年产8万吨聚对苯二甲酸乙二醇酯的工艺设计(8)

合计：224.75＋502.69＝727.44 kg/h 102.3 EG：502.69 kg/h 102.1

催化剂：5.40 kg/h

H 2O：224.75×0.1÷0.9＝24.97 kg/h

EG：N T0× ( M r －2x＋p )×M EG＝N T0×(1.12－2×0.97＋0.87)×62 ＝201.54 kg/h

聚合物：N T0 [M T ＋2x－ p )×M EG－ 2x M W] ＝N T0×[166＋(2×0.97－0.87)×62－2×0.97×18] ＝12834.77 kg/h

合计：5.40＋24.97＋201.54＋12834.77＝13066.68 kg/h ③ R201物料衡算

在R201中加入消光剂EG溶液（003.1）。由于抽真空会有少量聚合物被夹带出，使201.1中的 N

T0减少为

N T0' ,同时夹带出极少量的消光剂及催化剂。

003.1 （20%消光剂－EG混合浆液） 消光剂：W T×0.005=53.96 kg/h EG: 53.96×0.8÷0.2 =215.84 kg/h 合计：53.96＋215.84=269.80 kg/h 201.1 N T0 '=0.999 N T0 =64.9475 kmol/h （由于抽真空带出低聚物引起） 消光剂：53.96×0.999=53.91 kg/h 催化剂：5.40×0.999=5.39 kg/h

EG：N T0 '( M r－2x＋p)×M EG=N T0 '( 1.05－2×0.99＋0.96 )×62 =120.80 kg/h

聚合物：N T0 '[ MT＋(2x－p)×M EG－2xM W ]

=N T0 '×[166＋(2×0.99－0.96)×62－2×0.99×18] =12573.84 kg/h

合计：53.91＋120.80＋12573.84＋5.39=12753.94 kg/h 201.2 消光剂：53.96×0.001=0.05 kg/h 催化剂：5.40×0.001=0.01 kg/h

36

H 2O：2 N T0×?x×18＋24.97=2 N T0(0.99－0.97)×18＋24.97＝71.78 kg/h （R201中生成的水加上R102中残留的水全部被蒸出）

EG: N T0×?M r×M EG＋215.84=N T0×(1.12－1.05)×62＋215.84=497.99 kg/h （随消光剂带入的乙二醇全部被蒸出）

聚合物：12573.84×0.001÷0.999=12.59 kg/h（抽真空带出低聚物的数量） 合计：0.05＋0.01＋71.78＋497.99＋12.59=582.42 kg/h R201物料平衡验算：总进料量=13066.68＋269.80=13336.48 kg/h 总出料量=12753.94＋582.42=13336.36 kg/h ④ R202物料衡算

在R202中由于抽空气会有少量聚合物被夹带出，使201.1中的N T0' 减少为N T0''。同时夹带出极少量的消光剂及催化剂。

202.1 N T0''=0.9995×N T0'=64.9150 kg/h（由于抽真空带出低聚物引起） 消光剂：53.91×0.9995=53.88 kg/h 催化剂：5.39×0.9995=5.39 kg/h

EG: N T0''×( M r－2x＋p)×M EG=N T0''×(1.026－2＋0.984)×62=40.25 kg/h

聚合物：N T0''[ MT＋(2x－p)×M EG－2xM W ]=N T0''×[166＋(2－0.984)×62－2×18] =12528.08 kg/h

合计：53.88＋5.39＋40.25＋12528.08=12627.60 kg/h 202.2 消光剂：53.91×0.0005=0.03 kg/h 催化剂：5.39×0.0005=0.00 kg/h

H 2O: 2 N T0'×?x×18=2 N T0'×(1－0.99)×18=23.38 kg/h 聚合物：12528.08×0.0005÷0.9995=6.27 kg/h

EG: N T0'×?M r×M EG=N T0'×(1.05－1.026)×62=96.64 kg/h 合计：0.03＋23.38＋6.27＋96.64=126.32 kg/h R202物料平衡验算：总进料量=12753.94 kg/h 总出料量=12627.60＋126.32 =12753.92 kg/h ⑤ R203物料衡算

203.1 消光剂：53.88 kg/h 催化剂：5.39 kg/h EG：N T0''×( M r－2x＋p)×M EG=0 kg/h 聚合物：N T0''[ MT＋(2x－p)×M EG－2xM W ] =N T0''×[166＋(2－0.9901)×62－2×18] =12503.52 kg/h

37

合计：53.88＋5.39＋12503.52=12562.82 kg/h 203.2 EG：=N T0''×?M r×62=N T0''(1.026－1.0099)×62 =64.80 kg/h

R203物料平衡验算：总进料量=12627.60 kg/h

总出料量=12562.82＋64.80=12627.62 kg/h 计算出的203.1的数量与开始计算时求出的PET熔体的流量相同， 说明物料衡算的整个过程是正确的。[7] 4.2.7 物料平衡表 见表16。

表16 PAT直接酯化缩聚连续操作物料平衡表 单位： kg/h

物流代号 101.0 101.1 101.2 101.3 102.1 102.2 102.3 201.1 201.2 003.1 202.1 202.2 203.1 203.2

PTA 10792.08

EG 4514.47 362.77 4043.68 4043.68 201.54 502.69 502.69 120.80 497.99 215.84 40.25 96.64 64.80

W 62.49 2020.51

24.97 224.75 71.78 23.38

催化剂 5.40 5.40 5.40 5.39 0.01 5.39 5.39

消光剂

53.91 0.05 53.96 53.88 0.03 53.88

聚合物

12860.77

12834.77

12573.84 12.59 12528.08 6.27 12503.52

合计 15311.95 13291.43 6064.19 4043.68 13066.68 727.44 502.69 12753.94 582.42 269.80 12627.60 126.32 12562.82 64.80

