Выбор технологической схемы и оборудования

Конденсат стекает в сборник флегмы, а охлажденные газы направляются в общую воздушную линию и затем через скруббер и вентилятор выпускаются в атмосферу. Часть метанола из сборника флегмы самотеком подается в колонну метанола в качестве флегмы, а излишки метанола через переливную трубу сборника флегмы стекают в сборник неотработанной смеси. Температура в сборнике флегмы не более 60ºС.

В кубе колонны собирается ЭГ, содержащий ДМТ и олигомеры, так называемый общий ЭГ. Этот ЭГ в требуемом количестве подаётся в первую трубу каскада.

Из каскада переэтерификации реакционная масса направляется в систему отгона 1 ЭГ./11/

В трубопровод перед отгонами гликоля вводятся катализаторы стадии поликонденсации (трёхокись сурьмы, ацетат кобальта), модификаторы (диэтиленгликоль, изофталевая кислота), стабилизатор (фосфористая кислота).

Отгон гликоля. В системах 1 и 2 отгона ЭГ происходит практически полная отгонка ЭГ, вводимого в избытке в каскад переэтерификации и начинается реакция поликонденсации ДГТ с выделением ЭГ.

Системы 1и 2 отгона гликоля состоят из реактора, испарителя, и центробежных насосов. В реакторах поддерживается определённый уровень (40-60%).

Температура реакционной массы (260-275ºС).

Обогрев аппаратов систем отгонов ЭГ осуществляется парами динила.

Вакуум в системах 1и 2 отгонов ЭГ создается насосными вакуумными стендами п.13. Каждый насосный стенд состоит из секционного гликоль кольцевого насоса, бака ЭГ и холодильника.

Отгоняющиеся в системах отгона пары ЭГ, содержащие некоторое количество олигомеров, по обогреваемым парами динила трубопроводам отводятся в скрубберы п.11. В скрубберах эти пары конденсируются циркулирующим через скрубберы холодным ЭГ. Не сконденсировавшаяся в скрубберах часть паров ЭГ и легколетучих фракций вводится в конечные конденсаторы, где производится окончательная конденсация паров ЭГ и легколетучих фракций. Не сконденсировавшиеся газы далее направляются на насосные стенды, конденсат ЭГ собирается в барометрический бак п.14.

Поликонденсация.

nНОСН2 СН2ООС -             -СООСН2СН2ОН ↔

 

↔ [- ОСН2СН2ООС -            -СО-]n + (п-1) НОСН2СН2ОН

 

При введении в полимер диэтиленгликоля полимер приобретает гибкую вставку, чем она длиннее, тем ниже температура стеклования (Тс).

Химическая структура такого полимера:

~ОСН2СН2ООС-            -СО[-(СН2)2ОСН2СН-]nООС-             -СО~

в результате введения звеньев изофталевой кислоты получается полимер со следующей химической структурой:

~ОСН2СН2ООС-               -СООСН2СН2ООС-         

                                                                                    -СО~

Наличие звеньев изофталевой кислоты нарушает регулярность первичной структуры, снижает температуру стеклования, чем меньше регулярность полимера, тем меньше его способность к кристаллизации. В результате получим более аморфную или мелкокристаллическую структуру, что необходимо для того, чтобы полимер был прозрачным.

Из системы 2 отгона ЭГ расплав транспортируется в предварительный реактор поликонденсации п.15. В нем поддерживается более глубокий вакуум (0,010 ± 0,005) бар и более высокая температура (275-280)±2 С, чем в системе 2 отгона ЭГ.

Из предварительного реактора расплав по трубопроводу давлением (3,0 ± 0,5) бар подаётся в главный реактор поликонденсации.

Вакуум в главном реакторе (0,002-0,005) бар и температура (280-288)±2ºС.

Обогрев предварительного и главного реакторов осуществляется парами динила.

Предварительный и главный реакторы представляют собой горизонтальные цилиндрические аппараты, снабженные клеточными мешалками, которые вращаются с постоянным числом оборотов. Валы мешалок уплотнены на обеих сторонах реакторов торцевыми уплотнителями, в которых уплотняющей жидкостью служит ЭГ.

Для защиты контактных уплотнительных колец от расплава через ротаметры подаётся азот (250-500)л/час, который протекает вдоль вала внутри реактора. Подшипники и валы мешалок в области уплотнительных колец охлаждаются водой.

Образующиеся в результате процесса поликондесации пары, состоящие из ЭГ и олигомеров, поступают в отделители олигомеров п.12. Далее пары ЭГ направляются в скруббера, а олигомеры поступают в сборники олигомеров.

Олигомеры периодически сливают из сборников олигомеров в переносные ванны, дробят и отправляют на регенерацию.

