CC BY
56
УДК 678.67
Б. В. Табаев (техн. дир.) 1, У. Р. Урманцев (к.т.н., дир. по нефтехимии) 2, И. Б. Грудников (д.т.н., проф.) 3
О ВОЗМОЖНОСТИ ИНТЕНСИФИКАЦИИ ДЕЙСТВУЮЩЕГО ПРОИЗВОДСТВА ПОЛИЭТИЛЕНТЕРЕФТАЛАТА
1 ООО «СафПэт»
420094, Казань, ул. Короленко, 58а; тел. (8555)240322; e-mail: b.tabaev@safpet-rt.ru
2 ПАО АНК «Башнефть» 450000, Уфа, ул. К. Маркса, 30/1; тел. (347)2698599; e-mail: urmantsevur@bashneft.ru 3 Уфимский государственный нефтяной технический университет, кафедра нефтехимии и химической технологии 450062, Уфа, ул. Космонавтов, 1; тел. (347)2420932; e-mail:grudnikov@ufanet.ru
B. V. Tabaev 1, U. R. Urmantsev 2, I. B. Grudnikov 3
ABOUT THE POSSIBILITY OF INTENSIFICATION OF THE WORKING POLYETHYLENETEREPHTHALATE
MANUFACTURE
1 LLC SafPet
58a, Korolenko Str., 420094, Kazan, Russia; ph. (8555)24032; e-mail: b.tabaev@safpet-rt.ru
2JSC Bashneft
31/1, К. Marksa Str., 450000, Ufa, Russia; ph. (347)2698599; e-mail: urmantsevur@bashneft.ru
3 Ufa State Petroleum Technological University 1, Kosmonavtov Str., 450062, Ufa, Russia; ph. (347)2420932; e-mail: grudnikov@ufanet.ru
Полиэтилентерефталат — один из самых востребованных полимеров. Возрастающий спрос на него может быть частично удовлетворен интенсификацией существующих производств. Нашей целью было изучить возможность интенсификации одного из современных производств, работа которого лимитировалась линией жидко-фазной поликонденсации. В ходе промышленных испытаний этой линии, включающей этери-фикатор, предполиконденсатор и поликонденсатор, установлены оптимальные режимные показатели, обеспечившие увеличение производительности на 11%.
Ключевые слова: интенсификация производства; поликонденсация; полиэтилентерефталат; температура и время пребывания; этерификация.
Интенсификация действующих производств, вообще говоря, не является простой задачей, поскольку на стадии проектирования основных аппаратов учитываются потребности текущего момента и ближайшей перспективы. Последующие изменения рыночной ситуации трудно предусмотреть. Кроме того, попытки интенсифицировать процесс производства пу-
Дата поступления 06.10.16
Polyethylene terephthalate is one of the most popular polymers. The increasing demand for it can be partially satisfied with the intensification of the existent manufactures. Our aim was as follows: to study the possibility of the intensification of one from the modern manufactures whose work was limited with the liquid phase polycondensation line. When industrial testing of this line (esterificator, prepolycondensator and polycondensator) the optimal technologic parameters were determined. These parameters made it possible to increase the productivity up to 11%.
Key words: esterification; intensification of manufacture; polycondensation; polyethylene terephthalate; temperature and transit time
тем изменения какого-либо технологического параметра могут привести к нежелательным изменениям другого. Тем не менее, продуманная интенсификация производств может дать значительный положительный результат.
На действующем производстве полиэти-лентерефталата нами изучена возможность интенсификации линии жидкофазной поликонденсации, так как эта линия сдерживала рост выработки продукта при наличии достаточно-
го количества сырья и резерва мощности линии твердофазной поликонденсации.
Технологическая схема линии жидкофаз-ной поликонденсации включает стадии этери-фикации (получение дигликолевого эфира те-рефталевой кислоты взаимодействием кислоты с этиленгликолем), предварительной поликонденсации эфира (с отбором низкомолекулярных продуктов реакции) и дополнительной поликонденсации (в условиях глубокого вакуума). В производстве используют катализатор (триоксид сурьмы в этиленгликоле), диэтилен-гликоль, стабилизатор (ортофосфорная кислота в этиленгликоле) и тонер (тетрагидрат диа-цетата кобальта в этиленгликоле).
