一种聚酯实验装置的改进设计及应用_刘朝.pdf
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1、 化学工程与装备 2023 年 第 7 期 172 Chemical Engineering&Equipment 2023 年 7 月 一种聚酯实验装置的改进设计及应用 一种聚酯实验装置的改进设计及应用 刘 朝,王明亮,王祖芳,王天龙,徐文佳 (新疆天业(集团)有限公司,新疆 石河子 832000)摘 要:摘 要:通过对现有聚酯实验装置的应用,发现在加料方式、催化剂添加、缩聚温度测量以及系统冷却方面存在问题。通过对装置进行改造,成功地解决了实验面临的问题。使得实验过程控制更加精确,装置利用效率更高。关键词:关键词:聚酯;反应装置;热媒系统;催化剂添加 塑料作为一种重要材料被广泛应用于各个领域,
2、但因其对生态环境造成的白色污染,在我国部分地区已经开始限制或禁止使用。传统石油基塑料的生产和应用面临着巨大的挑战。而具有良好使用性能的生物降解塑料则是解决塑料废弃物污染的有效途径之一1-2。新疆天业集团作为国有大型化工企业,为了响应国家政策减少塑料污染和实现碳达峰碳中和目标以及促进煤化工产业高端化、多元化、低碳化发展。在现有的煤化工产业基础上,积极布局发展煤基环保型生物可降解材料。为此,我公司引进了一套实验性聚酯装置。对可降解材料在生产中出现的工艺以及催化剂等技术难题进行攻关。1 现有聚酯实验装置的分析 1 现有聚酯实验装置的分析 现有的实验装置由国内专业聚酯工程公司提供,由控制系统、聚酯反应
3、系统以及热媒系统三部分组成。控系统由西门子 1500PLC 硬件模块、威纶通 15 寸触摸屏组成,PLC 编程软件是博图 V17.0 版大集成系统,15 寸触摸屏图形制作软件是 EasyBuilderPro6.0 版。硬件 1500PLC 由 PM 电源、1513CPU、8AI4AI/AO,8RTD,32DI/DO 和 AI 隔离配电、DO中间继电器组成。CPU 和 HMI、PC 机组成 100M 以太局域网通讯 LWAN,操作画面有进料流程、酯化和分馏柱流程、缩聚流程、热媒系统、历史记录曲线等组成。聚酯反应系统采用 50L 酯化釜(双釜)+100L 缩聚釜的模式,并配备工艺塔、酯化冷凝器、缩
4、聚冷凝器、旋风分离器以及废水回收罐等。具体见图 1 聚酯装置工艺流程。在实验过程中可根据具体情况可实现分酯化工艺和共酯化工艺。图 1 聚酯装置工艺流程 图 1 聚酯装置工艺流程 DOI:10.19566/35-1285/tq.2023.07.075 刘 朝:一种聚酯实验装置的改进设计及应用 173 热媒系统是聚酯装置中的重点,也是利用装置做好实验的基本前提3。本装置热媒系统配套的主要设备有热媒储罐、加热炉、热媒循环泵等。其工作流程见图 2 热媒系统流程,首先开启热媒循环泵使其在整个系统循环起来,同时利用加热炉将循环的热媒加热至实验所需温度,投料并进行酯化和缩聚实验。在反应过程中可通过增减加热炉
5、组数的开启来调节物料反应温度,待实验完成后,关闭加热炉使热媒自然循环冷却。待冷却至 100以下可关闭热媒循环,完成一整套实验流程。图 2 热媒系统流程 图 2 热媒系统流程 在聚酯实验中,不同的配方有不同的实验流程。现以笔者现阶段的研究方向聚对苯二甲酸己二酸丁二醇酯(PBAT)为例。实验过程中,首先利用热媒系统将酯化釜加热到 85至 135,采用开放式加料口先将固态己二酸(AA)/对苯二甲酸(PTA)加入酯化釜,然后加入液态 1,4丁二醇(BDO)和液态催化剂,最后开始升温反应。反应过程中产生的气态水和少量 BDO 通过分馏柱进行回收。待酯化完成后,将酯化完成的物料通过排料管线输送至已升温完毕
6、的缩聚釜中,开始预缩聚并对缩聚釜进行抽真空,待真空达到 2KPa 以下,将液态催化剂加入,开始缩聚反应。反应温度在 230-240之间,待反应结束后出料。但在长期实验过程中发现,本实验装置存在以下缺陷。(1)加料方式:现有的加料方式是加入固态料后加液态料,存在固液相物料溶解不均匀以及部分物料沉积在酯化釜底部,造成酯化反应不充分,实际参与反应的物料与配方之间存在较大误差,无法保证实验结果的准确性;另一方面,沉淀在釜底的物料在高温作用下有可能会形成高粘度酯化物,造成出料管线堵塞,无法排料,迫使实验终止,阻碍研究进程。(2)催化剂的添加:在酯化物缩聚过程中,抽真空脱除反应系统中的小分子低聚物、反应副
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