：197.10%2.521.4：197.40%1.831.3：197.80%1.33.催化剂选用在酯化进行中，因为PTA与EG相互混合，可以产生催化剂，所以不用选择。在缩聚进行中，就要有催化剂的选择。要求如下：a能促进主反应，力求减少副反应。b易在原料或产物中溶解，便于均匀分布。 c要能够很好得到并且价钱要便宜。结合了以上

11、的要求，进行了催化剂的选用，选择了三醋酸，它比别的催化剂显得更强，加入之后会反应的更加充分，而且产生的乱七八糟的东西不要别的装置进行筛选，但超过了一定的温度之后，就会被分解，所以要把温度控制好。 4.反应压力乙二醇简称EG。分子式是-HO-CH2CH2-OH-,是最基础的二元醇【9】。EG的常压196,沸点,PTA和EG酯温度明显高于过程,预反应时染料的黏度比较低，EG蒸发不能预缩轿的真空度。要不然会产生不好的后果，比如很多的乙二醇会被吸出来，别的杂质东西也会堆积在一起，就会把各个管道堵塞，最后，得到的结果就不准确。 5.反应时间短时间里过于敏感的情况下，聚酯中的DEG含量可能会增加。反应前，

12、酯的酯化率在达到一定的量以上，酯化就完成了。相反，在反应缩聚阶段，反应的温度和压力受到了影响，就会使反应的时间增加。表1-3 酯化缩聚工艺反应表酯化缩聚温度245284酯化率%8899.3压力kpa0.310.15 1.3.3工艺流程简述由计算好的EG放入打浆釜中，并启动。与苯甲酸乙酯、和原料催化剂等工艺所需的东西缓慢的放入，放入之后，在利用泵将原料送入酯化釜里面，它反应的温度在245，等待一段时间过后，它所产生的副产物经过仔细的筛选，在由冷凝器进行凝固起来，并收入。等待酯化反应全部都完成之后，经过过滤器，将一定温度和真空度缩小，反应出的EG被冷凝，真空分离之后进入EG，再放入粗的EG罐。混凝

13、土和真空分离器中不凝结性气体由真空冷却机、真空缓冲洞通过真空泵排出。缩聚反应结束后，氮气放以压缩头盔冷却后的调节器，聚酯碎片通过振动筛选，在风气中产生的热空气，经过抽水、管道进入成品库。选择直接酯化法，通过物料衡算和能量衡算计算出年产1600吨PET产品的规格，达到降低成本的目的。第二章 工艺计算2.1物料衡算 2.1.1基础数据（1）生产规模：1600吨/年（2）年开工时间：300天，实际操作时间8h/天2.1.2原料、产品的技术规格 表0-1 原料的技术规格序号名 称规 格物 性1PTA99%白色粉末2EG99%无色有甜味粘稠液体表2-2 中间产品的技术规序号名 称物 性3H2O无色4EG

14、无色有甜味粘稠液体表2-3 产品的技术规格序号名称规 格物 性5PET99%乳白色有光泽2.1.3物料衡算PET每天产量=16500000kg/300d=5333.3kg/dPTA/EG=1:1.25假设聚合度n为1011、缩聚反应 nBHETPET+（n1）EG 262 192 62 WBHET 5333.3 WEG理副 WBHET =5333.3262101/(192101)=7277.7kg WEG理副=（621005333.3）(192101)=1705.2kg表2-4 缩聚反应物料衡算总汇表序号组分Kg1WBHET7227.72WEG理副1705.22、酯化反应 2EG+PTABHE

15、T+2H2O 62 166 262 18 WEG理 WPTA 7227.7 WH2O WEG实 = 1.25（4611.1/166）62=2152.8kg WPTA = （1667227.7）/262=4611.1kg WEG理 = （2627227.7）/262=3447.2kg WH2O = (7227.71820)/262=1048kg WEG副 = WEG理副（WEG理WEG实） = 1705.2（3447.22152.8） =410.8kg表2-5 物料衡算总汇表组分Kg总计出料PET5333.36792.1水1048副产物410.8进料PTA4611.16763.9EG2152.8

