专利名称：生产聚对苯二甲酸乙二醇酯的高效简化装置的制作方法
技术领域：
本实用新型涉及一种生产聚对苯二甲酸乙二醇酯(PET)的高效简化装置。
背景技术：
随着聚对苯二甲酸乙二醇酯(PET)的广泛使用，对其生产装置及工艺也提出了相应的要求，虽然目前生产聚对苯二甲酸乙二醇酯的工业化装置及工艺较多，如中国专利第97197662.7号中公开的“连续缩聚方法和设备”以及中国专利第97122449.8号中公开的“聚酯的生产方法”，但是这些专利中的生产装置与工艺在实际使用过程中均因各反应器的结构不合理而存在有产量低、生产成本高等问题。
为此，本实用新型中的创作人凭借其多年从事相关行业的经验与实践，并经潜心研究与开发，终于创造出一种可有效提高生产效率与降低成本的生产聚对苯二甲酸乙二醇酯的高效简化装置。
发明内容
本实用新型的主要目的在于提供一种生产聚对苯二甲酸乙二醇酯的高效简化装置，该装置改进了现有生产装置的不合理结构，有效提高生产效率与降低成本。
本实用新型中生产聚对苯二甲酸乙二醇酯的高效简化装置，包括有第一、第二酯化反应器、预缩聚反应器和终缩聚反应器，所述第一酯化反应器下部的物料出口与所述第二酯化反应器的外室相连通，所述第二酯化反应器的物料出口与所述预缩聚反应器的上腔体连通，所述预缩聚反应器的预聚物出口与终缩聚反应器的物料入口相连通，所述第二酯化反应器在其内部分隔形成相通的外室与内室，其中在内室中设有热媒盘管与由外力驱动的搅拌装置；所述第一酯化反应器为一混合动力外循环式酯化反应器，包括有非均相反应装置、蒸发反应装置和动力驱动装置，所述非均相反应装置包括有一内设立式列管换热装置的反应器，该反应器的出口与所述蒸发反应装置相连通，入口与反应物料的进料口及蒸发反应装置的底部相连通；所述蒸发反应装置包括有一密闭的壳体，在壳体内部的上部为蒸发区，下部为反应区，在其顶部设有气相出口，底部延伸有一导流段，在该导流段内设有至少一块导流板，该蒸发反应装置与所述反应器构成一封闭的回路；所述动力驱动装置包括有设在所述蒸发反应装置外部的驱动机构、枢设在所述导流段内部的轴流式搅拌装置，该轴流式搅拌装置通过轴与所述驱动机构联接；所述预缩聚反应器包括有一上腔体和一下腔体，在下腔体内部设有由外力驱动的搅拌装置，上腔体与下腔体通过一隔离筒体组合在一密闭的壳体内，所述上腔体设有一物料进口，并在该上腔体内部设有加热盘管；所述下腔体的上部设有延伸出所述壳体外的排气通道、底部设有与所述上腔体底部连通的管道及预聚物出口，同时在该下腔体的内底部设有加热盘管；在所述隔离筒体上开设有一狭缝，且该狭缝处往所述下腔体内部延伸设置有弯弧板，该弯弧板与所述隔离筒体形成一用于连通所述上腔体与下腔体的弯曲漩流通道，并在所述狭缝处设有一用于调节狭缝大小的调节阀；所述终缩聚反应器包括有一密封的横截面呈圆形或长圆形的横置式筒体，该筒体设有物料入口与物料出口，并在筒体内部设有可形成垂直膜与平行膜的搅拌器。
所述第一酯化反应器导流段内通过焊接固定有呈正五角形分布的五块导流挡板，并且在每块导流板中间被截断而留有用于置放所述轴流式搅拌装置的空间。
所述预缩聚反应器的上腔体内部位于狭缝的一侧设有一用于控制气体流向的导流板。
所述终缩聚反应器内部的搅拌器包括有两驱动轴及多组盘环，所述驱动轴的中心位于筒体的圆心或下圆中心，所述盘环分别固定在两驱动轴上，所述环盘在其侧部固设有多块平行的轴向拉膜钢板。
所述终缩聚反应器中的驱动轴为空心轴。
所述盘环通过焊接固定有呈正六角形分布的六块径向拉膜板支撑板，每块径向拉膜板与相邻环盘焊接成一体。
本实用新型中生产聚对苯二甲酸乙二醇酯的高效简化装置采用两段酯化和两段缩聚反应过程，使得整个工艺具有流程简捷、各项技术指标均优于同类装置的优点，可有效提高生产效率与降低成本。
