Выбор технологической схемы и оборудования

В начале процесса по периодическому или непрерывному способу получают гранулят с необходимой для текстильных волокон и нитей молекулярной массой. Последующее увеличение молекулярной массы и удаление ацетальдегида осуществляется в непрерывном процессе твёрдофазной дополиконденсации. К исходному для твёрдофазной дополиконденсации грануляту предъявляются специфические требования:

 

Таблица 3

 

Тип полимера	Гомо- или сополимер ПЭТФ
Гранулят: Форма Длина, мм Диаметр, мм	Цилиндрическая 4±0,25 (2-3)±0,25
Насыпная масса, кг/м³	775
Температура плавления, ºC	240-260
Характеристическая вязкость, дл/г	(0,55-0,60)±0,01
Содержание групп СООН, М-экв/г	Макс. 30
Содержание пыли, %(масс.)	Макс.0,025
Содержание воды, %(масс.)	Макс.0,5

 

Важной предпосылкой для производства высококачественного продукта для бутылок является эффективная термостабилизация. Использованные системы катализаторов должны соответствовать официальным сертификатам, чтобы быть допущенными к применению пищевой промышленностью.

Принцип твёрдофазной дополиконденсации состоит в инертной температурной обработке гранулята ниже температуры его плавления- при 200-230ºC, в горячем токе азота. Гранулят должен находится в аппарате достаточно продолжительное время, необходимое для повышения характеристической вязкости до 0,80-0,85 дл/г. продукты реакции и летучие загрязнения, например ацетальдегид, удаляются с инертным газом и постоянно устраняются из циркулирующего азота путем каталитического сгорания. Циркуляция азота оптимизирована относительно общей потребности энергии, что особенно важно для экономичности способа.

ЭГ                                                                                         ТФК или ДМТ

                            Пастосмеситель

                            Этерификация                 Колона разделения

                             Предполиконденсация

                                                                                         Отходы воды

                            

                             Поликонденсация

                                                                                                           N2

                             Гранулирование                                                   O2

                                                                                                           H2

 

Склад                                                                                            

гранулята

                             Кристаллизация 

                                                                        Система регенерации

                                                                                Азота

   

 

                            Дополиконденсация 

                            в твёрдой фазе 

                                                                                  Отходы воды

 

 

 

 

Упаковка                                                       Для изготовления

                                                                       бутылок

 

 

 

Рисунок 1.1.1 – Блок-схема производства полиэфирного гранулята.

Преимущество твёрдофазной дополиконденсации состоит в том, что деструкция полимера исключается, при этом эффективно удаляется, до коэффициента 1,5РРМ, ацетальдегид, придающий напиткам неприятный вкус.

Стадии процесса дополиконденсации ПЭТФ в твёрдой фазе следующие: исходный аморфный гранулят непрерывно подаётся через загрузочный бункер на стадию кристаллизации; в первом кристаллизаторе гранулят нагревается горячим воздухом и предварительно кристаллизуется, а затем попадает в импульсный кристаллизатор. Двухступенчатая кристаллизация обеспечивает постоянную степень кристалличности гранулята и с большей надёжностью препятствует образованию размельчённых агломератов.

Осторожная, но эффективная кристаллизация, прежде всего, имеет большое значение при использовании гранулята из сополимеров. Известно, что сополиэфиры на стадии кристаллизации намного более склонны к образованию вредных для процесса агломератов, чем гранулят из чистого ПЭТФ. Для достижения постоянной степени кристалличности нужно точно контролировать температуру воздуха и продолжительность нахождения гранулята в зоне кристаллизации.

Помимо кристаллизации гранулята поток горячего воздуха выполняет также функцию выведения из гранулята так называемых мелких примесей. Содержащийся в циркулирующем воздухе раскрошенный гранулят устраняется из газового потока с помощью циклонного сепаратора. После импульсного кристаллизатора гранулят непрерывно подаётся с помощью пневматической системы в загрузочный бункер для дополиконденсации. Оттуда кристаллический гранулят попадает через специальный ячеистый шлюз, который отделяет циркулирующий поток азота от воздушной среды,  в предварительный нагреватель. В последнем гранулят, медленно перемещаясь вниз, проходит через горячий поток азота и при этом нагревается.

Доведённый до температуры реакции гранулят непрерывно поступает через следующий ячеистый шлюз в реактор шахтного типа для твёрдофазной дополиконденсации. В этом реакторе гранулят медленно перемещается вниз, в то время как встречным потоком подаётся постоянное количество азота. Высокая температура гранулята – около 210ºC, а также протекающий через гранулят газовый поток оказывают влияние на реакцию дополиконденсации полиэфира.

Этиленгликоль и другие побочные продукты, которые получаются при дополнительной конденсации, выводятся из зоны реакции потоком азота и полностью устраняются из газового потока путём каталитического сжигания. В процессе дополиконденсации молекулярная масса ПЭТФ повышается, содержание концевых карбоксильных групп и ацетальдегида снижается. Равномерное качество продукта гранулята ПЭТФ для бутылок достигается непродолжительным нахождением в зоне реакции и равномерным потоком азота с постоянной температурой и требуемой степенью чистоты. Увеличение молекулярной массы гранулята контролируется температурой и продолжительностью нахождения его в аппарате твёрдофазной дополиконденсации.

