直接酯化法聚酯生产工艺原理

1、直接酯化法聚酯生产工艺原理1-1反应机理用PTA和EG为原料合成PET的主要化学反应包括酯化反应和缩聚反应。一、酯化反应：想象一下这样的化学实验：将一定MR比的EG/PTA浆料加入到带有搅拌器、分馆塔的反应器中，开始搅拌、逐步升温，则PTA和EG开始发生化学反应。在所发生的化学反应中，固态粉末状的PTA和液态EG之间所发生的酯化反应反应速率很慢，一般忽略部不计。在酯化反应的初始阶段，固态PTA和EG之间进行的酯化反应分为如下两步：固态粉末状的PTA溶解于EG/酯化物的混合物中，己溶解的PTA在高温下与EG发生酯化反应，生成酯化物；其中主要的酯化物是对苯二甲酸双疑乙酯（简称BHET）O反应的方程

2、式如下：PTA（固体）PTA（液体）OIIc-o-CH.CH.OH+2H.C亠HOCH.CH-O-COOHCH2OH十2ICH.OH离出HS对酯化反应具有催化作用。酯化反应速率Y和酯化率ES之间的关系曲线从上面的酯化反应速率和酯化率的关系曲线，可以很直观地看出：在清晰点处地酯化反应速率最大；在清晰点之后，酯化反应速率将随着反应物浓度的减小而迅速下降。在工程上，出于经济上的考虑，一般将酯化反应分成两段进行，即冷罟财个弗仙石应务笛一酣仪石应冬的结杓形才为仝混冬.苴弗仙瘪枠制存聚生成高分子量的聚酯。在这里简单介绍一下聚酯聚合反应的等活性理论：不论线性聚酯分子的分子链长短如何，其链端的活性基团B-猪基

3、乙酯基的反应活性可以近视认为相同。缩聚反应也是一个可逆平衡反应，其反应平衡常数较小。因此，在反应过程中，必须尽量除去反应所生成的小分子，使反应平衡向正向移动，否则将无法得到高分子量的聚酯。为此，缩聚反应要求在真空条件下进行，同时增加反应物的蒸发表面，以利于体系中所生成的小分子的蒸发。华东理工大学的赵玲等人的研究表明：1、当Wg时，缩聚反应属于化学反应控制；2、当gg时，缩聚反应属于过度控制；3、当Mg时,缩聚反应属于传质控制;当酯化物从酯化釜流入预缩聚釜时，反应压力由正压变为负压，物料因此发生暴沸，小分子生成物的蒸发表面积大；当没有这样的压降、不能形成较大的蒸发表面积时，反应釜因物料黏度高而需

4、设置搅拌器，加强传质，促进小分子生成物的挥脱。五釜聚合流程中，第一预缩聚釜不设置搅拌器，第二预缩聚釜和终聚三、副反应（卜:催化剂的催化反应机理。（略）在酯化和缩聚反应的过程中，不可避免地会伴随一些副反应。1. DEG生成反应：EG和PET分子的疑基之间，在酸（）的催化下可以脱去一分子的水生成醍化物，即形成具有一CH2CH2-O-CH2CH2一结构的DEG,反应过程可表示如下：-CH2CH2-OH+HO-CH2CH2-CH2CH2-O-CH2CH2-+H20疑基的来源，可以是从EG和低聚物，也可以从PET大分子中來。一般来说,DEG的形成主要发生在酯化反应阶段。PET中的DEG含量高低，主要是会

5、影响最终纤维的染色性能。一般來说，DEG含量稍高一点，可以改善纤维及其制品的染色性。但是，纤维中DEG含量不均一时，会造成纤维及其制品的染色色差。因此，在聚酯生产中要求DEG含量保持不变。不过，由于DEG结构上存在醍键，容易发生氧化降解反应，会降低产品PET的熔点，影响聚合物的热稳定性。2. PET的热降解和热氧降解：在整个聚合反应过程中，每一步反应所得到的中间产物（最终产品）有如下儿个指标值得关注：1、酯化率Es；其和COOH对应。2、特性黏度；其和聚合度Pn对应。3、DEG含量4、色值生成物晶质的变化ESTR1ESTR2PP1POLYTypicalprocessparametersofpa

6、stepreparationProcessparameterUnitValuerangeih3.4Tc30.60Pbarapprox0MrmolesEG.PTA1.41.6TypicalproductcharactristicsinpastepreparationProductcharactristicsUnitValuerangeHpastePas412DependenciesinpastepreparationProcessparameterProductcharacteristicChangePnEsDEG%bvalue0pasteTXTTTPXPXMrMrRemarkTypicalpr

7、ocessparametersofesterificationProcessparametersUnitValuerangemESTR-1ValuerangemESTR-2Tmin1502406090Tr25826226526SPbar1.50.1.03MrimolesEG.PTA1.6.1.81.71.9TypicalproductcharacteristicsofesterificationProductcharacteristicsUnitValuerangemESTR-1ValuerangemESTR-2Es%909296.5.97Pn2335DEG%Wt.%0.5.0.80.6.0.