Экспериментальная часть
Испытания проводили, постепенно наращивая расходы сырья и добавок с уровня, обеспечивающего получение 7.2 т/ч конечного продукта — полимера.
В ходе испытаний следили за чистотой используемой терефталевой кислоты, не допуская содержания примесей более 120 ррт, во избежание ухудшения качества и деформации гранул конечного продукта в соответствии с наблюдениями 12. Контроль допустимости изменения параметров режима осуществляли по показателю характеристической вязкости продукта жидкофаз-ной поликонденсации, поддерживая этот показатель на регламентированном уровне 0.6 дл/г. С этой же целью определяли и поддерживали на заданном уровне (путем корректировки параметров режима) карбоксильное число.
Мы полагали, что при увеличении производительности, точнее, расхода потоков через аппарат, уменьшится время пребывания этих потоков в аппарате, а это отрицательно скажется на глубине реакций этерификации и поликонденсации. Для обеспечения прежней глубины следовало увеличить реакционный объем в аппарате (время пребывания в нем реагирующей массы) и/или повысить температуру в нем. Но первое может быть ограничено конструктивными размерами действующего аппарата, а второе — ускорением побочных реакций. Так при температуре выше 300 оС начинается значительная деструкция ПЭТФ 3. Следовало учитывать также, что этерификация сопровождается частичной полимеризацией — образованием олигомеров получающегося в этом же аппарате эфира 4. Поэтому выбирали оптимальный прием, сохраняющий качество продукта.
В табл. представлены технологические параметры работы линии жидкофазной поликонденсации при разной производительности по продукту: исходной и достигнутой в результате испытаний.
Обсуждение результатов
Циркуляция в системе «подогреватель— этерификатор» многократно превышает скорость подачи свежего сырья в систему. Поэтому этерификация происходит в режиме, близком к идеальному смешению. В таком случае время пребывания разных молекул в зоне реакции различно, можно говорить лишь об условном среднем времени пребывания. Увели-
Таблица
Основные технологические параметры работы линии жидкофазной поликонденсации при
разной производительности по продукту
Технологический параметр Значение при производительности
7.2 т/ч 8.0 т/ч
Уровень* в этерификаторе, % 32 36.5
Температура в этерификаторе, оС 276.5 278
Расход диэтиленгликоля, кг/ч 48 53
Расход стабилизатора, кг/ч 24 27
Расход тонера, кг/ч 42 46
Расход катализатора, кг/ч 180 200
Расход стабилизирующего этиленгликоля, кг/ч 200 190
Уровень** в предполиконденсаторе, мм 350 325
Температура в предполиконденсаторе, оС 284.4 284.8
Уровень в поликонденсаторе, мм 500 510
Температура в поликонденсаторе, оС 285 286
Обороты мешалки поликонденсатора, об/мин 3,1 3,2
Давление в поликонденсаторе, Па (мм рт. ст.) 413 (3.1) 340 (2.55)
*Уровень в переточной трубе из подогревателя в этерификатор. При повышении уровня возрастает сопротивление перетоку, вследствие чего замедляется циркуляция в системе «подогреватель - этерификатор» и увеличивается время пребывания реакционной массы в этерификаторе. **Уровень на верхней тарелке.
чение подачи сырья приводит к уменьшению времени пребывания, а увеличение уровня в аппарате — к увеличению этого времени. Показанное в таблице повышение производительности, уровня, а также температуры в этерифи-каторе привели к желаемому результату — сохранению необходимой глубины реакции, о чем свидетельствует постоянство карбоксильного числа этерификата.
Уровень на верхней 16-ой тарелке предпо-ликонденсатора во избежание уноса частиц форполимера (в колонну орошения) снижен на 25 мм. Такое снижение уровня не уменьшает значительно общий объем реакционной массы, находящейся на 16-ти тарелках аппарата и потому существенно не уменьшает глубину реакции. Кроме того, показанное в таблице небольшое повышение температуры пусть и не сильно, но способствует повышению глубины реакции.
