Выбор технологической схемы и оборудования

В данном дипломном проекте предлагается модернизировать технологическую линию №5 завода синтетического волокна для выпуска ПЭТФ «литьевого» назначения, из которого на следующей стадии дополиконденсации может быть получен ПЭТФ «пищевого» назначения, предназначенный для изготовления упаковочных материалов для пищевых продуктов.

 

 Введение

 

 

До недавнего времени химической промышленностью выпускался полиэтилентерефталат для производства волокон и нитей, а также некоторых технических нужд, например в качестве антикоррозионных покрытий.

В настоящее время большое внимание уделяется многостороннему использованию полиэтилентерефталата, а также сополимеров на его основе.

Одним из основных направлений использования полиэтилентерефталата является применение в качестве сырья для производства тары на нужды пищевой промышленности.

 Обычный ПЭТФ обладает  высокой степенью кристалличности  и недостаточными литьевыми свойствами, необходимыми для дальнейшего  использования при производстве  пищевой тары. Эти недостатки  устраняются при химической модификации полимера, достигаемой введением при синтезе ПЭТФ одновременно с основным исходным сырьём других алифатических и ароматических дикарбоновых кислот или эфиров, разветвлённых гликолей./1/

За последние годы в США, станах Европы и Азии резко увеличилось использование упаковочных материалов для пищевых продуктов из ПЭТФ (бутылки, упаковки для лекарств и др.).

По опубликованным данным, ежегодные темпы прироста этой продукции оцениваются почти в 15-20%./1/

Таблица 1  Мировое производство полиэфирных продуктов (тыс. т.).

 

	1994г	1995г	1996г	1997г	1998г	2001г	2004г
Волокно и нити	11229	11975	13236	14325	15295	18362	21016
Плёнки	1028	1084	1179	1256	1318	1471	1569
Упаковка (бутылки)	2532	2988	3415	3860	4356	6020	8030
Другие материалы	595	630	650	700	739	849	993
Всего	15384	16677	18480	20141	21708	26698	31608

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Столь резкое увеличение роста спроса на упаковочную тару из ПЭТФ объясняется тем, что полиэфирная тара значительно легче (~ в 10 раз) и прочнее стеклянной и металлической; имеет подобную стеклу прозрачность и глянец; обеспечивает экономию средств при транспортировке и использовании; устойчива к разбиванию и растрескиванию; газонепроницаемость превосходит упаковку из других полимеров.

Чтобы удовлетворить глобальный рыночный спрос в период 2003-2009гг., потребуются инвестиции на дополнительную мощность в 5 млн.т. полимера.

В 2000-2003гг. намечен ввод в объёме 1,25 млн.т. преимущественно для бутылей в: Южной Африке, Австралии, Иране, США, Китае, Египте, Бразилии, Германии и России./2/

Ранок Беларуси и России насыщен гранулятом ПЭТФ «пищевого» назначения только на 40%. Поэтому РУП МПО «ХИМВОЛОКНО», как производитель гранулята ПЭТФ, могло бы освоить новые мощности по выпуску «пищевого» гранулята для удовлетворения, как внутри республиканских потребностей, так и для удовлетворения потребностей ближнего зарубежья в «пищевом» грануляте.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

2 Выбор технологической  схемы и оборудования. Описание  технологического процесса

 

2.1 Выбор технологической  схемы и оборудования

 

 

В данном дипломном проекте предлагается модернизировать технологическую линию №5 завода синтетического волокна для выпуска ПЭТФ «литьевого» назначения, из которого на следующей стадии дополиконденсации может быть получен ПЭТФ «пищевого» назначения, предназначенный для изготовления упаковочных материалов для пищевых продуктов.

Для организации выпуска «пищевого» ПЭТФ предлагается смонтировать комплектное оборудование для твёрдофазной дополиконденсации.

На заводе синтетического волокна РУП  МПО «ХИМВОЛОКНО» для получения полимера – полиэтилентерефталата (ПЭТФ) волоконного назначения, реализован непрерывный способ получения, что объясняется наличием целого ряда достоинств по сравнению с периодическим способом.