4.3 能量衡算

（1）主要物性参数，由相关资料查得以下数据： HθEG（25℃）＝－454.92KJ/mol HθPTA（25℃）＝－781.906KJ/mol

HθPET（25℃）＝－209.2KJ/mol H水（25℃）＝－241.818KJ/mol CP（水）＝ 33.577 J/mol CP（PET）＝261.1J/mol

θ

38

（2）基本公式

∑Q＝∑H出－∑H进

Q＝WCP ΔT

ΔH＝H2－H1＝CPΔT 汽化热 H汽/T沸＝88 J/mol[8]

（3）主要反应条件见表17。

表17 PET生产主要反应条件

名称 T(℃) t (h) P(105Pa)

混合釜 30～40 0.75～1

酯化一釜 250～260 1.5～2.0 15～2.0

酯化二釜 255～260 1.75

前缩聚釜 265～275 1～1.5 0.5～0.8

中缩聚釜 275～280 0.8～1 0.05～0.08

后缩聚釜 280～285 1～1.3 0.01～0.02

（4）主要计算过程

根据物料平衡关系示意图，忽略催化剂、消光剂的影响。将EG投入浆料罐时，取室温为25℃。参考表17的工艺条件参数。 101.0 进料EG带入的能量： HEG（25℃）＝ H

θ

）×NT0（EG）＝－454.92KJ/mol×4514.47kg/h÷62kg/kmol EG（25℃

＝－33124559.55 KJ/h 式中 NT0（EG）——EG的进料摩尔流量

进料PTA带入的能量：

HPTA（25℃）＝ HθPTA（25℃）×NT0（PTA）＝ －781.906KJ/mol×65.0125Kmol/h ＝ －50833663.83 KJ/h

式中 NT0（PTA）——PTA的进料摩尔流量。

合计：－33124559.55－50833663.83＝－83958223.38KJ/h 101.2

取第一酯化反应釜的温度为250℃，上升蒸汽的质量流量为2020.51KJ/h，则

H水（250℃）＝（H＋CPΔT）N＝[－241.818＋33.577×10（250－25）]×2020.51×10÷18 ＝－ 26296171.54 kJ/h

H汽 ＝88×10×（273＋100）×2020.51×10÷18＝ 3684512.24 KJ/h 合计： －26296171.54＋3684512.24＝－22611659.30KJ/h 102.2 取第二酯化釜的温度为260℃，上升蒸汽的质量流量为224.75 Kg/h，则

-3

3

θ

-33

39

H水（260℃）＝（Hθ＋CPΔT）N＝[－241.818＋33.577×10-3（260－25）]×224.75×103÷18 ＝－2920843.57 KJ/h

H汽 ＝88×10-3×（273＋100）×224.75×103÷18＝409844.11KJ/h 合计： －2920843.57＋409844.11＝－2510999.46 KJ/h 201.2 取第一缩聚反应器的温度为270℃，上升蒸汽的质量流量为71.78 Kg/h，则

H水（270℃）＝（Hθ＋CPΔT）N＝[－241.818＋33.577×10-3（270－25）]×71.78×103÷18 ＝－931511.53 KJ/h

H汽 ＝88×10×（273＋100）×71.78×10/18＝130894.82 KJ/h 合计： －931511.53＋130894.82＝－800616.71 KJ/h 202.2 取第二缩聚反应器的温度为275℃，上升蒸汽的质量流量为23.38Kg/h，则

H水（275℃）＝（Hθ＋CPΔT）N＝[－241.818＋33.577×10-3（275－25）]×23.38×103÷18 ＝－303191.52 KJ/h

H汽 ＝88×10×（273＋100）×23.38×10÷18＝42634.73 KJ/h 合计： －303191.52＋42634.73＝－260556.80 KJ/h 203.1

出料熔体带出的能量： HPET（285℃）＝ [H

θ

-33

-33

）＋CP·ΔT ]·NPET PET（25℃

＝[－209.2KJ/mol＋261.1J/mol·K×（285－25）]×12503.52kg/h÷19454＝－90825.66 KJ/h

式中 NPET—— 出料熔体的质量流量 总的能量平衡关系为：

HEG（25℃）＋HPTA（25℃）＋ Q热媒＝ HPET（285℃）＋Σ（H水＋H汽）

则 Q热媒＝（－22611659.30－2510999.46－800616.71－260556.80－90825.66）－(－83958223.38) ＝57683565.45 kJ/h

尽管在聚酯工艺中所有的载热管道均采用了包裹石棉的保温措施，但还是避免不了一部分热量的散失，这里以10％的散失率来计算，所以热煤炉消耗的功率为： W热媒＝Q热媒÷（1－10％）÷3600＝57683565.45 ÷0.9÷3600 ＝17803.57 KW 4.4 设备的选型及工艺计算

4.4.1 聚酯反应器的选型 聚合物生产过程中，聚合反应工序是关键工序，，聚合物合成设备是关键设备。所以反应器设计水平的高低将直接影响产品质量与产量，影响生产效益与生产水平。 聚合反应器的类型包括釜式反应器、管式（塔式）反应器和特种反应器。管式（塔式）反应器构造比较简单，一般用于处理黏度较低的均相反应物料。对于处理高黏度的聚合体系则应采用特殊型式

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