8、85Dependenciesinesterification1ProcessparameterProductcharacteristicChangePnEsDEG%bvalueTXXTXXXTTPX、PXIMriX、MriRemarkP般保持不变因为塔顶水蒸气作为喷射动力蒸气Dependenciesinesterification#ProcessparameterProductcharacteristicChangePnEsDEG%bvalueTXX戸戸TXXXXTX力只戸TIMri、NlriRemarkP不对调.近似常压.DependenciesinprcpolycondensauonPro

9、cessparametersUnitValuerangeinprepolycondensationstageTminapprox90TnC273275Pmbarabs.20TypicalproductcharacteristicsofprepolycondensationProductcharacteristicsUnitValuerangeinprepolycondensationstageEs%9S.5.99.5IV.dig0.250.30Pn2530COOHmmol(kOH)/kg50.150DEG%Wt.%0.75.0.85ProcessparameterProductcharacte

10、risticsChangeI.V.COOHDEG%bvalueTXX、XTXXXTXX只/TXXXXPXX、XXXPXXXXC.cat.XXXKC.cat.XX反应物料从正斥到负压以及此阶段的反应属化学反应控制阶段.搅拌器传速对物料的品质影响小.不纳入讨论范用.RemarkProcessparametersUnitValuerangeinpolycondensationstageTminapprox120TnC278.282Pmbarabs.1TypicalproductcharacteristicsofpolycondensationProductcharacteristicsUnitVal

11、uerangeinpolycondensationstageEs%approx99.9IV.dVg0.63.0.67Pnappprox100COOHJmmol(kOH)/kg2030DEG%Wt.%OS.0.9DependenciesinpolycondensationProcessparameterProductcharacteristicsChangeI.V.COOHDEG%bvalueTXX、戶TXXTXXXTXXXwPXWXXPXXXnXXnXXXXC.cat.XX只产C.cat.XXXRemark描n在最佳搅拌器传速范围内。2.PTA颗粒平均粒径及内在质量的影响：在酯化反应初期，反应

12、体系为固液非均相体系。因此，进入第一酯化反应釜的浆料的性质对酯化反应有一定的影响。浆料浆化性好，则在相同的摩尔比下浆料粘度较低，而稳定性好的PTA配成的浆料不易沉淀结块，这两种特性对降低搅拌器功率，提高酯化反应速度和反应均匀性以及产品的质量都有实际意义。资料表明，在一定范围内PTA平均粒径增大，其浆化性和稳定性均有提高，较适宜的PTA颗粒的平均粒径在120130Um之间。PTA的内在质量对酯化反应乃至产品质量也有一定的影响。其中，影响较大的有重金属杂质含量、单官能团杂质含量、含水量等。PTA中的重金属杂质主要是指铁（Fe）、辂（Cr）、钛（Ti）、钮（Mo）等。它们不仅会影响产品的色相，而且由

13、于这些重金属都是PET降解反应的催化剂，在缩聚反应时还会导致PET大分子的热降解。单官能团杂质主要是对甲基苯甲酸（PT酸）、对綾基苯甲醛（4-CBA）等。它们只有一个竣基能参加酯化反应，是一种链的中止基或封端基，在反应过程中会封锁端基使其失去活性而中止酯化或缩聚反应。其中，4-CBA还会影响产品1-3EMS四釜聚合工艺流程的特点EMS四釜聚合工艺流程主要有如下儿个特点：1、第一酯化反应釜的列管结构要比盘管结构传热效果好。2、第一酯化反应釜、预缩聚釜的搅拌器为下置式，搅拌轴短，震动小，相应地可提高搅拌器轴封的使用寿命。3、第二酯化反应釜分为四个反应室，提高了酯化反应动力，有利于进一步提高酯化率。4、预缩聚釜的结构设计成流道式