Непрерывный процесс характеризуется единством времени протекания всех его стадий, установившимся состоянием и непрерывной выгрузкой конечного продукта./9/

Периодический процесс по сравнению с непрерывным имеет ряд существенных недостатков: /7/

• Трудность точного воспроизведения технологического режима для каждой партии. В результате даже программно-автоматическое управление процессом становится малоэффективным;
• Большие затраты ручного труда при обслуживании аппаратуры или необходимость в использовании дорогостоящих систем дистанционного управления;
• Непроизводительные затраты времени на загрузку и разгрузку аппаратов.

     При непрерывных  процессах производится непрерывная  загрузка, реакция и разгрузка  аппаратов, и таким образом время  на вспомогательные операции  не затрачивается.

Основными технологическими стадиями при получении ПЭТФ по периодическому способу являются:1)подготовка сырья; 2)переэтерификация; 3)поликонденсация; 4)литьё полимера и дробление его в крошку; 5)смешение гранулята./10/

 

В процессе перемещения веществ в последовательно установленных аппаратах изменяются следующие параметры: степень превращения, выход продуктов, температура, концентрация реагентов и т.д. Поэтому свойства получаемого продукта также изменяются вдоль всей линии последовательно установленных аппаратов (по длине). Непрерывность исключает простои и увеличивает коэффициент использования оборудования./9/

Таким образом, непрерывные процессы в большинстве случаев экономически выгодны, они позволяют получить высокий выход и однородное качество продукта, непрерывность и постоянство условий протекания отдельных стадий процесса.

Для выпуска ПЭТФ «литьевого» назначения необходимо дополнительно установить оборудование для приготовления и ввода модификаторов. Модификаторы предлагается вводить после каскада переэтерификации в трубопровод перед отгонами гликоля.

Оборудование для приготовления модификаторов должно включать: ёмкости приготовления, фильтры, ёмкости хранения, дозирующие устройства.

Для получения ПЭТФ «пищевого» назначения необходимо провести стадии: кристаллизации, сушки и твёрдофазной дополиконденсации. Для этого предлагается использовать комплектное оборудование фирмы «HOSOKAWA» (США), состоящее из двух кристаллизаторов, сушилки, реактора дополиконденсации и охладителя для гранул./8/

а) Кристаллизатор непрерывного действия «SOLIDAIRE». Кристаллизатор состоит из механической мешалки, вращающейся внутри горизонтального цилиндрического корпуса. Мешалка имеет множество узких с регулируемым шагом лопастей, посредством которых достигается тщательное перемешивание крошки ПЭТФ с минимальной деформацией гранул и высокой степенью кристалличности.

б) Сушка осуществляется в вертикальной сушилке бункерного типа «HOPPER DRYER». Гранулят равномерно высушивается до влажности не выше 10ррм.

в) Кристаллизатор «TORYSDISC» представляет собой горизонтальный аппарат с ротором  с вертикальными дисками, которые обеспечивают тщательное перемешивание гранул предотвращающее их слипание. Обеспечивает однородное качество продукта по степени кристалличности. Наиболее эффективен для кристаллизации сополимеров.

Твёрдофазная дополиконденсация осуществляется в вертикальном реакторе бункерного типа. Время пребывания гранулята в реакторе непрерывного действия до 30 часов. Дополиконденсация осуществляется в токе азота, движущегося противотоком. В нижней части реактора расположено выгружное устройство, предназначенное для выгрузки материалов, которые имеют высокую склонность к слипанию.

Охлаждение гранулята ПЭТФ происходит в холодильнике с псевдоожиженным слоем.

Выбранная для данного дипломного проекта установка твердофазной дополиконденсации фирмы «HАSАKAWA» обеспечивает: отличное качество, низкую стоимость, гибкость процесса.

Предназначена для производства продукта однородного качества.