Высокомолекулярный гранулят из аппарата дополиконденсации через ячеистый шлюз попадает в охлаждаемую силосную ёмкость. В этой ёмкости гранулят перемещается вниз  и охлаждается встречным потоком холодного (регенерированного) азота до температуры ниже точки стеклования ПЭТФ, т.е. 70ºC. Охлаждение гранулята необходимо, чтобы затормозить реакцию дополиконденсации.

Далее гранулят посредством пневматической системы попадает в силосную ёмкость для смешения и хранения, откуда может быть загружен в мешки, большие пакеты (контейнеры) или цистерны./3/

 

Таблица 4  Показатели качества полиэфирного гранулята для бутылок

 

Характеристическая вязкость, дл/г	(0,82-0,85)±0,015
Содержание ацетальдегида, масс.РРМ	Макс.1,5
Температура после бункера охлаждения, ºC	Макс. 50
Содержание групп СООН, М г-экв/кг	Макс. 27
Содержание пыли, масс.РРМ	Макс. 100

 

Для  технологии  твёрдофазной  дополиконденсации  фирмы "ЭМС-Инвента" характерны следующие особенности:

-в качестве исходного материала  может быть использован как  ПЭТФ, так и сополиэфир;

-экономичное производство в  результате применения оборудования  с высокой производительностью  и высокой степенью надёжности;

-удаление ацетальдегида в процессе дополиконденсации ПЭТФ в твёрдой фазе, так, что изготовленные из гранулята бутылки отвечают всем требованиям, в том числе и для наполнения их минеральной водой, вкус которой наиболее чувствителен к ацетальдегиду;

- процесс оптимизирован по энергоресурсам и расходам сырья.

На основе многолетнего опыта фирмы в сооружении полиэфирных установок, которые работают по периодическому или непрерывному методу, в качестве исходного сырья при синтезе ПЭТФ используется или терефталевая кислота, или ДМТ.

При строительстве установок твёрдофазной дополиконденсации полиэфиров "ЭМС-Инвента" тесно сотрудничает с фирмами "Карл Фишер"(Германия), "Бюллер" (Швейцария)./3/

Установка фирмы  "Карл Фишер" значительно отличается от установки фирмы «ЭМС – Инвента» аппаратурным оформлением. Все стадии твёрдофазной дополиконденсации проходят в одном аппарате. Она  предназначена  для преобразования гранулята ПЭТФ волоконного назначения  в гранулят ПЭТФ для изготовления упаковочной тары для пищевых продуктов.

В установке происходят следующие существенные качественные изменения волоконного ПЭТФ:

- повышение степени кристалличности;

-уменьшение содержания влаги;

- повышение вязкости;

- уменьшение содержания ацетальдегида.

Технологический процесс. Накопительный бункер заполняется гранулятом волоконного назначения из цистерны. Затем, гранулят подаётся пневмотранспортом к установке обеспыливания.

Через ячеистый шлюз гранулят поступает в промежуточную ёмкость. Из ёмкости гранулят поступает самотёком в дополиконденсатор по трубе с рубашкой охлаждения, для предотвращения агломерации.

В верхней части реактора, имеющего рубашку, обогреваемую динилом, гранулят проходит кристаллизацию и просушивается горячим азотом, идущим встречным потоком.

Второй поток горячего газа поступает ниже этой зоны и разогревает гранулят до температуры, близкой к температуре точки размягчения, и обеспечивает, таким образом, высокую степень кристаллизации.

Гранулят непрерывно перемещается в нижнюю часть реактора, где происходит дополиконденсация с увеличением молекулярного веса и образованием побочных продуктов: этиленгликоля, воды, ацетальдегида.

В самом низу реактора поступает третий поток горячего азота, который, с одной стороны выводит побочные продукты в верхней части реактора и, с другой стороны, обеспечивает оптимальное распределение температуры для реакции дополиконденсации.

Гранулят после дополиконденсации выходит из реактора через подающий шнековый питатель, который имеет рубашку охлаждения и определяет производительность установки.

Азот с побочными продуктами отводится в верхней части реактора, очищается в установке газоочистки, и далее разогревается для последующего использования в дополиконденсаторе.

Технологическая схема потоков для твёрдофазной дополиконденсации полиэфира на примере технологического процесса фирмы «HASAKAWA» представлена на рисунке 1.1.3.

На стадии предварительной кристаллизации проводится частичная кристаллизация гранул ПЭТФ для предотвращения их слипания.  В течение этой стадии технологического процесса необходимо тщательное перемешивание. Принудительная подача или псевдоожиженный слой являются ключом успешной кристаллизации.

В процессе сушки – гранулы полиэфира требуют длительного времени выдержки при высоких температурах для обеспечения крайне низких содержаний влаги. Фирмой разработаны как вертикальные аппараты (бункерные сушилки), так и горизонтальные аппараты (продувные ёмкости), способные обеспечивать требуемые условия сушки.

Стадия кристаллизации или предварительного подогрева предназначена для достижения полимером степени кристалличности свыше 50% и нагрева гранулята до температуры стадии твёрдофазной дополиконденсации. Фирма поставляет оборудование (в зависимости от требований к полимеру) для выполнения этой стадии: термошнек, торусдиск, продувную ёмкость.