多年的夢想變成現(xiàn)實:二釜單線聚酯工藝正式問世。它由命名為ESPREE的高塔反應釜,加上命名為 DISCAGE的終縮釜,或由ESPREE和固相增粘裝置(SSP) 組成,與傳統(tǒng)工藝相比,其加工成本降低20%, 質(zhì)量卻顯著改善。 聚酯發(fā)展史 聚酯屬通用樹酯,發(fā)明于1941年。與聚酰胺(尼龍)發(fā)明的時間相接近。二次大戰(zhàn)中,聚酯發(fā)明專利曾被列為頂級機密。1955年,經(jīng)成功研發(fā),第一條聚酯纖維生產(chǎn)線在英國ICI公司投產(chǎn),產(chǎn)量為每年10,000噸。六十年代,隨著專利保護的過期失效,聚酯被視為制造纖維、薄膜和其它工業(yè)應用的最通用的原材料。這就引發(fā)了全世界范圍內(nèi)大規(guī)模的科研與開發(fā),世界聚酯產(chǎn)能每年遞增8-14%。為滿足產(chǎn)能的增長和填補市場缺口,聚酯單線生產(chǎn)能力也從最早的每天3噸不斷提高到每天600噸。近期甚至有每天超1000噸的生產(chǎn)線投入運行。聚酯技術(shù)發(fā)展的領(lǐng)頭人,不論是過去還是現(xiàn)在,都是那些一直致力于聚酯研發(fā)技術(shù)的工程公司以及生產(chǎn)聚合物的大公司。 然而,生產(chǎn)規(guī)模的不斷增大和大量新裝置的上馬,引發(fā)了上世紀90年代聚酯市場的飽和,并直接導致生產(chǎn)切片、纖維和長絲的利潤迅速下滑。盡管單線產(chǎn)能的迅速提高補償了部分損失,但由于原料成本增至占產(chǎn)品價格的85%以上,所以邊際利潤還是下滑到只占銷售總價的幾個百分點。 面對這個處境,伍德 伊文達 菲瑟正致力于尋找新途徑來優(yōu)化下述生產(chǎn)成本: ◆設備及安裝成本; ◆廠房成本; ◆人工成本; ◆原料消耗 ; ◆裝置的產(chǎn)能; ◆能耗成本; ◆維護保養(yǎng)成本; ◆融資和營銷成本。 較早以前,人們對聚酯反應機理認識比較有限。自上世紀九十年代以來,通過計算機對反應過程進行的模擬取得了很大的進展。比如,伍德 伊文達 菲瑟開發(fā)的電腦輔助軟件COMPET就是一例。他成功地實施按比例放大設計,使改進后的方案產(chǎn)生了巨大的經(jīng)濟效益。優(yōu)化后的工藝參數(shù)同時也提高了最終產(chǎn)品的質(zhì)量水準和穩(wěn)定性。聚酯過程也由原先的5至7釜被減少到4釜,甚至3釜。 伍德 伊文達 菲瑟,通過發(fā)展新工藝來確保聚酯及其同類產(chǎn)品應用領(lǐng)域(諸如PET, PBT, PTT和PEN)的不斷擴展。從1995年該研發(fā)項目啟動以來,至今已有三個PBT(聚對苯二甲酸丁二酯)樹酯工廠和兩條PET樹酯生產(chǎn)線投入商業(yè)運行。相應的工藝及設備的國內(nèi)和國際專利申請正在審理中。 研發(fā)目標 研發(fā)初始,曾想把目標定位于一釜工藝,類似于生產(chǎn)聚酰胺所采用的有名的“簡化連續(xù)聚合管(VK管)”,顯然這難以實現(xiàn),因為聚酯反應的反應機理與之截然不同。生產(chǎn)聚酰胺時只發(fā)生聚合加成反應,而生產(chǎn)聚酯時則需發(fā)生酯化反應和縮聚反應。 顯而易見,人們一直認為后縮聚設備是聚酯所必須的,且必須用專門的反應釜來調(diào)控聚合物特定的物理和化學特性。黏度為1500帕/秒的熔體可以在熔體狀態(tài)下達到,而超過1500直至3000帕/秒 則需要在固態(tài)下進行處理。 應用于熔體縮聚的終縮釜DISCAGE ?以其高效且無中心軸的籠架結(jié)構(gòu)而聞名全球。尤其是其加工出的產(chǎn)品黏度可以在大范圍內(nèi)進行調(diào)節(jié)。運用市場上提供的可靠的故相增粘設備,聚合物在低于熔點且由惰性氣體進行加熱,最終的聚酯物能滿足大部分應用要求。 一般說來,預縮聚的條件對于有效的后縮聚及以后纖維和薄膜的成型特性至關(guān)重要, 經(jīng)預縮聚后的縮聚物的分子量至少應介于 4000和8000之間. 新思路的形成 對于伍德 伊文達 菲瑟研發(fā)人員來說,就是要設計同時發(fā)生分子量介于200至250之間的酯化反應并發(fā)生預縮聚反應,并通過降低反應壓力、提高反應溫度并充分利用反應產(chǎn)生的工藝氣體來加速反應過程的一釜工藝流程。 另外,正如生產(chǎn)任何其它有機產(chǎn)品,尤其是對于生成長鏈聚合物,還必須考慮的其它先決條件是: 二釜反應流程工藝圖解 ◆合適的壓力和溫度條件 ◆合適的停留時間,同時必須考慮降低副產(chǎn)物的生成,色值,以及可逆和分解反應 ◆此外,應盡量避免使用攪拌裝置。也就是說,整個過程自動利用反應所產(chǎn)生的氣體或者外面加入的惰性氣體形成完全的內(nèi)部攪拌,以便加速從熔體中去除副產(chǎn)品,同時應防止形成死區(qū),確保最佳的分子分布。 ◆當然還需要滿足前面所論及的降低生產(chǎn)成本的要求。經(jīng)過這樣的一個大型評估方案的實施,最終誕生了塔式反應釜ESPREE ?。該反應釜以其有效的內(nèi)部結(jié)構(gòu),達到了所有預期目標。這是一個創(chuàng)新的產(chǎn)物,將使聚酯生產(chǎn)工藝發(fā)生革命性變化。 (待續(xù))
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