图1是本实用新型中生产聚对苯二甲酸乙二醇酯的高效简化装置的简化示意图；图2是本实用新型中第一酯化反应器的结构示意图；图3是本实用新型中预缩聚反应器的结构示意图；图4是本实用新型中预缩聚反应器的横向剖视示意图；图5是本实用新型中终缩聚反应器的结构示意图；图6是本实用新型中终缩聚反应器的横向剖视示意图。
具体实施方式
下面将结合附图对本实用新型中的具体实施例作进一步详细说明。
如图1所示，本实用新型中生产聚对苯二甲酸乙二醇酯的高效简化装置包括有第一酯化反应器A、第二酯化反应器B、预缩聚反应器C及终缩聚反应器D。
如图2所示，第一酯化反应器A为一混合动力外循环式聚酯酯化反应器，包括有非均相反应装置1、蒸发反应装置2和动力驱动装置3，其中
蒸发反应装置2包括有一密闭的壳体20，在壳体20外设有一具有保温功能的液相热媒夹套26，该壳体20内部在反应过程中可分为上部的蒸发区21和下部的反应区22，在其顶部设有气相出口23，底部以一体成形的方式延伸有一导流段24，该导流段24的内壁上通过焊接或其它固定连接的方式设置有五片呈正五角形分布的挡板25，且每一挡板25均被截断而形成用于置放轴流式搅拌装置30的空间，利用该挡板25可以破坏液体在轴流式搅拌装置30作用下所形成的漩涡，从而确保液体往下流动。
非均相反应装置1包括有一内部设有立式列管换热装置16的反应器10，该反应器10的出口通过导流顶盖11、非均相反应物出口管12与蒸发反应装置2上部的蒸发区21相连通，入口17为一倒立的导流锥体，具有均匀混合物料的功能。该入口17通过一U形管14与蒸发反应装置2底部的导流段24相连通，从而由非均相反应装置1与蒸发反应装置2构成一封闭的回路，在U形管14靠近反应器10入口17的一端设有一物料进口13，在靠近蒸发反应装置2的一端设置有一物料出口15。立式列管换热装置16的出、入口18、19与外界液相热媒加热管(图中未示出)相连通，利用液相热媒可对进入反应器10内部的物料进行加热。为了防止热量的损失，在反应器10、U形管14、顶盖11与非均相反应物出口管12的外侧也套设有具有保温功能的液相热媒夹套。
动力驱动装置3包括有设在蒸发反应装置2顶部的驱动机构31、平行枢设在蒸发反应装置导流段24内部由同一轴32驱动的两个轴流式搅拌装置30(也可以是一个或多个)，该轴流式搅拌装置30通过轴32与驱动机构31联接，并且在轴32与壳体20的连接处为密封连接。
如图1所示，第二酯化反应器B包括有一壳体4，该壳体4内部通过一内筒40分成外室41与内室42，其中外室41与第一酯化反应器A的物料出口15相连通，在内室42中设有热媒加热盘管43与由外力驱动的搅拌装置44，加热盘管43与外界液相热媒相连通，并可对物料进行热交换。该第二酯化反应器B的内室41底部与预缩聚反应器C上腔体的物料进口510相连通。该第二酯化反应器B由于采用现有生产装置中的酯化反应器，因此对其具体结构与工作原理不再另行详细说明。
如图3和图4所示，预缩聚反应器C包括有一密闭的壳体5，该壳体5在其内部通过一隔离筒体50分隔成呈常压状态的上腔体51与呈真空状态的下腔体52，其中上腔体51围设在下腔体52外侧的顶部，并在下腔体52内部设有一搅拌装置53，该搅拌装置53由轴54与设在壳体5顶部的驱动装置55驱动。
