pet车间设计

高分子材料与工程（B方向）

课程设计任务书PET生产车间设计

院系：材料学院

专业：高分子材料与工程

设计人：

指导教师：

设计时间：2011.12.19——2011.12.30

哈尔滨理工大学

一、设计要求与目的

1、要求：设计年产量为3000吨的PET生产车间；

2、目的：

（1）了解PET制备原理

（2）掌握生产PET主要设备

（3）掌握生产PET工艺过程

二、设计思路

1、产品品种的选择

随着中国经济的迅速发展，国内对聚酯消费量迅速增长，聚酯工业的生产中心已转向亚洲，我国的聚酯产业迎来新的发展阶段。聚酯产业结构不断调整，产品日益多样化，广泛应用于包装业、电子电器、医疗卫生、建筑、汽车等领域，聚酯今后在市场中将占有越来越重要的地位。本车间选择生产PET，主要是因为它的市场需求大，而且随着技术的进步，生产高性能的产品能获得较大的经济效益。

PET 是乳白色或浅黄色、高度结晶的聚合物，表面平滑有光泽。在较宽的温度范围内具有优良的物理机械性能，长期使用温度可达120℃，电绝缘性优良，甚至在高温高频下，其电性能仍较好，但耐电晕性较差，抗蠕变性，耐疲劳性，耐摩擦性、尺寸稳定性都很好。

2、年产量的确定

PET(聚对苯二甲酸乙二酯)自1953年由杜邦公司实现工业化以来,由于其良好的物理加工性能和大工业化生产带来的成本降低所体现出来的性价比优势，迅速取代了许多化学纤维的其它品种，目前已成为合成纤维中最大的一族。

自2003年以来，全球PET的产能以年均9%左右的速度扩张，2005年产能已达到约5470万吨，2005年产量为4100万吨，到2008年，全球PET产能将达6700万吨，产量为5000万吨。

PET在中国的大规模工业化起步于上世纪80年代初，发展壮大于90年代中期，目前产能已超过2000万吨，成为PET世界生产、消费第一大国。PET发展前景很好，但考虑到初次投产，销售渠道受限，因此，本车间进行小批量生产，30吨／2天，年产量为3000吨。

3、合成方法及工艺的确定

目前，世界各国PET生产采用的技术路线主要有3种。

（1）、酯交换DMT法

采用对苯二甲酸二甲酯（DMT）与乙二醇（EG）进行酯交换反应，然后缩聚成为PET。

特点：DMT易提纯；

工艺繁杂，成本高；

DMT能溶于乙二醇，反应在均相中进行，易控制。

（2）、直接酯化法

采用高纯度的对苯二甲酸（PTA）或中纯度对苯二甲酸（MTA）与乙二醇（EG）直接酯化，连续缩聚成聚酯。

存在问题：对苯二甲酸提纯困难；

反应速度慢，对苯二甲酸难溶于乙二醇，反应属非均相；

乙二醇易发生醚化反应。

（3）、环氧乙烷法

用PTA与环氧乙烷（EO）直接商化，连续缩聚成PET。日本过去曾用此法进行过生产，但由于此法具有易爆，易燃、有毒等缺点，目前已淘汰。

特点：省去了乙二醇的合成工序，使工艺简单，成本低。

综合考虑，本车间采用间歇型酯交换法生产工艺。

4、生产设备

反应釜、分馏塔、冷凝器、接受器、过滤器、冷却辊筒、切片机

5、厂房面积及高度

厂房共分为两层

厂房总占地面积：560m2，二层面积：364 m2

厂房高度：14m，一层高度：7m，二层高度：6.5m

6、后期发展规划

当本车间正式投产一段时间后，各方面都比较稳定的时候，应该不断完善管理制度，使之科学化、人性化，调动职工积极性，提高工作效率。在销售渠道有保证，经营效益稳定，资金充足后，应提高生产能力，将产品多样化，发展生产聚酯瓶、薄膜等市场需求量大，经济效益高的产品。提高生产水平，先进化程度，聚酯装置进一步大型化、自动化、生产速度进一步向高速化发展，装置效率不断提高，装置进一步自动化，从控制自动化进一步走向操作自动化，从而使装置的能耗和物耗进一步降低，质量控制得到改进，产品质量更加稳定的同时，聚酯改性技术和高效添加剂得到重视和应用，通过加入改性剂和使用高效添加剂，缩短反应时间，提高操作性能，从而提高产量。