16、2.2热量衡算2.2.1基础数据查化工物性算图手册刘光启.102.P138 H(PTA):-781.906KJ/mol 25H（EG）：-454.92KJ/mol H():-241.818KJ/mol H(PET):-209.2KJ/mol CP（PET）：261.1KJ/mol CP():33.577KJ/mol EG:=3.2KJ/ BHET:H=125.3KJ/kg PET : H=-0.432KJ/ PTA :CP=1.36KJ/.1、酯化反应Q升 =QPTA+QEG =t+mEGCpEGtmPTACpPTA =（26025）+2152.8（26025）3.24611.11.36 =3

17、092613.16KJQ反 =HBHETmBHET =125.37227.7 =905630.81KJQH2O =HH2OmH2O =416.91048 =436911.2KJQ回 =HH2O(mH2O/) =416.9(1048/1.5) =291274.133KJQ损 =0.1Q升+0.1Q反 =399824.397KJ Q酯=5126253.7KJ表2-6 酯化反应总汇表组分Q升Q反QH2OQ回Q损Q酯KJ3092613.16905630.81436911.2291274.133399824.3975126253.72、缩聚反应Q反 =mPETHPET =5333.3（0.432） =2

18、303.9856Q升=tmBHETCpBHE =（280260)7227.71.38 =199484.52KJ QEG=mEGHEG =1705.2(6.92) =11799.984KJQ损=0.1Q升+0.1Q反 =19718.05344KJQ聚=205098KJQ总=Q酯+Q聚=5331351.7KJ表2-7 缩聚反应总汇表组分Q升Q反Q损Q聚Q总KJ199484.522303.98519718.03442050985331351.72.2.2动力技术规格表 08 技术规格序号名 称规 格1循环冷却水202电220V/380V第 12 页 共 23 页 第三章 设备选型3.1反应设备的选型

19、说明及计算打浆釜：确定装料系数值确定搅拌反应器取值为0.7 mEG=1705.2kg mPTA=4611.1kg PTA=1510kg/m3 EG=1115kg/m3 m=1379.10kg/m3 VR=1.53m3 VT=1.53/0.7=2.19m3酯化釜：确定装料系数值确定搅拌反应器取值为0.6 m=1375.56kg/m3 BHET=1368kg/m3 mBHET=7227.7kg VR=1.78m3 VT=1.78/0.6=2.97m3缩聚釜：确定装料系数值确定搅拌反应器取值为0.5 VR=1.76m3 VT=1.76/0.5=3.52m3查化工工艺手册P166序号名称规格主要介质压

20、力Mpa材料2打浆釜 2.5m3PTA、EG1.0不锈钢3酯化釜 4m3PTA、EG1.0不锈钢4缩聚釜 5m3BHET、EG1,0不锈钢3.2泵的选型条件1、 选择泵的位置和一些基础数据物质的名称和特征：要考虑物品的密度大小，毒性的大小，以及液体的腐蚀性。特别的性能：比如价格特别昂贵，有没有含杂质，杂质的大小，含有的气体体积。实际条件：如气体的压力大小，温度，极其适应的最高最小流量。泵的岗位：如泵体所在的周围温度，管线道路的大小以及整体高度。2. 工艺参数假如选取的工艺中，主要系统的流量已经了解，必须要以最高的流动量为主体，选择别的泵要了解正常输出量，平常选用的都是它流量的1.11.2倍数之

21、间。要首先计算出扬程，因为这样能够更好的了解容器的差值，在计算中不能忽略掉水流的摩擦力而损失的扬程，要不会引起不必要的麻烦。按照上述所描述，我认为选择齿轮泵更为合适，比较符合各方面的问题，而且还比较大众化，价格比较便宜，而且易得，后期的保养很方便，但是由于打浆釜安装较高，所以选取时扬程要大于16m。第 23 页 共 23 页第四章 设备布置4.1厂址选择的依据及原则由于本厂属于化工厂，所以从交通、能源、法规等方面进行选择考虑【10】。生产能力：本设计为年产1600吨的PET。交通运输：考虑到是否靠近高速公路，并且要求原料充足。地形地貌：地势平缓广阔的地方，保证建厂的土石运用量不大。设备维修：在

22、进行生产过程中，时间长了，难免遇到仪器损坏，所以要了解一下车间的布置要求。经济效果：各个厂房车间设计时候要尽量紧凑，控制在最小的面积之内，要将大的设备尽量放在外面，如果不能的话，也要把设备处理好，降低成本。能源：保证电网供电充足，原料供应方便充足。国家法规：完善处理好防火、爆炸、有毒气体，一定要保证生产过程中的绝对安全。发展余地：未来可能需要矿建需求，所以要留有发展的余地空间，挽救生产中出现生产不足的情况出现。4.2车间布置要考虑的问题 （1）首先满足生产的需求，规划好路线顺序，可以降低成本。（2）有力高效的使用好空地面积。（3）物体之间要牢固，防止倒塌。（4）要符合国家劳动法。（5）详细的寻

