ผสมผสานพอลิเอสเตอร์คืออะไร: กระบวนการพอลิคอนเดนเซชั่น, การออกแบบและการใช้งาน

ตอบคําถามหลัก:ผังปฏิกิริยาพอลิเอสเตอร์คืออะไร?ผังปฏิกิริยาพอลิเอสเตอร์คือ ผังปฏิกิริยาที่ร้อนถังระบายความว่างสูงที่ในนั้นกรดเทเรฟตาลิสระบาย และโมโนเอธีเลนกลิกอลถูกแปลงเป็นโอลิโกเมอร์ก่อน แล้วเป็นโพลีเอธีเลนเทเรฟตาเลตที่มีน้ําหนักโมเลกุลทางการค้ากระบวนการดําเนินการในสามขั้นตอน การ esterification ที่ 240-270 °C และ 0.2-3 bar ตอบสนองกรดกับ glycol เพื่อสร้าง bis-hydroxyethyl terephthalate และน้ําซึ่งถูกกําจัดผ่านคอลัมน์การบดส่วน. พรีโพลีคอนเดนเซชั่นที่ 270-280 ° C ภายใต้ 20-50 mbar สร้างโซ่ให้มี viscosity ภายในประมาณ 0.2-0.35 dL / g ขณะที่การกําจัด glycol. จบที่ 275-290 ° C ภายใต้ 0.5-2 mbar นํามันไปยังเป้าหมาย0.55-0.65 dL/g สําหรับเส้นใยและ 0.72-0.85 dL/g สําหรับสับกระป๋องดังนั้นน้ําหนักโมเลกุลจะบรรลุได้เพียงโดยการกําจัดเอธีเลนกลิกอลจากน้ําละลายที่มีความแน่นสูงขึ้นถึง 200-500 Pa·sซึ่งทําให้การปรับปรุงพื้นผิวและความสมบูรณ์แบบของระยะว่าง เป็นปัจจัยการออกแบบที่สําคัญ

1. เคมีปฏิกิริยาและการออกแบบเวที

การปฏิกิริยาสามประการทํางานตามลําดับ และแต่ละประการต้องการสภาพแวดล้อมของปฏิกิริยาที่แตกต่างกัน