В скрубберах пары ЭГ конденсируются за счет распыления в них холодного ЭГ. Не сконденсировавшаяся часть паров и газы уходят далее в конечные отделители.

ЭГ из предварительного реактора, сконденсировавшись в скруббере и отделителе, направляется в барометрический циркуляционный бак ЭГ п.14. ЭГ из главного реактора проходит аналогичный путь.

Из барометрических циркуляционных баков центробежным насосом ЭГ подаётся через холодильники и фильтры к скрубберам и конечным отделителям.

Вакуум в предварительном реакторе создаётся двухступенчатым вакуумным стендом п.20, который состоит из гликолькольцевого секционного насоса Рутта.

В главном реакторе вакуум создаётся трёхступенчатым вакуумным стендом п.21, который состоит из гликолькольцевого насоса и двух последовательно подключённых насосов Рутта.

Из главного реактора расплав шестерёнчатыми насосами передаётся в два параллельно подключенных конечных реактора п.18, п.19. Здесь поддерживается более глубокий вакуум и более высокая температура, чем в главном реакторе.

По окончании процесса поликонденсации расплав ПЭТФ направляется на гранулирование.

Гранулирование. Расплав ПЭТФ продавливается через четыре параллельно соединённые экструзионные головки в виде жилок. Каждая экструзионная головка состоит из двух фильер, которые могут отключаться от трубопровода подвода расплава. Фильера состоит из распределительного устройства с пластиной, имеющей 8 отверстий, диаметром 7мм.

Все 64 отверстия четырех экструзионных головок расположены в один ряд.

Жилки расплава, выходящие из фильер, проходят вертикально вниз и гранулятором протягиваются через 9-ти метровую водяную охладительную ванну п.23, вытягиваются, получают эллиптическое сечение и затвердевают.

Литьевые ванны при смене фильер могут быть передвинуты в продольном направлении к гранулятору по направляющим рельсам. В литьевых ваннах установлены металлические листы с направляющими канавками для каждой отдельной жилки полимера. Металлические листы длиной 4м с направляющими канавками погружены воду на 13см. Их назначение- предотвращение слипания жилок после выхода их из экструзионных головок.

Литьевые ванны заполняют фильтрованной речной водой.

В конце ванны жилки проходят через сортировочные грабли к гранулятору п.24. Остаток воды на жилках удаляется пластиковой губкой и воздухом. Жилки подводят к втягивающему устройству гранулятора, состоящему из стального и эластичного валиков. Жилки ПЭТФ измельчаются фрезой со спиральными пазами и неподвижным ножом. Длина гранул около 5мм. Эллиптическое сечение гранул имеет длину осей от 3,0мм до  4,5мм. Для выпуска "пищевого" ПЭТФ необходимо уменьшить размеры гранул, для этого необходимо увеличить скорость вращения фрезы. Режущее устройство и выходящие гранулы для охлаждения обдуваются воздухом.

Гранулы подаются на вибрационное сито п.25, где происходит отделение не прорезанных гранул.

Далее гранулят транспортируется в бункеры анализа п.28, которые установлены на стационарных весах.

Из бункера анализа гранулят поступает в бункер хранения п.29, который состоит из 12 секций. В каждую секцию загружают гранулят из двух бункеров анализа. Далее гранулят ссыпается в конусную часть многосекционного бункера для смешения.

Из многосекционного бункера хранения гранулят пневмотранспортом подается в промежуточную ёмкость хранения на стадию кристаллизации.

 

 

 

2.2.2 Получение ПЭТФ "пищевого" назначения

 

Предварительная кристаллизация. Гранулят ПЭТФ из промежуточного бункера хранения самотёком подаётся на предварительную кристаллизацию, где ПЭТФ нагревается в течение 3-7 мин до 160°С при механическом 

 перемешивании. При этом достигается  степень кристалличности 35-40%. Так  как температура ПЭТФ увеличивается  до 160°С, состояние твёрдых частиц  изменяется от «свободно-текучего»  до «клейкого» поверхностного  состояния. Вследствие этого возникает необходимость в предотвращении склеивания гранул ПЭТФ и образования комков. Для этого полимер подвергают перемешиванию.  В связи с тем, что температура гранул ПЭТФ не превышает 160°С  и время выдержки ПЭТФ ≈ 3-7 мин, данная стадия кристаллизации не требует покрытия атмосферой инертного газа.

Кристаллизация проводится в аппарате «SOLIDAIR RSTALLIZER» , который представляет собой горизонтальный аппарат с мешалкой. Мешалка имеет множество узких, плоских с регулируемым шагом лопастей, посредством которых перемешивается крошка ПЭТФ.

Противотоком грануляту подаётся воздух с температурой 160ºС. Из кристаллизатора воздух поступает в пылеотделитель для очистки от мелких частиц и далее выбрасывается в атмосферу.

