500L 聚酯聚合裝置

一、工藝原理

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

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

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

二、主要組件與功能

1. 反應釜

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

• 結構：

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

• 加熱 / 冷卻夾套：通過導熱油、蒸汽或冷水實現控溫，溫度范圍通常為 150~300℃。

• 真空接口：縮聚階段需抽真空（如≤100 Pa），促進小分子脫除。

• 進料口 / 出料口：配備閥門控制原料加入和產物排出。

2. 原料預處理系統

• 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。

• 計量泵：定量輸送液態原料（如 EG）或漿料（如 PTA 懸浮液）至反應釜。

3. 酯化 / 縮聚輔助設備

• 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：包括真空泵（如旋片泵）、緩沖罐和冷凝阱，用于縮聚階段創造高真空環境。

• 催化劑儲罐：儲存催化劑溶液，通過計量泵滴加。

4. 控制系統

• PLC/DCS 控制柜：實時監控溫度、壓力、攪拌轉速、真空度等參數，自動調節加熱 / 冷卻介質流量和閥門開關。

• 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：超聲波或雷達液位計（用于監控反應釜內物料量）。

5. 安全與環保裝置

• 安全閥：防止反應釜超壓（設定壓力通常為 0.3~0.5 MPa）。

• 廢氣處理：縮聚階段可能釋放微量有機物，需通過冷凝回收或活性炭吸附處理。

• 緊急冷卻系統：應對異常溫升，避免爆聚風險。

三、關鍵工藝參數

• 催化劑用量：通常為原料總質量的 0.01%~0.1%（如鈦系催化劑）。

• 醇酸摩爾比：一般 EG/PTA=1.05~1.2:1（過量 EG 補償揮發損失）。

四、操作流程（以 PET 間歇聚合為例）

1. 投料：

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

2. 酯化反應：

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

3. 預縮聚：

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

4. 終縮聚：

• 開啟真空泵，將壓力降至≤100 Pa，溫度升至 285℃，持續攪拌至特性粘度達標，停止加熱并降溫。

5. 出料：

• 通入氮氣破真空，將熔融聚酯通過出料口擠入冷卻槽，切粒后得到聚酯產品。

五、應用場景

1. 實驗室研發：開發新型聚酯（如生物基聚酯、阻燃聚酯），優化配方和工藝參數。

2. 中試生產：驗證工業化生產工藝的可行性，為放大至千噸級裝置提供數據支持。

3. 特種聚酯制備：生產小批量高性能聚酯（如光學級 PET、低熔點 PBT），滿足市場需求。

4. 教學與培訓：高校或企業用于聚合原理演示和操作實訓。

六、注意事項

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

2. 真空度控制：終縮聚階段真空度不足會導致小分子殘留，影響聚酯力學性能（如拉伸強度下降）。

3. 攪拌效果：低轉速可能導致物料局部過熱或聚合不均，高轉速需防止剪切降解。

4. 環保要求：縮聚廢氣需處理達標后排放，廢催化劑需分類回收（如含鈦廢物）。