同时还应该加强环境意识，合理的处理本车间生产过程中各种废气废液。

三、生产设计

设计单系列生产能力为6吨／批，5批／2天，年工作日为200天，每年共生产500批。采用DMT法五釜流程生产装置，以对苯二甲酸二甲酯和乙二醇为原料，经过配制、酯交换、预缩聚、终缩聚等工艺，生产熔体和聚酯切片。

1、原料配比

主要原料：对苯二甲酸二甲酯（DMT）、乙二醇（EG）、酯交换催化剂：醋酸锰、缩聚催化剂：乙二醇锑、稳定剂、消光剂。

根据反应原理可知对苯二甲酸二甲酯与乙二醇的配比为DMT：EG=1:2.15（摩尔比）。催化剂、稳定剂、消光剂的用量分别为DMT的0.04%,0.08%,0.4%。

2、化学反应原理

生成反应分两步：

第一步，酯交换反应，副产物为甲醇。

H3COOC COOCH3 + 2HOCH2CH2OH

CH2OOC COOCH2CH2OH + 2CH3OH

第二步，缩聚反应，副产物为乙二醇

n HOCH

CH2OOC COOCH2CH2OH

+(n-1)HOCH2CH2OH

H OCH2CH2OOC CO OCH2CH2OH

n

3、生产流程

原料的混合→酯交换→缩聚→切粒

DMT法合成聚酯过程包括酯交换和缩聚两个阶段，采用五釜流程装置。五釜流程，即第一酯交换釜、第二酯交换釜、第三酯交换釜、前缩聚釜和后缩聚釜。酯交换温度控制在150-190℃之间，缩聚反应温度控制在260-280℃之间，整个生产过程中，各阶段温度是逐渐提高的。分馏塔的主要作用是分离甲醇和乙二醇，其温度主要控制在65-70℃。另外，除主生产线外，还有ＥＧ再生及催化剂、辅材料配制装置。

该法主要包括两步：

首先是苯二甲酸二甲酯(DMT)与乙二醇或1，4-丁二醇在催化剂醋酸锰作用下进行酯交换反应，生成对苯二甲酸双羟乙酯(BHET)或双羟丁酯，其中催化剂的用量为DMT质量的0.01%～0.05%。反应过程中不断排出副产物甲醇。此工艺流程中酯交换阶段分三个反应釜完成，第一反应釜酯交换后反应程度到约70%，第二酯交换反应釜反应后反应程度为92%，最后酯交换反应是交换程度达到98%。酯交换程度通过甲醇蒸出量判断。

第二步为生成的BHET或双羟丁酯，在前缩聚釜及后缩聚釜中进行缩聚反应，前缩聚釜中的反应温度为270℃，后缩聚釜中反应温度为270～280℃，加入少量稳定剂以提高熔体的热稳定性。缩聚反应在高真空(余压不大于266Pa)及强烈搅拌下进行，才能获得高分子量的聚酯。纤维用的PET分子量应不低于20000，薄膜用的PET分子量约为25000，一般塑料用的PET分子量约为20000～30000。缩聚终点通过粘度或通过搅拌机的电流变化判断。

4、乙二醇回收

为了降低EG消耗，乙二醇应回收。从回收的工艺上来分析有直接回收（也称直接回用）和间接回收。其中直接回收又逐渐代替间接回收的趋势。直接回收法就是将生产过程中产生的污EG依靠生产装置自身的特殊处理后直接用于聚酯生产。直接回收法是聚酯生产改进发展的一个趋势，它克服了间接回收法中的一些缺点，是降低产品消耗的一条重要途径。所以，国内许多聚酯生产聚酯生产厂家都在向这一方向进行改进。

5、聚酯废料的回收和利用

合理的利用废料具有较高的经济效益和社会效益，应重视聚酯生产中废料的回收和利用，采用化学回收法，无论是好的废聚物还是差的废聚物，都可得到合理的回收。方法是将聚酯废料除去机械杂质后粉碎成粒径在3㎜以下的颗粒或粉末，少量并连续加入聚酯生产装置的原料配制或者第一酯交换釜中。在酯交换过程中，这些聚酯废料基本上不参加反应，相反，在反应温度下部分受到发生降解，或者部分溶解于酯交换物体系中。但到了预聚反应阶段，这部分聚酯废料完全熔化，参加缩聚反应，然后与正常生产的物料一起经后缩聚供切片或纺丝。其中少量的杂质可由熔体过滤器除去。