Поликонденсатор представляет собой горизонтальный цилиндр, в котором поверхность раздела жидкой и паровой фаз находится ниже оси цилиндра. Объем жидкой реакционной массы в этом аппарате увеличивается при возрастании уровня не только вследствие этого (на 10 мм в нашем случае), но и вследствие изменения геометрии слоя жидкости (поверхность раздела фаз увеличивается). Требуемая степень поликонденсации продукта, контролируемая по показателю характеристической вязкости, достигнута одновременным
Литература
1. Табаев Б.В., Грудников И.Б. Стабильность технологического процесса получения полиэтилен-терефталата в зависимости от качества терефта-левой кислоты // Матер. XXV Междунар. на-учно-техн. конф. «Химические реактивы, реагенты и процессы малотоннажной химии».-Уфа: изд-во Реактив, 2011.- С.118-119.
2. Табаев Б.В., Урманцев У.Р., Грудников И.Б., Масленников Е.И. Образование и характеристика отходов производства полиэтилентерефта-лата // Баш. хим. ж.- 2012.- Т.19, №1.-С.211-213.
3. Айзенштейн Э.М. Полиэтилентерефталат / Энциклопедия полимеров.- Т. 3.- М.: Советская энциклопедия, 1977.- С.108-112.
4. Урманцев У.Р., Табаев Б.В., Грудников И.Б., Лакеев С.Н., Ишалина О. В. Основы химии и технологии производства полиэтилентерефтала-та.- Санкт-Петербург: Недра, 2016.- 156 с.
воздействием нескольких факторов, внесших свой вклад в достижение результата:
- повышение уровня и объема жидкой реакционной массы в поликонденсаторе, что способствует стабилизации времени пребывания реакционной массы в аппарате, несмотря на увеличение производительности;
- увеличение числа оборотов мешалки, что приводит к ускорению обновления поверхности пленки жидкости на дисках и тем самым к ускорению диффузии этиленгликоля из жидкости;
- снижение давления и повышение температуры в поликонденсаторе, что способствует удалению этиленгликоля из аппарата.
В целом производительность линии жид-кофазной поликонденсации увеличена на 11%. Примерно на такую же величину были увеличены расходы диэтиленгликоля, стабилизатора, тонера и катализатора, что и представлялось заранее необходимым. Расход стабилизирующего этиленгликоля оказалось возможным уменьшить, так как дополнительное количество его вносилось в составе потоков стабилизатора, тонера и катализатора.
Таким образом, показана возможность значительного увеличения производительности линии жидкофазной поликонденсации действующего производства полиэтилентерефта-лата и предложены технологические приемы, обеспечивающие такую возможность.
References
1. Tabaev B.V., Grudnikov I.B. Stabilnost technologicheskogo protsessa polucheniya polietilen-tereftalata v zavisimosti ot kachestva tereftalevoi kisloty [The stability of the technological process of the polyethylene terephthalate manufacture in the dependence upon the terephthalic acid quality]. Mater. XXV mezhdunar.i nauchno-techn. konf. «Khimicheskie reaktivy, reagenty i protsessy malotonnazhnoi khimii» [Proc. of XXV Int. sci. conf. «Chemical reactants, reagents & processes of small-capacity chemistry»]. Ufa, Reaktiv Publ., 2011, pp. 118-119.
2. Tabaev B.V., Urmantsev U.R., Grudnikov I.B., Maslennikov E.I. Obrazovanie i kharakteristika otkhodov proizvodstva polietilentereftalata [Formation and characteristic of wastes on polyethylene terephthalate production]. Bashkirskii khemiches-kii zhurnal [Bashkir chemical journal]. 2012, vol.19, no. 1, pp.211-213.
3. Aizenshtein E.M. Polietilentereftalat [Polyethylene terephthalate]. Entsiklopediya polimerov. T. 3 [Encyclopedia of polymers. Vol. 3]. Moscow, Sovetskaya entsiklopediya Publ., 1977, pp. 108-112.
4. Urmantsev U.R., Tabaev B.V., Grudnikov I.B., Lakeev S.N., Ishalina O.V. Osnovy khimii i technologii proizvodstva polietilentereftalata [Fundamentals of chemistry and technology of polyethylene terephthalate manufacture]. Sankt-Petersburg, Nedra Publ., 2016, 156 p.
