500L 聚酯聚合裝置

一、工藝原理

1. 直接酯化法（PTA 法）：PTA 與 EG 直接酯化生成對(duì)苯二甲酸乙二醇酯（BHET），再經(jīng)縮聚生成 PET。

2. 酯交換法（DMT 法）：先將對(duì)苯二甲酸二甲酯（DMT）與 EG 進(jìn)行酯交換生成 BHET，再縮聚成 PET。

3. 間歇式聚合：適用于小批量生產(chǎn)，通過(guò)控制溫度、壓力、真空度等參數(shù)分階段完成酯化和縮聚。

二、主要組件與功能

1. 反應(yīng)釜

• 容積：500L（有效容積約 400~450L），材質(zhì)為不銹鋼（如 316L）或鎳基合金（耐強(qiáng)酸 / 高溫）。

• 結(jié)構(gòu)：

• 攪拌系統(tǒng)：錨式或槳式攪拌器，用于物料混合和傳熱，轉(zhuǎn)速可調(diào)（如 50~200 rpm）。

• 加熱 / 冷卻夾套：通過(guò)導(dǎo)熱油、蒸汽或冷水實(shí)現(xiàn)控溫，溫度范圍通常為 150~300℃。

• 真空接口：縮聚階段需抽真空（如≤100 Pa），促進(jìn)小分子脫除。

• 進(jìn)料口 / 出料口：配備閥門控制原料加入和產(chǎn)物排出。

2. 原料預(yù)處理系統(tǒng)

• 配料罐：用于溶解二元酸、二元醇及催化劑（如鈦酸四丁酯），精確控制摩爾比。

• 計(jì)量泵：定量輸送液態(tài)原料（如 EG）或漿料（如 PTA 懸浮液）至反應(yīng)釜。

3. 酯化 / 縮聚輔助設(shè)備

• 分餾柱 / 冷凝器：酯化階段分離出水或甲醇，冷凝后收集（如乙二醇水溶液）。

• 真空系統(tǒng)：包括真空泵（如旋片泵）、緩沖罐和冷凝阱，用于縮聚階段創(chuàng)造高真空環(huán)境。

• 催化劑儲(chǔ)罐：儲(chǔ)存催化劑溶液，通過(guò)計(jì)量泵滴加。

4. 控制系統(tǒng)

• PLC/DCS 控制柜：實(shí)時(shí)監(jiān)控溫度、壓力、攪拌轉(zhuǎn)速、真空度等參數(shù)，自動(dòng)調(diào)節(jié)加熱 / 冷卻介質(zhì)流量和閥門開(kāi)關(guān)。

• 傳感器：

• 溫度：熱電偶或熱電阻（精度 ±1℃）。

• 壓力：真空壓力表或壓力變送器（量程 0~-0.1 MPa）。

• 液位：超聲波或雷達(dá)液位計(jì)（用于監(jiān)控反應(yīng)釜內(nèi)物料量）。

5. 安全與環(huán)保裝置

• 安全閥：防止反應(yīng)釜超壓（設(shè)定壓力通常為 0.3~0.5 MPa）。

• 廢氣處理：縮聚階段可能釋放微量有機(jī)物，需通過(guò)冷凝回收或活性炭吸附處理。

• 緊急冷卻系統(tǒng)：應(yīng)對(duì)異常溫升，避免爆聚風(fēng)險(xiǎn)。

三、關(guān)鍵工藝參數(shù)

• 催化劑用量：通常為原料總質(zhì)量的 0.01%~0.1%（如鈦系催化劑）。

• 醇酸摩爾比：一般 EG/PTA=1.05~1.2:1（過(guò)量 EG 補(bǔ)償揮發(fā)損失）。

四、操作流程（以 PET 間歇聚合為例）

1. 投料：

• 向反應(yīng)釜中加入 PTA、EG 和催化劑，開(kāi)啟攪拌并升溫至酯化溫度（如 240℃）。

2. 酯化反應(yīng)：

• 保持微正壓，生成的水經(jīng)分餾柱冷凝后收集，當(dāng)出水量接近理論值且酸值降至設(shè)定值（如≤5 mg KOH/g）時(shí)，酯化結(jié)束。

3. 預(yù)縮聚：

• 逐步降低壓力至 0.05 MPa，溫度升至 270℃，促進(jìn)低聚物鏈增長(zhǎng)，控制特性粘度至 0.2~0.3 dL/g。

4. 終縮聚：

• 開(kāi)啟真空泵，將壓力降至≤100 Pa，溫度升至 285℃，持續(xù)攪拌至特性粘度達(dá)標(biāo)，停止加熱并降溫。

5. 出料：

• 通入氮?dú)馄普婵?，將熔融聚酯通過(guò)出料口擠入冷卻槽，切粒后得到聚酯產(chǎn)品。

五、應(yīng)用場(chǎng)景

1. 實(shí)驗(yàn)室研發(fā)：開(kāi)發(fā)新型聚酯（如生物基聚酯、阻燃聚酯），優(yōu)化配方和工藝參數(shù)。

2. 中試生產(chǎn)：驗(yàn)證工業(yè)化生產(chǎn)工藝的可行性，為放大至千噸級(jí)裝置提供數(shù)據(jù)支持。

3. 特種聚酯制備：生產(chǎn)小批量高性能聚酯（如光學(xué)級(jí) PET、低熔點(diǎn) PBT），滿足市場(chǎng)需求。

4. 教學(xué)與培訓(xùn)：高校或企業(yè)用于聚合原理演示和操作實(shí)訓(xùn)。

六、注意事項(xiàng)

1. 原料純度：PTA 或 DMT 需嚴(yán)格控制雜質(zhì)（如 4-CBA、灰分），避免影響聚合度和產(chǎn)品色澤。

2. 真空度控制：終縮聚階段真空度不足會(huì)導(dǎo)致小分子殘留，影響聚酯力學(xué)性能（如拉伸強(qiáng)度下降）。

3. 攪拌效果：低轉(zhuǎn)速可能導(dǎo)致物料局部過(guò)熱或聚合不均，高轉(zhuǎn)速需防止剪切降解。

4. 環(huán)保要求：縮聚廢氣需處理達(dá)標(biāo)后排放，廢催化劑需分類回收（如含鈦廢物）。