• การ esterification และ transesterification:ในเส้นทาง esterification โดยตรง, ไส้กรด terephthalic ที่บริสุทธิ์ปฏิกิริยากับ monoethylene glycol ที่ 240-270 °C และ 0.2-3 bar เพื่อให้มี bis-hydroxyethyl terephthalate และน้ําPTA ไม่ละลายในกลิกอลในอัตราที่ใช้ได้, ดังนั้นปฏิกิริยาจะจํากัดในตอนแรกโดยผ่าตัดของเหลวและเหลวและตัวปฏิกิริยาต้องรักษาความเป็นธรรมเนียม, สับสนดี;เมื่อการแปลงดําเนินการ การละลาย oligomer กลายเป็นระยะต่อเนื่องและการละลายหยุดจํากัด. น้ําถูกถอนออกในรูปของควาบกับกลิกอล และคอลัมน์การแยกส่วนภายนอกหรือติดตั้งในคอลัมน์นํากลิกอลกลับไปที่ตัวปฏิกิริยาในขณะที่รับน้ําขึ้นไปซึ่งเป็นสิ่งจําเป็น เพราะสัดส่วนมอลาร์ของไกลโคลกับกรดโดยปกติ 1.1-20ในเส้นทางการแตรนสเตอริฟิชั่นที่เก่าแก่กว่า ดิเมธีลเทรเฟธาเลตถูกปฏิกิริยากับกลิกอลเพื่อปล่อยเมธาโนลและในขณะที่เส้นทางนี้ให้ผลิตภัณฑ์ที่สะอาดกว่า มันได้ถูกย้ายไปโดยส่วนใหญ่โดย esterification โดยตรงบนค่าใช้จ่าย.
• การละลาย Polycondensation และการควบคุมความสมดุลขั้นตอนที่สองคือการผสมผสานซ้อนกลับได้: สองกลุ่มปลายไฮโดรไซลรวมกันเพื่อสร้างสายเอสเตอร์และปล่อยเอธีเลนกลิกออลความยาวของโซ่ที่ได้รับการกํากับโดยเกือบทั้งหมดโดยวิธีการถอน glycol ได้อย่างสมบูรณ์ซึ่งเป็นเหตุผลที่ความดันลดลงอย่างต่อเนื่องผ่านโรงงาน จาก 20-50 mbar ใน prepolymeriser เป็น 0.5-2 mbar ใน finisherการกําจัดจํากัดโดยการกระจายของ glycol ออกจากละลายที่กลายเป็น viscous มากขึ้นอย่างต่อเนื่อง, ดังนั้นตัวประกอบไฟฟ้าต้องต่อเนื่องต่อเนื่องใหม่ผิวละลาย: นี้เป็นเหตุผลที่ปลายเป็นภาชนะแนวราบที่มีวงจรหมุนแผ่นหรือกรง agitator ที่ยกละลายเป็นแผ่นบาง,แทนที่จะเป็นถังปั่นเมื่อโซ่เติบโต ความแน่นของละลายเพิ่มขึ้นจากน้อยกว่า 1 Pa · s เป็น 200-500 Pa · s และความแน่นภายในถูกใช้เป็นตัวแทนออนไลน์สําหรับน้ําหนักโมเลกุล
• คาตาเลสเตอร์ สารข้างเคียงและคุณภาพสินค้าโพลีคอนเดนเซชั่นต้องการตัวกระตุ้น โดยทั่วไปคือ แอนติโมเนียมไตรออกไซด์ ที่ 150-300 ppm ในรูปของ แอนติโมเนียมถึงแม้วัตถุดิบฐานไทเทเนียมจะใช้มากขึ้น เนื่องจากข้อจํากัดของแอนติโมเนียมในการติดต่อกับอาหารและเครื่องดื่ม, และเยอร์มาเนียมถูกใช้เมื่อความใสและอะเซตัลดีไฮดเป็นสิ่งสําคัญ ผลิตภัณฑ์ข้างเคียงสองรายการกําหนดเกรด ไดเอเธลีนกลิกอลเป็นจากปฏิกิริยาของกลิกอลกับตัวเองและถูกจัดไว้ต่ํากว่า 1.0-1.5%เพราะหน่วยแต่ละหน่วยที่รวมอยู่ในโซ่ ลดจุดละลายและความมั่นคงทางความร้อน; อัตราการต่อเนื่องของกลิกอลกับกรดที่สูงขึ้นและอุณหภูมิที่สูงขึ้นเพิ่มการเกิดของมันเนื่องจากมันทําให้รสชาติของน้ํากระป๋อง; มันถูกลดลงอย่างน้อยด้วยอุณหภูมิการเสร็จการที่ต่ํา, เวลาที่อยู่ที่สั้น, และในพืชหลาย ๆ แห่งด้วยขั้นตอนการพอลิกอนเดนเซสในสภาพแข็งที่กําจัดมันในขณะที่เพิ่มความแน่นภายใน
• โพลีคอนเดนเซสในสภาพแข็งและการทําปลาย:หากต้องการขวดหรือคุณภาพทางเทคนิคชิประยะละลายจะกระจกในอุณหภูมิ 140-180 °C แล้วเก็บอยู่ในปฏิกิริยาพอลิกอนเดนเซชั่นในสภาพแข็งที่ 200-230 °C ภายใต้ไนโตรเจนหรือระยะว่าง 8-30 ชั่วโมงเนื่องจากปฏิกิริยาเกิดขึ้นในระยะแข็ง อุณหภูมิต่ําพอที่จะทําให้ความละลายทางอุณหภูมิเป็นอย่างน้อย ดังนั้นความแน่นภายในสามารถเพิ่มขึ้นจากประมาณ 0.6 เป็น 0.75-0.85 dL/g ขณะที่ปริมาณ acetaldehyde ลดลงต่ํากว่า 1 ppmหน่วยปฏิกิริยาคือซิลโด้สูงตั้งตั้ง หรือเบดที่เคลื่อนไหวต่อเนื่องที่มีการควบคุมการไหลของไนโตรเจนอย่างละเอียด และตัวแปรควบคุมสองตัวที่สําคัญคือความเท่าเทียมกันของอุณหภูมิเนื่องจากจุดร้อนทําให้เกิดการซินเตอร์และการเกิดก้อน, และการกําจัด glycol ที่เกิดขึ้น ซึ่งต้องให้ไนโตรเจนแห้งและสะอาด ก่อนการนําไปหมุนเวียนใหม่

