PET物料衡算Word下载.doc
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酯化反应温度：
230～270℃
缩聚反应温度：
270℃，缩聚反应压力：
15KPa
投料比：
Mr=nEG:
nPTA=1.3:
1
催化剂用量：
c=0.05％PTA
消光剂用量：
d＝0.5％PTA（配制成20％EG混合浆液）
切粒、包装工序物料损失率：
e=0.5％
化学变化及物理化学变化的变化关系
表1
化合物名称
对苯二甲酸
乙二醇
水
PET链节
聚合物
相对分子质量符号
相对分子质量
166
62
18
162
19454
因各反应器中发生的主要化学反应相同,反应的进行程度（x、p）不同,因此,各反应器中物料组成变化的计量关系是相同的。
各反应器反应液中聚合物数量为:
各反应器反应液中乙二醇数量为:
酯化反应生成水数量为:
各酯化釜中水、EG的汽化量和反应液中残留量参考表2计算
表2各酯化釜中水、EG的汽化量和反应液中残留量
反应器位号
R101
R102
R201
R202
R300
抽出低聚物%（质量）
H2O汽化%（质量）
汽相%（质量）
0.89
0.75
1.12
4.0
97
36.75
0.97
0.87
7.6923
90
39.37
0.99
0.96
1.05
25.0
0.1（a）
0.984
1.026
62.5
0.01（b）
0.9901
1.0099
101.0
各缩聚釜蒸出EG数量为:
选择计算基准与计算单位
连续操作过程，可选择时间为计算基准，计算单位为
确定计算顺序
虽然整个工艺过程比较复杂，但可以得到产品产量与主要原料（PTA）投料量之间的比例关系，所以采用顺流程的计算顺序
4计算主要原料（PTA）投料流量
PET熔体流量与PTA理论投料WT′的关系为:
该生产装置年产量为25万吨,年开工300d,连续生产,切粒、包装工序物料损失率为0.5%,因此PET熔体流量为
PET熔体流量＝250000×
100/[300×
24×
（1－0.005）]
＝34896.71kg/h
PTA投料质量流量：
ＷT0＝34896.71×
0.85905
＝29978.02kg/h
PTA投料摩尔流量：
ＮT0＝29978.02/166
＝180.59kmol/h
5顺流程逐个设备展开计算
（1）R101物料衡算
101.
101.1
Ｒ101
图2Ｒ101物料平衡示意图
PTA：
29978.02kg/h
EG：
ＮT0×
Ｍr0×
ＭEG＝180.59×
1.12×
＝12540.17kg/h
催化剂：
ＷT0×
0.05％＝29978.02×
0.05％
＝14.99kg/h
合计：
29978.02＋12540.17＋14.99＝42533.18kg/h
H2O：
2NT0×
△x×
ＭW×
0.97＝2×
180.59×
0.89×
18×
＝5612.52kg/h（酯化反应生成的水有97％被汽化）
5612.52×
[0.3675/（1－0.3675）]×
（62/18）＝11217.94kg/h（气相中EG的摩尔分率为0.3675）
5612.52＋11217.94＝16830.46kg/h
EG：
11217.94kg/h（蒸出的乙二醇经分离后全部返回到反应器R101中，且无其他组分）
14.99kg/h
H2O：
（1－97％）÷
0.97＝173.58kg/h（反应液中水的残留量是生成水量的3％）
EG：
ＮT0（Ｍr－2x＋p）ＭEG＝180.59×
（1.12－2×
0.89＋0.75）×
＝1007.69kg/h
聚合物：
ＮT0[ＭT＋（2x－p）ＭEG－2xＭW]
＝180.59×
[166＋（2×
0.89－0.75）×
62－2×
18]
＝35724.31kg/h
14.99＋173.58＋1007.69+35724.31＝36920.57kg/h
R101物料平衡验算：
总进料量＝42533.18＋5612.52＝48145.70kg/h
总出料量＝36920.57＋11217.94＝48138.51kg/h
（2）R102物料衡算
102.1
Ｒ102
图3Ｒ102物料平衡示意图
H2O：
（2ＮT0×
Δx×
18＋52.08）×
0.9
＝[2×
（0.97－0.89）×
18＋62.49]×
＝524.33kg/h（Ｒ102中生成水加上Ｒ101中残留水的90％被蒸出）
524.33×
[0.3937/（1－0.3937）]×
62/18＝1172.40kg/h
（气相中EG摩尔分率为0.3937）
524.33＋1172.40＝1696.73kg／h
1172.40kg/h
14.99kg/h
0.1÷
0.9＝58.26kg/h
ＮT0（Ｍr－2x＋p）ＭEG
＝180.59×
0.97＋0.87）×
62
＝559.83kg/h
＝180.59×
0.97－0.87）×
0.97×
＝35652.08kg/h
14.99＋58.26＋559.83＋35652.08＝36284.41kg/h
R102物料平衡验算：
总进料量＝36920.57＋1172.40＝38092.97kg/h