Из кристаллизатора самотёком полимер подаётся на стадию сушки.

В процессе сушки происходит диффузия влаги из внутренней части твёрдых частиц к поверхности, а затем через приграничный слой, окружающий частицу, в газовую фазу.

Из кристаллизатора самотёком полимер подаётся на стадию сушки.

Для этих целей используется бункерная сушилка вертикального типа. Отношение длина/диаметр составляет 4:1. В верхней части сушилки размещается медленно вращающаяся мешалка с горизонтальными лопастями и одним выравнивателем.

Лопасти и выравниватель распределяют поступающий гранулят равномерно по поперечному сечению сушилки, что предотвращает спекание гранулята при разогреве.

Сушка осуществляется горячим азотом с температурой190ºС и точкой росы - 40ºС, который поступает через приточные патрубки в разгрузочной части сушилки, противотоком обдувает падающий гранулят и выходит через вытяжные патрубки в верхней части сушилки. Выходящий азот поступает в пылеотделитель, затем в теплообменник для охлаждения, и далее в двухступенчатый гликолевый скруббер на очистку.

Из сушилки гранулы ПЭТФ поступают на вторую стадию  кристаллизации, на которой ПЭТФ нагревается до температуры реакции твёрдофазной дополиконденсации (в пределах 210-230°С). На этой стадии предусматривается продолжительное время выдержки, достаточное для того, чтобы произошли изменения морфологии кристаллов, и степень кристалличности достигла не менее 50%. Это очень чувствительная стадия, при которой могут воспроизвестись условия «слипания» твёрдых частиц в состоянии покоя. Для предотвращения термоокисления ПЭТФ при реакционной температуре на этой стадии кристаллизации применяется атмосфера инертного газа.

Кристаллизация осуществляется в аппарате – «Торусдиск », представляющий собой горизонтальный аппарат, снабжённый ротором с вертикальными дисками, которые обеспечивают тщательное перемешивание гранул, для предотвращения их слипания, а также для обеспечения однородного качества продукта.

Противотоком к движущемуся грануляту подаётся азот с температурой 220-240ºС и выводится через патрубки в верхней части аппарата в пылеотделитель, затем в теплообменник для охлаждения и далее в двухступенчатый гликолевый скруббер на очистку.

На стадии твёрдофазной дополиконденсации ПЭТФ протекают различные реакции, как роста полимерных цепей, так и побочные реакции, идущие с образованием побочных продуктов, таких как ацетальдегид, ЭГ и вода.

Основная реакция, ведущая к увеличению молекулярного веса ПЭТФ, следующая:

 

РЕТ-СООСН2СН2ОН + НОСН2СН2ООС-РЕТ ↔

↔РЕТ-СООСН2СН2ООС-РЕТ + НОСН2СН2ОН

 

Одновременно идут реакции, в которых образуется ацетальдегид и вода:

 

РЕТ-СООН + НОСН2СН2ООС-РЕТ→РЕТ-СООСН2СН2-РЕТ + Н2О

 

РЕТСООСН=СН2 + НОСН2СН2ООС-РЕТ→

→РЕТСООСН2СН2ООС-РЕТ + СН3СНО

 

Кроме того, возможны разложение гидроксиэтильных концевых групп:

 

РЕТ-СН2СН2ОН→РЕТ-СООН + СН3СНО

 

Реакции поликонденсации и этерификации обратимы, в то время как реакции образования ацетальдегида необратимы.

Гранулы ПЭТФ выгружаются из второго кристаллизатора в бункерный реактор. Время нахождения гранулята в реакторе при равномерном перемещении продукта вниз должно быть достаточным, чтобы поднять вязкость продукта, как результат твёрдофазной дополиконденсации. На дне бункерного реактора установлен механический выгружной механизм, что обеспечивает равномерную выгрузку продукта.

Твёрдовазная дополиконденсация проводится в атмосфере инертного газа с рециркулирующим потоком газа  для удаления побочных продуктов реакции – этиленгликоля, ацетальдегида и паров воды -  из бункерного реактора. Газ подаётся в нижнюю часть реактора с температурой 245ºC и отводится через верхнюю часть реактора.

Выходящий азот делится на два потока, часть поступает на стадию второй кристаллизации, а часть в бункерную сушилку.

Очистка азота. Абсорбционная очистка газа посредством скрубберов может быть альтернативой каталитическому сжиганию для высокоэффективного охлаждения и очистки рециркулирующих газовых потоков посредством прямого контактирования газа в скруббере с ЭГ. Достигаются высокая эффективность абсорбции и высокая скорость массопереноса. ЭГ пропускается противотоком к потоку газа так, что свежий гликоль контактирует с газом с более низкой концентрацией загрязнений.

Рециркулирующий газообразный азот обрабатывается в двухстадийном гликолевом скрубберном контуре.