2การออกแบบเครื่องจักรของปอลีเอสเตอร์

มีการตัดสินใจทางกลสี่อย่างที่จะกําหนดว่าเส้นพอลิเอสเตอร์จะบรรลุความแน่นของการออกแบบและรักษามันได้หรือไม่

• การคัดเลือกเครื่องปั่นตามระยะความแน่นรถยนต์ปฏิกิริยามีความซับซ้อนสูงถึง 5 ระดับ ดังนั้นไม่มีเครื่องปั่นเดียวทํางานตลอดขั้นตอนการ esterification และ prepolycondensation ใช้ภาชนะแนวตั้งที่มีทัวร์บีนหรือทัวร์บีนสับสน, เนื่องจากการละลายบางและผสมผสานและการถ่ายทอดมวลของก๊าซ-ของเหลวเป็นสิ่งสําคัญมากที่สุด.เครื่องบรรจุน้ําหนักทรงกระบอกแนวราบที่มีการหมุนวงจรแผ่น, ที่แหวนหรือแผ่นท่อนลงไปในน้ําละลายและนํามันขึ้นเป็นฟิล์มที่ไหลกลับภายใต้แรงโน้มถ่วง, หรือการออกแบบกรงที่มีกล่องของแท่งที่สร้างพื้นที่ใหญ่ของฟิล์มบาง.ความสะอาดของผนังถูกเก็บไว้ที่ 10-30 มิลลิเมตร, และแกนต้องถูกสนับสนุนโดยหมุนภายในหรือออกแบบให้มีส่วนประสานความยาว / กว้างขนาดใหญ่โดยไม่ต้องบิดและเครื่องประปาต้องเก็บความว่างเต็มที่ที่ 290 °C.
• ระบบสูบและการฟื้นฟู Glycol:การบรรลุ 0.5-2 mbar ในเครื่องทําความสําเร็จต้องใช้ระบบระยะหลายระยะ, โดยทั่วไปเป็นเครื่องปรับสเปรย์เพื่อถอด glycol และ oligomers, ตามด้วยเครื่องออกควันที่มี intercondensers,และบ่อยครั้งปั๊มวงแหวนของเหลวเป็นระยะสุดท้าย.ภาระของควาบไม่ได้เพียงแค่ glycol แต่ยังเป็นผลิตภัณฑ์การทําลายล้างและ oligomer ใส่มันใช้สเปรย์กลิกออลที่ระบายกระจายกระจายเพื่อบดและล้างควาบก่อนมันจะถึงเครื่องระบาย, และถ้ามันมีขนาดต่ําหรืออุณหภูมิ glycol เพิ่มขึ้น oligomer ฝากในฉีดเอกสารและความว่างบดลงอย่างต่อเนื่องตลอดการแคมเปญเนื่องจากความดันสัมบูรณ์จะกําหนดน้ําหนักโมเลกุลที่ได้รับโดยตรง, โรงงานติดตั้งการวัดระยะว่างออนไลน์ที่ช่องออกของควาฬิกาและพิจารณาแนวโน้มการเพิ่มขึ้นเป็นสัญญาณเตือนคุณภาพของผลิตภัณฑ์มากกว่าปัญหาการบํารุงรักษา.
• การทําความร้อน, ความเท่าเทียมกันของอุณหภูมิและเวลาการอยู่:โพลิเอสเตอร์หลอมถูกทําความร้อนด้วยสารไหลผ่านการถ่ายทอดความร้อน, โดยทั่วไปเป็นผสมยูเทคติกของไบฟินิล-ไดฟินิลออกไซด์ผ่านแจ็คเก็ตและในหลายรูปแบบผ่านโค้ลภายในหรือผ่านแกนหมุนและแผ่นเอง, ซึ่งเป็นวิธีการที่มีประสิทธิภาพที่สุดในการส่งความร้อนเข้าไปในฟิล์ม viscous ความร้อนต้องคงที่ภายใน 1-2 °Cเนื่องจากอัตราการปฏิกิริยาขึ้นอยู่กับอุณหภูมิอย่างมาก และการละลายทางอุณหภูมิเร่งขึ้นเกินประมาณ 290-300 °C; จุดร้อนทั้งลด viscosity ผ่านการแยกโซ่และเพิ่มสาร acetaldehyde และ vinyl ester กลุ่มปลายและเรื่องการแบ่งปัน: วัสดุที่อยู่นานเกินไปจะบดลง ดังนั้นการออกแบบแนวราบที่มีชุดของส่วนหรือเขื่อน, ซึ่งใกล้ชิดการไหลของพล็อก, เป็นที่นิยมมากกว่าปริมาตรการผสมย้อนหลังเดียว.
• วัสดุ, การปิดและความสมบูรณ์แบบในระยะว่าง:โพลีเอสเตอร์หลอมและควาลของมันไม่เป็นสารสกัดอย่างรุนแรง ดังนั้นวัสดุมาตรฐานคือเหล็กไร้ขัด 316L สําหรับภาชนะ esterification และ 304L หรือ 316L สําหรับการเสร็จที่มีผิวที่เคลือบด้วยไฟฟ้าหรือเคลือบด้วยเครื่องกลที่มีคุณภาพสูงบนพื้นที่สัมผัสกับผลิตภัณฑ์ เพื่อลดการสร้างเจลและการทําลายล้างบนผนังความเสี่ยงที่แท้จริงคือการเข้าสู่อากาศ: ในอุณหภูมิ 290 °C อ๊อกซิเจนที่เข้าผ่านแหลมที่รั่วไหล, ปริมณฑลประปาหรือกระแสวาล์วทําให้เกิดการทําลายออกซิเดนที่รวดเร็ว, การเหลืองและการสร้างเจลและมันยังบรรจุระบบสูบสูบด้วยไนโตรเจน ที่เครื่องฉีดต้องจัดการการตอบสนองการออกแบบคือการสร้างทั้งหมดที่ผสมผสานบนบริการระยะว่าง, ก๊าซเกตโลหะหรือผนึกฟลอโรเอลาสโตเมอร์อุณหภูมิสูง, การทดสอบการรั่วไหลของฮีเลียมต่ํากว่า 1 x 10 ^ - 6 mbar · L / s ก่อนเริ่มต้น,และการตรวจสอบแนวโน้มอ๊อกซิเจนหรือความดันต่อเนื่องในระบบระบายว่าง.