总出料量＝36284.41＋1696.73＝37981.14kg/h
（3）R201物料衡算
201R
201.1
图4R201物料平衡示意图
在R201中加入消光剂二氧化钛溶液（003.1）。
由于抽真空会有少量聚合物被夹带出，使201.1中的
ＮT0减少为ＮT0'
，同时夹带出极少量的消光剂及催化剂。
003.1（20％消光剂—EG混合浆液）
消光剂：
0.5％＝29978.02×
0.005＝149.89kg/h
149.89×
0.8÷
0.2＝599.56kg/h
149.89＋599.56＝749.45kg/h
ＮT0'
＝0.999×
ＮT0＝0.999×
180.59
＝180.41kmol/h
（由于抽真空带出低聚物引起）
0.999＝149.74kg/h
14.99×
0.999＝14.98kg/h
EG：
ＮT0'
（Ｍr－2x＋p）×
ＭEG
＝180.41×
（1.05－2×
0.99＋0.96）×
＝335.56kg/h
聚合物：
[ＭT＋（2x－p）ＭEG－2xＭW]
＝180.41×
0.99－0.96）×
0.99×
＝34927.38kg/h
149.74＋14.98＋335.56＋34927.38＝35427.66kg/h
0.001＝0.15kg/h
14.98×
0.001＝0.001kg/h
2ＮT0×
18＋20.81
＝2×
（0.99－0.97）×
18＋58.26
＝188.28kg/h
（Ｒ201中生成的水加上Ｒ102中残留的水全部被蒸出）
ΔＭr×
ＭEG＋179.87
（1.12－1.05）×
62＋599.56
＝1383.32kg/h
（随消光剂带入的乙二醇全部被蒸出）
聚合物：
34927.38×
0.001÷
0.999＝34.96kg/h
（抽真空带出低聚物的数量）
0.15＋0.001＋188.28＋1383.32＋34.96＝1606.71kg/h
R201物料平衡验算：
总进料量＝36284.41＋749.45＝37033.86kg/h
总出料量＝35427.66＋1606.71＝37034.37kg/h
（4）R202物料衡算
202.2
202.1
图5R202物料衡算示意图
在R202中由于抽真空会有少量聚合物被夹带出，使201.1中的ＮT0'
减少为ＮT0'
'
。
同时夹带出极少量的消光剂及催化剂。
＝0.9995×
180.41
＝180.32kg/h
（由于抽真空带出低聚物引起）
149.74×
0.9995＝149.67kg/h
0.9995＝14.97kg/h
（Ｍr－2x＋p）ＭEG
＝180.32×
（1.026－2＋0.984）×
＝111.80kg/h
[ＭT＋（2x－p）ＭEG－2xＭW]
＝180.32×
[166＋（2－0.984）×
＝34845.04kg/h
149.67＋14.97＋111.80＋34845.04＝35121.48kg/h
0.0005＝0.07kg/h
0.0005＝0.01kg/h
2ＮT0'
×
＝2×
180.41×
（1－0.99）×
＝64.95kg/h
34845.04×
0.0005÷
0.9995＝17.43kg/h
ＭEG
＝180.41×
（1.05－1.026）×
62＝248.45kg/h
0.07＋0.01＋64.95＋17.43+248.45＝330.91kg/h
R202物料平衡验算：
总进料量＝35427.66kg/h
总出料量＝35121.48＋330.91＝35452.39kg/h
（5）R203物料衡算
Ｒ203
203.1
图6R203物料平衡示意图
203.1
消光剂：
149.67kg/h
催化剂：
14.97kg/h
（Ｍr-2x+p）×
ＭEG＝0kg/h
＝180.32×
[166＋（2－0.9901）×
＝34733.24kg/h
合计：
149.67＋14.97＋34733.24＝34897.88kg/h
EG：
＝180.32×
（1.026－1.0099）×
＝180.00kg/h
Ｒ203物料平衡验算：
总进料量＝35121.48kg/h
总出料量＝34897.88＋180.00＝35077.88kg/h
计算出的203.1的数量与开始计算时求出的PET熔体的流量几乎相同，说明物料衡算的整个过程是正确的。
二能量衡算
1主要物性参数
由相关资料查得以下数据：
HθEG（25℃）＝－454.92KJ/mol
HθPTA（25℃）＝－781.906KJ/mol
HθPET（25℃）＝－209.2KJ/mol
Hθ水（25℃）＝－241.818KJ/mol
CP（水）＝33.577J/mol
CP（PET）＝261.1J/mol
2基本公式
∑Q＝∑H出－∑H进
Q＝WCPΔT
ΔH＝H2－H1＝CPΔT
汽化热H汽/T沸＝88J/mol[8]
3主要反应条件
表3PET生产主要反应条件
名称
混合釜
酯化一釜
酯化二釜
前缩聚釜
中缩聚釜
后缩聚釜
T（℃）
t（h）
P（105Pa）
30～40
0.75～1
250～260
1.5～2.0
15～2.0
255～260
1.75
265～275
1～1.5
0.5～0.8