四、车间设计

1、原料储存室

（1）对苯二甲酸二甲酯储存室

由于本车间设计的年产量为三千吨，年产为500批，单批需要DMT约6吨，所以储存室应可以容纳下一个月的原料量。储存室分上下两层并配有升降台。（2）乙二醇露天液体储罐

由于乙二醇常温下为液体，车间环境对其性能影响较大，因此在厂房外配一露天储罐。

2、成品库

本车间单批产量为6吨，一个月可生产50批，因此成品库应可以容纳下300吨的成品，堆积高度为5m，面积约为105 m2。

3、工作室

（1）主控制室，面积：78 m2

（2）检验室，面积：25 m2

4、其他房间

五、设计说明

1、本次工艺设计的基本原则

（1）安全可靠、经济合理、技术先进。

（2）合理地选择工艺流程和设计指标。

（3）为生产挖潜和发展留有余地。

（4）合理考虑机械化、自动化装备水平。

（5）注意环境保护，减少污染。

（6）要考虑其它专业设计的要求，并为其设计提供可靠依据。

2、反应釜说明

本车间的年产量为3000吨，设计生产能力为6吨／批，5批／2天，年工作日为200天。根据单批生产量设计使用公称容量为16000L吨，电动机功率18.5Kw，

搅拌转速为85转/分。

3、反应釜使用说明

反应釜由反应容器、搅拌器及传动系统、冷却装置安全装置、加热炉等组成釜体、釜盖采用不锈钢加工制成。

注意事项：

（1）应严格按产品铭牌上标定的工作压力和工作温度操作使用，以免造成危险。

（2）严格遵守产品使用说明书中关于冷却、注油等方面的规定，做好设备的维护和保养。

（3）所有阀门使用时，应缓慢转动阀杆(针)，压紧密封面，达到密封效果。关闭时不易用力过猛，以免损坏密封面。

（4）电气控制仪表应由专人操作，并按规定设置过载保护设施。

六、设计收获与体会

当得知要做课程设计，就陆续的一直查阅资料，并通过精心设计和绘图，终于完成了设计任务，我有很多体会，设计生产车间的确是一件非常不容易的事，厂房设计、生产工艺配方、设备生产能力、设备的型号、生产率、生产时间等的选用等问题等都需要考虑与解决。本次设计的步骤为:（l）确定车间生产任务。（2）选择生产工艺流程及主机设备。（3）确定主要工艺参数、定额指标及车间工作制度。（4）物料平衡计算。（5）设备选型及计算。（6）车间设计。

但由于缺乏实际的工作经验，不能准确的选择配方中各种主辅料剂以及组分比例，只能借鉴资料书籍中已有配方进行筛选、组合，很明显带有主观臆断的弊端，选择配方的过程太过粗糙，使用价值有待商榷。工艺参数的设定难以准确，从而严重影响到制品生产过程的控制和制品的质量，生产效率。真正的生产过程，需要进行试运行，不断根据实际情况修改工艺参数，从而获得最佳工艺条件。所以此设计中的工艺条件还需经过实践的检验和修正，不可贸然采用。

设计过程中采用了太多的近似处理，很多方面都没有考虑到，设计方案很是粗糙，实用性必然受到限制，甚至难以真正用于实际生产。不过通过对一种产品生产过程的设计，了解到了聚酯产品设计的基本流程，基本方法，了解到设计之前要大量查阅资料，搜集各种物性数据，并不是凭空想象的。最重要的是通过这次理论联系实际的过程，为将来进入实际生产岗位进行相关设计工作积累了一定的经验。

参考文献

1、谭亦武.PET行业的发展现状与展望[J].2010

2、陈昀.聚合物合成工艺设计[M].化学工业出版社.2004.8

3、赵德仁,张慰.盛高聚物合成工艺学[M].化学工业出版.1997

4、郭静.高分子材料加工厂设计[M].化学工业出版.2007.7

5、胡兆斌.绝缘材料工艺学[M] .化学工业出版.2005