เมทริกซ์การเปรียบเทียบระยะของปฏิกิริยาพอลิเอสเตอร์

คําถามที่พบบ่อย (FAQ)

ถาม: ทําไมปฏิกิริยาพอลิเอสเตอร์ต้องใช้ระยะว่างลึกขนาดนี้?

ตอบ: เพราะการพอลิคอนเดนเซชั่น เป็นปฏิกิริยาสมดุลที่กลับคืนได้ ที่ปล่อยเอธีเลนกลิกอล และค่าสมดุลคงที่ใกล้กับหนึ่งดังนั้นความยาวของโซ่ที่สามารถได้รับการกําหนดโดยเกือบทั้งหมดโดยวิธีการที่ครบถ้วน glycol ได้ถูกกําจัดออกจากการละลาย, ซึ่งหมายความว่าความดันส่วนของกลิกอลเหนือจากน้ําละลายต้องถูกขับไปต่ํามาก.5-2 mbar ในเครื่องทําความเรียบร้อยเพื่อบรรลุความแน่นภายในของกระป๋อง 0.75-0.85 dL/g. มีเหตุผลที่สอง, การเคลื่อนไหว: เมื่อโซ่ยาวขึ้น, ความแน่นของละลายขึ้นไป 200-500 Pa·s และการกระจายของ glycol ออกจากละลายกลายเป็นขั้นตอนที่จํากัดอัตรา,ดังนั้นแม้แต่กระแสว่างที่สมบูรณ์แบบ ก็ไร้ประโยชน์ นอกจากว่าตัวประกอบไฟฟ้าจะต่อเนื่องปรับปรุงพื้นผิวการละลายนั่นเป็นเหตุผลว่าทําไมความลึกของความว่างและการต่อเนื่องของพื้นผิวต้องถูกออกแบบร่วมกัน และทําไมการรั่วไหลของอากาศเล็ก ๆ หรือเครื่องปรับความร้อนของสเปรย์จะปรากฏทันทีในฐานะการลดความแน่นภายใน

ถาม: ความแน่นภายในคืออะไร และมันสําคัญอย่างไร?