Непрерывная циркуляция азота по замкнутому контуру обеспечивает низко затратный процесс с минимальным энергопотреблением.

Разнообразие моделей оборудования для каждой стадии процесса позволяет выбрать необходимое в соответствии с требованиями к качеству продукта и мощности.

 

2.2 Описание технологического  процесса

 

      Технологический процесс получения «пищевого» ПЭТФ гранулята осуществляется в две непрерывные стадии:

1. Получение ПЭТФ «литьевого» назначения.

• Переэтерификация;

• Поликонденсация;
• Гранулирование.

2. получение ПЭТФ «пищевого» назначения.

• Предварительная кристаллизация;
• Сушка;
• Кристаллизация;
• Твёрдофазная дополиконденсация;
• Охлаждение.

3. Вспомогательные отделения.

• Снабжение цеха сырьём;
• Приготовление катализаторов и стабилизатора;
• Приготовление модификаторов;
• Котельная ВОТ.

 

2.2.1 Получение ПЭТФ "литьевого" назначения

 

Переэтерификация. В результате взаимодействия диметилового эфира терефталевой кислоты (ДМТ) с двухатомным спиртом – этиленгликолем (ЭГ) происходит обмен группами, при этом образуется дигликолевый эфир терефталевой кислоты и метанол.

 

СН3 –СОО -             - ООС-СН3   +  2  НО-СН2-СН2-ОН  «

              ДМТ                                        ЭГ

 

«         НО-СН2-СН2-ООС -               - СОО-СН2-СН2-ОН   +   2  СН3ОН

                            ДГТ                                                                   метанол

 

Реакция переэтерификации обратима. Для смещения равновесия реакции в сторону образования ДГТ ее проводят в присутствии избыточного количества ЭГ. Смещению равновесия вправо также способствует то, что метанол выделяющийся в результате реакции, испаряется, потому что температура реакции значительно выше температуры кипения метанола, и выводится из зоны реакции.

Процесс переэтерификации осуществляется в 18- ти горизонтальных последовательно соединенных по три единицы одна над другой трубах, которые  образуют 18- ти ступенчатый каскад для полного превращения ДМТ в ДГТ. ДМТ и ЭГ подается в первую трубу каскада. Туда же подается катализатор – ацетат марганца.

В каждой группе труб реакционная масса свободно протекает из одной трубы в другую, как в сообщающихся сосудах. Каждая конечная труба группы имеет переливную трубу.

Для протекания реакции переэтерификации и достижения максимальной степени превращения в трубных группах устанавливается определенный температурный режим в пределах от 160ºС до 255ºС.

В первых трубах поддерживается более низкая температура, чтобы реакция переэтерификации не начиналась слишком бурно и отгонка ЭГ и метанола происходила по возможности слабее. Затем температура реакционной массы постепенно повышается по мере ее продвижения в трубах. В процессе переэтерификации температура реакционной массы повышается до 255ºС, при этом большее количество непрореагировавшего ЭГ испаряется.

Отогнанные пары ЭГ и метанола по обогреваемому водяным паром 17бар. Трубопроводу вводятся в колонну метанола п.3. Температура паров внутри трубопровода 90 ± 10 ºС.

Обогрев первых шести труб каскада производится водяным паром 17бар.

Остальные 12 труб каскада обогреваются жидким динилом в противотоке к потоку реакционной массы каскада.

 В колонне метанола пары из каскада переэтерификации разделяются на метанол и этиленгликоль. Пары вводятся в среднюю часть колонны. Выше места ввода паров, в колонну подается ЭГ регенерированный, предназначенный для проведения реакции переэтерификации. ЭГ стекает в нижнюю часть колонны, встречает поднимающиеся ему навстречу пары, конденсирует из них ЭГ и поступает в куб колонны.

Пары метанола проходят через верхнюю часть колонны и конденсируются в попеременно работающих параллельных конденсаторах. Сконденсированный метанол стекает в сборник флегмы п.5. Несконденсированная часть паров направляется в газоохладитель, где происходит конденсация остатков паров метанола.