上腔体51设有一物料进口510和一物料出口511，其中物料进口510通过管道与第二酯化反应器B的内室42底部相连通，同时在上腔体51的内底部设置有一组加热盘管56。下腔体52设有一预聚物料出口520及一物料进口521，其中预聚物料出口520通过管道与终缩聚反应器D相连通，物料进口521通过管道57与上腔体51底部的物料出口511相连通，并在该管道57上设置有一调节阀58，用于控制从上腔体51输入下腔体52中物料的流量，从而控制上、下腔体51、52中的液位差，使反应器生产平稳。下腔体52在其上部设有一延伸出壳体5外的排气通道59，如图4所示，使下腔体52及上腔体51中反应产生的气体通过该排气通道59输入到尾气处理装置中，同时在隔离筒体50上开设有一用于连通上、下腔体51、52的狭缝500，并在该狭缝500处往隔离筒体50的内部延伸有一弯弧板501，如图5所示，该弯弧板501与隔离筒体50内壁形成一由小到大的弯曲漩流通道502，另在狭缝500处设有一用于控制狭缝500大小的调节阀502，进一步用于控制上、下腔体51、52之间的压力。该调节阀503延伸出壳体5顶部，并设在壳体5的顶部。
如图4所示，在上腔体51内部位于狭缝500的一侧设置有一导流板504，利用该导流板504可以使上腔体51内部的气体沿给定方向流动，并进入弯曲漩流通道502内，利用该导流板504与弯曲漩流通道502的设置，可以有效增强气相与液相的分离，使气相通过排气通道59排入尾气处理装置，而液相则落入下腔体52中进行缩聚反应。
如图5和图6所示，终缩聚反应器D包括有一密闭的横截面呈圆形或长圆形的筒体6，该筒体6呈卧式设置，并在两端部分别设置有一物料入口60与一物料出口61，该反应器还包括有一使气流通过反应器内部的供气装置(图中未示出)，以利用气流快速带走乙二醇和水分子，由于此部分结构为现有技术，在此不再详细说明。在筒体6两端部的端盖之间枢设有两空心驱动轴62、68，该两驱动轴62、68均位于筒体6的圆心或下圆心处，其中每一驱动轴62、68的一端分别延伸出筒体6的两端部且与传动装置、电机联接，并由电机驱动。在驱动轴62、68位于筒体6内部的位置平行固设有多组环盘63，由该两驱动轴与多组盘环构成设在筒体6内部的搅拌器，如图6所示，环盘63通过焊接固定有呈正六角形分布的六块径向拉膜板65支撑，每块径向拉膜板65与相邻环盘63焊接成一体，另在每一径向拉膜板65及盘环63上焊接固定有多块轴向拉膜钢板66，同时在筒体6的内壁上采用插槽连接有刮板(图中未示出)，通过调整刮板与轴向拉膜钢板66、环盘63之间的间隙来控制液膜67的厚度，本实用新型中的终缩聚反应器由于采用空心轴和组合式环盘结构，而克服了实心轴圆盘式搅拌器和笼式搅拌器的诸多弊病，并且使用这种搅拌器后可形成垂直于反应器内气流方向的膜(简称垂直膜)，及平行于反应器内气流方向的膜(简称平行膜)，增加了单位搅拌器作用空间携带物料液膜的量，增大了反应器的传质面积，有效的提高了搅拌效率。另外，该终缩聚反应器的刚度得以加强，且可明显减少搅拌器的金属用量，提高了搅拌器的可靠度。
本实用新型中生产聚对苯二甲酸乙二醇酯的装置的生产过程如下将原料EG和PTA按一定摩尔比1.7∶1配制成新鲜桨料，由反应器10底部的物料进口13加入，与循环桨料混合后，进入反应器10，与反应器10内部的立式列管换热装置16进行热交换，使桨料受到加热，温度升高，发生酯化反应，在酯化反应的同时部分乙二醇汽化，因此在反应器10上部形成密度较低的气液混合相，在密度差的推动下，物料经由上部的导流顶盖11、非均相反应物出口管12进入蒸发反应装置2的蒸发区21，产生气液分离，桨料和未汽化的乙二醇发生酯化反应，生成酯化物和水。水和多余的乙二醇在高温下部分汽化，乙二醇和水的气相由蒸发反应装置2顶部的气相出口23排出，进入尾气处理工艺塔7。而液相进入蒸发反应装置2下部的反应区22，继续进行反应和气液分离。部分已完成酯化的物料经过反应区22底部物料出口15导入第二酯化反应器B，部分的物料再与新鲜桨料混合后进入下一次循环。