23、找到别的车间要求。（6）各个设备之间连线要短，使它们联系起来较为方便。（7) 注意安全，每个楼层还有大的出口要设置安全出口。第五章 三废处理及环境保护5.1车间三废排量及组成表 51 车间三废排量及组成序号名称组成处理方法1废水乙二醇和对苯二甲酸低毒，集中处理2废气一氧化碳、二氧化硫、乙酸、灰尘物、净化高空排放3废渣杂质、对苯二甲酸、粉状渣沫、乙二醇收集后送锅炉焚烧5.2三废处理措施及效果 1.三废的处理生产的过程中，会加入溶剂，催化剂等一些不参与反应的物质，这些物质随着废弃物排放，也会造成污染。副反应中产生的废弃物，生产过程中的跑、冒、滴 可能设备会存在管道密封不严，会含有有害物质，对环境危

24、害极大。环境保护考虑风向，对周边住民区不要有影响，同时也可以种植一些绿色植物，美化环境的同时还能使空气更清新。对于废水来说，常常采取稀释等化学方法来集中处理，对难降解的会采取特殊处理，在处理的时候一般都是会向污水集中区进行排放。对于废渣来说，一般采用较多的办法就是焚烧掉，也可以再利用，具体的东西要按照规定来划分，可以提取出一些有利的东西，比如：转化为建筑材料、化肥等等，要注意它的排放方式，要有利于处理和综合利用。对于废气来说，产生对大气污染较为严重的，要转化为有用的或者没有危害的气体，杜绝一切大气污染的气体排出。2.直接法EG回收工艺：直接回收EG的方法是分离其中水分，它只是对水进行筛选和清除

25、，一些杂质和醇 类也会在系统出出现，无污水乙二醇送酯化釜，一开始发现炉中有少的聚合物会加快，其中所含有的水分也不进行分离，但是在退化的系统中，有废水的话会被很快冲发掉，少量的会留在继续使用，所以下一步直接就能进行到过滤，不需要费很大的力气处理了，最后会泄入一个容器中。3.聚酯废料的回收和利用粉碎后再利用包装物，混有若干原料加强的超纤维材料，性能提升，成本低，可以使用化学方法、水解法和其他解聚方法。其中很少的不纯洁的物体会被溶解直接过滤掉。 第六章 安全生产与劳动保护6.1危险性物质物性一览表表6-1 危险性物质物性一览表序号名称外观毒性沸点熔点1乙二醇无色低度197-132对苯二甲酸白色晶体低

26、度2003006.2消防安全措施 6.2.1安全生产（1）安全特点爆炸、事故等是生产中常遇见的问题，安全事故引发的损失是非常巨大的，所以要严格按照一下来具体实施：具有有毒物质的气体在经过排放前要进行洗涤，烟筒对高空进行排放，万一有毒气泄漏，首先保证人的安全撤离，并应有紧急措施。避免明火的产生，不是必须需用的货源一定要远离装置，避免引发火灾，对于放在露天的设备，要考虑时间问题，经常检查，防止因为氧化及腐蚀发生倒塌危险。车间要有必须的温度控制仪器之外，还应该配有高温警报并有处理切断生产措施。对于电线应该加以防火的管道，要保护充分，万一真的发生爆炸也可降低损失极其危险程度。（2） 消防设施此化工厂的危险安全系数较高，所以对于火这一方面的要求也高，一定要全方位无死角的进行保护措施，所以选择了化工厂专用灭火器若干，大口径消防权四个，并配备了多个储存水的车辆，等待不时之需。在发生火灾时要先进行人员的逃离，必须保证个人人身安全，远离着火源头，到安全地点之后马上报警，等待救援，切勿擅自闯入救援，并及时向上级领导汇报，说明情况。工艺流程图厂房布置图致 谢我的设计老师是陈老师，从始至终，她一直对我们非常仔细，无论我们人在多，问的次数再多，老师都会耐心的给我们讲解，从不擅自离岗，给予我们高度的重视，一直