A: ความแน่นภายในคือวัดปริมาณไฮโดไดนามิกของพอลิมเลอร์ในสารละลายกําหนดโดยวัดเวลาไหลของสารละลายพอลิมเลอร์ละลายใน viscometer ประหลาดเลือด และนําไปประกอบกับความถี่ศูนย์มันคือตัวแทนมาตรฐานของอุตสาหกรรมสําหรับน้ําหนักโมเลกุลใน PET เพราะมันรวดเร็ว, สามารถผลิตใหม่ได้ และเชื่อมโยงตรงกับคุณสมบัติที่สําคัญ: ความแข็งแรงในการละลาย, ความทนทานและความแข็งแรงค่าปกติคือ 0.55-0.65 dL/g สําหรับเส้นใยทอและเส้นใยสแตนเปิล 0.62-0.70 dL/g สําหรับฟิล์มและเส้นเทคนิค และ 0.72-0.85 dL/g สําหรับคอพลาสติกกระป๋องและสายยางซึ่งน้ําหนักโมเลกุลที่สูงกว่าจะให้ความแข็งแรงทางกลและความทนทานต่อความเครียดที่ต้องการ. viscosity ภายในถูกวัดออนไลน์หรือทุก ๆ ชั่วโมงในโรงงานและมันเป็นตัวแปรควบคุมหลัก: ผู้ประกอบการปรับอุณหภูมิการเสร็จระดับความว่างและเวลาที่อยู่อาศัยที่จะถือมันภายในช่วงของประมาณบวกหรือลบ 00.01-0.02 ดอลลาร์/กรัม

ถาม: ความแตกต่างระหว่างปฏิกิริยาพอลิเอสเตอร์ กับปฏิกิริยาพอลิเมอเรชั่นมาตรฐานคืออะไร?

ตอบ: มีคุณสมบัติสามประการที่แยกมันออก มันคือการบดแทนการพอลิเมอเรชั่นเพิ่มเกิดขึ้นอย่างต่อเนื่อง และต้องถอนออกภายใต้ระยะว่าง เพื่อให้ปฏิกิริยาดําเนินการ; หน่วยปฏิกิริยาเพิ่ม เช่น เครื่องปฏิกิริยาที่ใช้สําหรับอะคริลิกหรือโพลีเอเธลีน ไม่สร้างผลิตภัณฑ์ข้างเคียงและแทนที่จะต้องกําจัด exotherm ใหญ่240-290 °C เทียบกับ 60-140 °C สําหรับระบบอะคริลิคและไวนิลส่วนใหญ่ซึ่งนําความละลายทางอุณหภูมิ การสร้างอะเซตัลดีไฮด และความร้อนสูงเข้าสู่การออกแบบ และมันยืดหยุ่นในระยะยาวจากสับละอองละอองไปสู่การละลาย 500 Pa·s, ดังนั้นตัวประกอบไฟฟ้าที่ทําความสําเร็จต้องใช้การสั่นสะเทือนการผลิตฟิล์มแทนการผสมผสานจํานวนมาก, และการปล่อยใช้ปั๊มเกียร์และสายการถ่ายทอดละลายแทนvalve ง่าย ๆ.

คําถาม: อะไรเป็นสาเหตุของพอลิเอสเตอร์ที่ผิดสเปค และวิธีการแก้ไขมันอย่างไร?

ตอบ: ปัญหาที่พบกันบ่อยที่สุด 4 ประการ มีสาเหตุเฉพาะๆระยะเวลาการอยู่ที่สั้นเกินไป หรืออุณหภูมิการเสร็จงานที่ต่ํา; มันถูกแก้ไขโดยการฟื้นฟูความว่าง, เพิ่มอุณหภูมิภายในขอบเขตหรือชะลอการผ่านจากสัดส่วนกลิกออล/กรดที่สูงเกินไป หรือจากอุณหภูมิการ esterification ที่สูงเกินไป; มันถูกแก้ไขโดยการปรับสัดส่วนมอลาร์ให้เป็น 1.1-1.3 และลดอุณหภูมิการ esterificationจากการพังลงทางความร้อนในเครื่องทําความสําเร็จหรือในการเจาะฉีดต่อมา; มันถูกแก้ไขโดยการลดอุณหภูมิการละลาย, ลดเวลาการพํานักและเพิ่ม polycondensation ในสภาพแข็งจากพอลิเมอร์ที่ละลายที่เก็บไว้บนผนังของภาชนะที่มันละลายทางอุณหภูมิเป็นเวลาหลายวันซึ่งถูกแก้ไขโดยการปรับปรุงการลบผนัง การเคลือบพื้นผิวที่สัมผัส และการทําความสะอาดตามตารางที่กําหนดไว้