已完成酯化的物料从物料出口15导入第二酯化反应器B的外室41，绕内筒40一圈后经过狭缝进入内室42，在内室42内与加热盘管43进行热交换，并由搅拌装置44对物料进行搅拌，进行酯化反应，完成酯化反应后的齐聚物由底部排出，在反应过程中生成的水和过量的乙二醇以气相状态从顶部排出送入工艺塔处理。
由第一、二酯化反应器A、B顶部排出的水和乙二醇蒸汽进入工艺塔7进行分离处理，从塔底分离出来的乙二醇引入第一、二酯化反应器A、B重复利用。从塔顶分离出来的水和不凝气体进入回流冷凝器70，不凝气体送入尾气塔处理，冷凝水一部分回流，另一部分送污水处理装置71进行处理。
第二酯化反应器B酯化后的物料进入预缩聚反应器C的上腔体51内，沿周相流动并与上腔体51内的加热盘管56进行热交换，其中液相从上腔体51经由管道56，在调节阀58的控制下流入下腔体52，在下腔体52中继续与加热盘管520进行热交换，并在搅拌装置53的作用下进行缩聚反应。物料中的气相是反应中脱挥出来的乙二醇及其它挥发组分，它们在压力差2000-4000pa的作用下从上腔体51通过弯曲漩流通道502在调节阀503的控制下进入下腔体52，经过旋转分离去除夹带液滴，会合下腔体52蒸发出来的气体，一同从气相出口59排入真空系统。
预缩聚反应器C内的液相物料由预聚物料出口520排出，用泵9送入终缩聚反应器D，物料从入口60进入反应器后，在组合式环盘搅拌装置的作用下，进行缩聚反应。在终缩聚反应器D内使物料形成膜状，有利于乙二醇从膜的不断更替过程中逸出液相聚合物，使缩聚反应向更深程度方向进行，由于在反应器内形成一种垂直于反应器内气流方向的膜(简称垂直膜)，和另一种平行于反应器内气流方向的膜(简称平行膜)，从而增加了单位搅拌装置作用空间携带物料液膜的量，使得反应器传质面积增大，乙二醇脱出的几率提高，有效的提高了搅拌效率。从液相脱出的乙二醇经过气相出口进入喷淋冷凝器8，与冷的液体乙二醇直接换热冷凝后，乙二醇进入乙二醇收集槽，不凝气体进入真空系统。
在上述反应过程中，各反应器内的加热盘管分别与外界的液相热媒总管E10、E11、E20、E21连接，提供充足的热量。
综上所述，本实用新型中生产聚对苯二甲酸乙二醇酯的高效简化装置具有以下优点1.酯化部分由于采用第一和第二酯化反应器，使得第二酯化反应器出口的酯化率达到96％以上，酯化操作平稳，端羧基含量易于控制。
2.由于第一酯化反应过程采用了一种混合动力外循环式酯化反应器，且由于该反应器合理解决了热动力循环和外力推动循环的适配比例，减少了乙二醇的循环量，合理使用能源，使装置能在既节省能源，又减少设备体积、降低造价的情况下，达到聚酯装置大型化的目的。
3.由于酯化率高，使得预缩聚段内酯化反应比例大大下降，反应生成的水量很少，如此可采用以乙二醇为动力蒸汽的真空喷射系统，这种喷射系统具有能耗低、EG回用方便，污水排放量少等优点。
4.在缩聚部分由于采用预缩聚反应器和终缩聚反应器，使预缩聚出口特性粘度达到0.22～0.28，满足直接进入终缩聚反应器的要求。
5.由于采用了具有特殊结构的预缩聚反应器，使得生产平稳，控制简单。
6.由于终缩聚反应器的使用，可以形成垂直于反应器内气流方向的膜(简称垂直膜)，和平行于反应器内气流方向的膜(简称平行膜)，增加了单位搅拌装置作用空间携带物料液膜的量，增大了反应器传质面积，有效的提高了搅拌效率。