275～280
0.8～1
0.05～0.08
280～285
1～1.3
0.01～0.02
4主要计算过程
根据物料平衡关系示意图，忽略催化剂、消光剂的影响。
将EG投入浆料罐时，取室温为25℃。
进料EG带入的能量：
HEG（25℃）＝HθEG（25℃）×
NT0（EG）
＝－454.92KJ/mol×
12540.17kg/h÷
62kg/kmol
＝－92012486.07KJ/h
式中NT0（EG）——EG的进料摩尔流量
进料PTA带入的能量：
HPTA（25℃）＝HθPTA（25℃）×
NT0（PTA）
＝－781.906KJ/mol×
180.59Kmol/h
＝－141204404.50KJ/h
式中NT0（PTA）——PTA的进料摩尔流量。
－92012486.07－141204404.50KJ/h
＝－106116890.60KJ/h
取第一酯化反应釜的温度为250℃，上升蒸汽的质量流量为5612.52KJ/h，则
H水（250℃）＝（Hθ＋CPΔT）N
＝[－241.818＋33.577×
10-3（250－25）]×
103÷
＝－75236164.41kJ/h
H汽＝88×
10-3×
（273＋100）×
＝10541784.30KJ/h
－75236164.41＋10541784.30＝－64694380.11KJ/h
取第二酯化釜的温度为260℃，上升蒸汽的质量流量为524.33Kg/h，则
H水（260℃）＝（Hθ＋CPΔT）N
10-3（260－25）]×
＝－7018600.59KJ/h
H汽＝88×
524.332×
103
＝956144.88KJ/h
合计：
－7018600.59＋956144.88＝－6062455.71KJ/h
取第一缩聚反应器的温度为270℃，上升蒸汽的质量流量为188.28Kg/h，则
H水（270℃）＝（Hθ＋CPΔT）N
10-3（270－25）]×
188.28×
＝－2516669.71KJ/h
H汽＝88×
103/18＝343339.04KJ/h
－2516669.71＋343339.04＝－2173330.67KJ/h
取第二缩聚反应器的温度为275℃，上升蒸汽的质量流量为64.95Kg/h，则
H水（275℃）＝（Hθ＋CPΔT）N
10-3（275－25）]×
64.95×
＝－867538.71KJ/h
18＝118439.93KJ/h
－867538.71＋118439.93＝－749098.78KJ/h
出料熔体带出的能量：
HPET（285℃）＝[HθPET（25℃）＋CP·
ΔT]·
NPET
＝[－209.2KJ/mol＋261.1J/mol·
K×
（285－25）]×
34733.24kg/h÷
＝－252302.52KJ/h
式中NPET——出料熔体的质量流量
总的能量平衡关系为：
HEG（25℃）＋HPTA（25℃）＋Q热媒＝HPET（285℃）＋Σ（H水＋H汽）
则Q热媒＝（－64694380.11－6062455.71－2173330.67－394512.84－252302.52）
－（－106116890.60）＝32539908.75kJ/h
尽管在聚酯工艺中所有的载热管道均采用了包裹石棉的保温措施，但还是避免不了一部分热量的散失，这里以10％的散失率来计算，所以热煤炉消耗的功率为：
W热媒＝Q热媒÷
（1－10％）
＝325399087.51÷
0.9
=3615545417.57kJ/h
因此，要提高醋化反应速度和平衡酚化率，缩短反应时间，需采用较高的反应温度、较高的摩尔比和较低的反应压力;
要减少DEG（二甘醇）的生成量，需采用较低的反应温度、较低的摩尔比和较高的反应压力。
因此只有通过适当的组合，才能在较短的时间内达到要求的酯化化率，并控制DEG的生成量。
4主要设备反应釜设计
一反应釜体积的计算
a.根据年产量确定每小时处理物料量，kg/h;
b.确定物料平均停留时间（无辅助操作时间），1.4h；
c.确定装料系数
d.计算反应体积
反应液体积计算公式如下：
反应液密度
反应器体积计算如下：
反应器确定装料系数值确定搅拌反应器取值为0.7~0.8
查物性数据的
根据《化工设备算图手册》釜式反应器的规格，圆整为60m3。
查《聚合物合成工艺设计》表标准椭圆封头的体积为0.131，，令为釜体直边高度，H为反应器釜体总高度，则，
H=h+2×
h封=h+D/2=1.5D
若取H/D=1.5，则有h=D,
VT=π×
h+2×
0.131
=π+0.262
=1.047
釜体的直边高度为：
釜体实际高度为：
二搅拌器的计算
搅拌器的结构型式：
选定为单层开启式直叶涡轮桨
搅拌器尺寸的计算
取涡轮式搅拌器的直径与釜内径DN比为0.25
已知DN=3860
=0.25DN=0.25×
3860=965
根据搅拌器直径的标准，可取
=970
取搅拌器离底高度h=0.2DN
h=0.2×
3860=772
取搅拌器的宽度b=
b=×
970=121.25
取桨叶数Z=6
其中，DN——
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