聚酯多元醇的生產(chǎn)是由酯化和縮聚兩個步驟組成。酯化反應(yīng)為氮封正壓操作過程,充氮氣前需要將反應(yīng)釜抽真空;縮聚反應(yīng)為負(fù)壓操作過程,并需要保證真空度穩(wěn)定。同時,通過抽真空,可以除去反應(yīng)體系中的低分子副產(chǎn)物如醛、齊聚物等,而理想的真空度可以降低反應(yīng)溫度,減少聚酯熱降解的機會,有利于提高產(chǎn)品色相。因此,真空條件是聚酯產(chǎn)品質(zhì)量的重要保證條件之一?。但真空度由于受諸多因素的影響,不易控制,容易波動。本文中在抽真空管路設(shè)置小流量旁路并配以調(diào)節(jié)閥,通過真空泵的調(diào)速和控制調(diào)節(jié)閥開啟量的大小可滿足反應(yīng)過程對真空度的不同要求,保證了生產(chǎn)過程的持續(xù)性和穩(wěn)定性。
聚酯多元醇生產(chǎn)
1.1 酯化過程
根據(jù)工藝要求(見表1),酯化過程分為二段,在酯化反應(yīng)結(jié)束時,總要求其酯化率大于95%。
表1 酯化過程的工藝操作條件
工藝操作條件 | 酯化釜 | 第二酯化釜 |
溫度/℃ | 264 | 267 |
壓力/MPa,絕壓 | 0.3 | 0.12 |
停留時間/h | (內(nèi)室) 1.07 (外室) 0.33 |
(內(nèi)室)0.735 (外室) 0.735 |
酯化率/%,mol | 92 | 96.5 |
縮聚轉(zhuǎn)化率/%,mol | 66.1 | 79.1 |
1.2 縮聚過程
經(jīng)過酯化反應(yīng),雖然(高純度對苯二甲酸)PTA 的酯化率已達到95%以上,但仍有部分羧基未完成酯化反應(yīng)。為了使這部分羧基進一步發(fā)生反應(yīng),縮聚過程往往采用逐步提高真空度的方法,達到既充分完成酯化反應(yīng),又盡快加速縮聚反應(yīng)的目的,所以,將縮聚過程分為預(yù)縮聚(見表2)和較終縮聚(見表3)。在預(yù)縮聚階段,真空度控制較低,可適當(dāng)保持物料中有較多的乙二醇(EG)含量,促使其與羧基充分反應(yīng),而較終縮聚階段,真空度控制較高,以便獲得較高相對分子質(zhì)量的聚酯產(chǎn)品。
工藝操作條件 | 預(yù)縮聚 | 第二預(yù)縮聚 |
溫度/℃ | 274 | 276 |
壓力/MPa,絕壓 | 23.5 | 3.5 |
停留時間/min | 33 | 44 |
酯化率/%,mol | 98.49 | 99.4 |
縮聚轉(zhuǎn)化率/%,mol | 86.79 | 92.88 |
特性黏度 | ----- | 0.17-0.19 |
縮聚反應(yīng)后期,體系的粘度很大,小分子物質(zhì)不易排出,可逆反應(yīng)程度增大,反應(yīng)速率逐漸減慢,若加熱提高釜溫,容易使聚酯碳化、裂解等副反應(yīng)增加,導(dǎo)致成品顏色加深。此時需借助減壓排出微量的水,這樣有利于縮聚反應(yīng)的進行
溫度/℃ | 284 |
壓力/MPa,絕壓 | 0.16 |
反應(yīng)時間/min | 220 |
攪拌器轉(zhuǎn)速/r.min-1 | 4.5 |
產(chǎn)品酯化率/% | 99.75 |
縮聚轉(zhuǎn)化率/% | 99.03 |
產(chǎn)品特性黏度 | 0.645 |
產(chǎn)品聚合度 | 103 |