权利要求1.一种生产聚对苯二甲酸乙二醇酯的高效简化装置，包括有第一、第二酯化反应器、预缩聚反应器和终缩聚反应器，所述第一酯化反应器下部的物料出口与所述第二酯化反应器的外室相连通，所述第二酯化反应器的物料出口与所述预缩聚反应器的上腔体连通，所述预缩聚反应器的预聚物出口与终缩聚反应器的物料入口相连通，所述第二酯化反应器在其内部分隔形成相通的外室与内室，其中在内室中设有热媒盘管与由外力驱动的搅拌装置；其特征在于所述第一酯化反应器为一混合动力外循环式酯化反应器，包括有非均相反应装置、蒸发反应装置和动力驱动装置，所述非均相反应装置包括有一内设立式列管换热装置的反应器，该反应器的出口与所述蒸发反应装置相连通，入口与反应物料的进料口及蒸发反应装置的底部相连通；所述蒸发反应装置包括有一密闭的壳体，在壳体内部的上部为蒸发区，下部为反应区，在其顶部设有气相出口，底部延伸有一导流段，在该导流段内设有至少一块导流板，该蒸发反应装置与所述反应器构成一封闭的回路；所述动力驱动装置包括有设在所述蒸发反应装置外部的驱动机构、枢设在所述导流段内部的轴流式搅拌装置，该轴流式搅拌装置通过轴与所述驱动机构联接；所述预缩聚反应器包括有一上腔体和一下腔体，在下腔体内部设有由外力驱动的搅拌装置，上腔体与下腔体通过一隔离筒体组合在一密闭的壳体内，所述上腔体设有一物料进口，并在该上腔体内部设有加热盘管；所述下腔体的上部设有延伸出所述壳体外的排气通道、底部设有与所述上腔体底部连通的管道及预聚物出口，同时在该下腔体的内底部设有加热盘管；在所述隔离筒体上开设有一狭缝，且该狭缝处往所述下腔体内部延伸设置有弯弧板，该弯弧板与所述隔离筒体形成一用于连通所述上腔体与下腔体的弯曲漩流通道，并在所述狭缝处设有一用于调节狭缝大小的调节阀；所述终缩聚反应器包括有一密封的横截面呈圆形或长圆形的横置式筒体，该筒体设有物料入口与物料出口，并在筒体内部设有可形成垂直膜与平行膜的搅拌器。
2.根据权利要求1中所述的生产聚对苯二甲酸乙二醇酯的高效简化装置，其特征在于所述第一酯化反应器导流段内通过焊接固定有呈正五角形分布的五块导流挡板，并且在每块导流板中间被截断而留有用于置放所述轴流式搅拌装置的空间。
3.根据权利要求1中所述的生产聚对苯二甲酸乙二醇酯的高效简化装置，其特征在于所述预缩聚反应器的上腔体内部位于狭缝的一侧设有一用于控制气体流向的导流板。
4.根据权利要求1中所述的生产聚对苯二甲酸乙二醇酯的高效简化装置，其特征在于所述终缩聚反应器内部的搅拌器包括有两驱动轴及多组盘环，所述驱动轴的中心位于筒体的圆心或下圆中心，所述盘环分别固定在两驱动轴上，所述环盘在其侧部固设有多块平行的轴向拉膜钢板。
5.根据权利要求4中所述的生产聚对苯二甲酸乙二醇酯的高效简化装置，其特征在于所述终缩聚反应器中的驱动轴为空心轴。
6.根据权利要求4中所述的生产聚对苯二甲酸乙二醇酯的高效简化装置，其特征在于所述盘环通过焊接固定有呈正六角形分布的六块径向拉膜板支撑板，每块径向拉膜板与相邻环盘焊接成一体。
专利摘要本实用新型公开了一种生产聚对苯二甲酸乙二醇酯的高效简化装置，包括有第一、第二酯化反应器、预缩聚反应器和终缩聚反应器，所述第一酯化反应器下部的物料出口与所述第二酯化反应器的外室相连通，所述第二酯化反应器的物料出口与所述预缩聚反应器的上腔体连通，所述预缩聚反应器的预聚物出口与终缩聚反应器的物料入口相连通。本实用新型中生产聚对苯二甲酸乙二醇酯的高效简化装置采用两段酯化和两段缩聚反应过程，使得整个工艺具有流程简捷、各项技术指标均优于同类装置的优点，可有效提高生产效率与降低成本。
文档编号C08G63/78GK2767447SQ20052000223
公开日2006年3月29日 申请日期2005年2月5日 优先权日2005年2月5日
发明者罗文德, 周其圭, 张莼, 张慧书, 顾爱军, 黄志恭, 徐炽, 徐暤东 申请人:中国纺织工业设计院