從整體上看,從酯化到縮聚,反應(yīng)溫度由低到高,反應(yīng)壓力由高到低,在較終縮聚階段往往采用高真空技術(shù),使縮聚反應(yīng)平衡向目標(biāo)產(chǎn)品方向移動。
控制方法
從控制的角度,為保持某一真空度的穩(wěn)定性,一般有兩種方法。種方法是采用流量控制器進行反饋控制,通過對進氣量的調(diào)節(jié)達到保持穩(wěn)定真空度的目的,它適用于沒有反應(yīng)氣體存在或產(chǎn)生的場合;第二種方法是在抽氣口串入一只調(diào)節(jié)閥, 通過對調(diào)節(jié)閥的控制來保持真空度的穩(wěn)定,它的適用性更為廣泛,可與輸入氣體的流量各自獨立控制。
對于聚酯多元醇反應(yīng)裝置而言,它的真空度是動態(tài)的。為保持工作的持續(xù)性和穩(wěn)定性,需在不同階段斷供給工作氣體和抽出反應(yīng)氣體,以保證真空度的動態(tài)平衡。影響動態(tài)平衡的因素很多,諸如反應(yīng)釜內(nèi)壁的放氣率、泵的抽速、耗氣量的變化等等。由于反應(yīng)釜內(nèi)各種氣體的組分比不能保持穩(wěn)定,在真空度要求較高的場合,采用流量控制法保持動態(tài)平衡顯然是不合適的。在保持進氣量恒定的情況下,通過控制抽氣口調(diào)節(jié)閥開啟量的大小可滿足上述要求。
2.1 酯化反應(yīng)壓力控制
酯化反應(yīng)為常壓或正壓操作過程,壓力的控制包括泄壓和增壓。當(dāng)反應(yīng)釜內(nèi)壓力很過設(shè)定值時,開關(guān)閥FV1打開,進行氣相泄壓;當(dāng)反應(yīng)釜內(nèi)壓力低于設(shè)定值時,自力式調(diào)節(jié)閥PCV1打開,向反應(yīng)釜內(nèi)充氮氣增壓。為了防止很壓運行,在系統(tǒng)中設(shè)定了很壓報警,以提醒操作人員的注意。同時,還設(shè)置聯(lián)鎖機構(gòu)或者防爆膜泄壓,以保護設(shè)備。
2.2 縮聚反應(yīng)真空度控制
縮聚反應(yīng)為負(fù)壓操作過程。為了保證預(yù)聚反應(yīng)的真空度,除了采取較高的真空操作外,還要求真空度相當(dāng)穩(wěn)定,尤其不能有大幅度的真空度起落。該階段FV1打開,先通過真空泵對反應(yīng)釜抽真空至設(shè)定壓力附近—— 該壓力下反應(yīng)釜內(nèi)物料不會被抽出;然后FV1閉合,通過旁路調(diào)節(jié)閥PCV2保證反應(yīng)釜內(nèi)真空度的穩(wěn)定。因此,該階段真空度控制以調(diào)節(jié)閥小流量調(diào)節(jié)配合真空泵抽氣來完成。
對于較終縮聚反應(yīng)真空度對反應(yīng)過程影響較大,所以在控制手段上要比預(yù)縮聚真空度控制要嚴(yán)格得多。首先采用一簡單控制回路保證冷凝器的真空度,然后再用一簡單控制回路穩(wěn)定縮聚反應(yīng)釜氣相出口管道上的真空度,較后用一個串級控制系統(tǒng),以反應(yīng)釜較終出料粘度為主調(diào)節(jié)參數(shù),而以反應(yīng)釜氣相出口壓力為副調(diào)節(jié)系數(shù),來達到既保證產(chǎn)品粘度又控制反應(yīng)釜真空度的目的。
結(jié)束語
本文提到的真空度控制方法能夠有效控制反應(yīng)釜在酯化、縮聚等階段的真空度,有助于掌控反應(yīng)時間,提高生產(chǎn)效率。同時在保證真空系統(tǒng)清潔的前提下,提高了聚酯多元醇的品質(zhì)。