聚酯裝置真空系統(tǒng)的設(shè)計(jì)探討

闞道遠(yuǎn)

中核華緯工程設(shè)計(jì)研究有限公司 江蘇南京 210019

聚酯作為重要的三大合成材料之一，正以前所未有的速度飛快發(fā)展。聚酯裝置真空系統(tǒng)是聚酯生產(chǎn)的關(guān)鍵工藝之一，而聚酯工業(yè)日益成為關(guān)系國(guó)計(jì)民生的支柱產(chǎn)業(yè)。另外，真空系統(tǒng)在整個(gè)聚酯裝置中就像人體的呼吸系統(tǒng)一樣，尤其重要。聚酯生產(chǎn)到后期，縮聚反應(yīng)和降解反應(yīng)基本上達(dá)到平衡狀態(tài)，為了使正反應(yīng)順利進(jìn)行，必須依靠真空作用不斷將反應(yīng)生成的小分子物質(zhì)從系統(tǒng)中抽走，從而達(dá)到較好的反應(yīng)效果，進(jìn)而生成高黏度的聚酯產(chǎn)品。

1 聚酯真空系統(tǒng)的基本組成

聚酯裝置真空系統(tǒng)的主要作用有：①抽除酯化反應(yīng)產(chǎn)生的水。②抽除縮聚反應(yīng)過程中所產(chǎn)生的乙二醇，使反應(yīng)向鏈增長(zhǎng)方向進(jìn)行。③抽除反應(yīng)過程中所產(chǎn)生的乙醛等低沸點(diǎn)雜質(zhì)，從而提高產(chǎn)品質(zhì)量。從我國(guó)聚酯裝置的真空系統(tǒng)看，雖然形式各異，但歸納起來不外乎幾個(gè)基本組成部分。即被抽容器縮聚釜、EG噴淋冷凝系統(tǒng)及由多級(jí)噴射泵組所組成的真空動(dòng)力系統(tǒng)[1]。

多級(jí)噴射泵由于無運(yùn)動(dòng)部件，使用維修方便、故障率低，且抽氣能力可滿足聚酯生產(chǎn)線設(shè)計(jì)能力的要求而幾乎為所有聚酯生產(chǎn)裝置所采用。其工作介質(zhì)是EG、EG蒸汽及水蒸汽，最常用的是水蒸汽。根據(jù)生產(chǎn)工藝要求的不同，噴射泵組也相應(yīng)有所不同。

此外，EG噴淋冷凝系統(tǒng)用于冷凝回收從縮聚反應(yīng)釜中抽出的EG蒸汽，同時(shí)降低噴射泵組的抽汽負(fù)荷。其冷凝效果將直接影響到噴射泵組的工作效率，進(jìn)而進(jìn)一步影響到整個(gè)聚酯真空系統(tǒng)是否能滿足工藝生產(chǎn)的要求。

2 EG噴淋冷凝系統(tǒng)設(shè)計(jì)比較

中紡院工藝在EG噴淋冷凝器之前設(shè)有一個(gè)齊聚物捕集器，可使升氣中央帶的低聚物得到有效的沉降并定期排出系統(tǒng)外，防止真空系統(tǒng)的堵塞。EG噴淋冷凝器為立式降膜型，升氣口處設(shè)有刮板。該噴淋冷凝器結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，無噴嘴堵塞隱患。EG循環(huán)系統(tǒng)設(shè)有循環(huán)泵、過濾器、換熱器，部分循環(huán)EG直接參加漿料調(diào)制，新鮮EG不斷地補(bǔ)充置換，保持循環(huán)EG的清潔。

杜邦工藝采用兩段立式噴淋冷凝器，第一段升氣口處設(shè)有氣動(dòng)攆頭，可定時(shí)刮去器壁上附著的低聚物；第二段噴淋冷凝器采用低溫EG循環(huán)噴淋，可進(jìn)一步冷凝升氣中的可凝氣體，使進(jìn)入真空泵的有機(jī)物數(shù)量減少。另外，在循環(huán)EG熱井底部設(shè)有廢渣排放裝置，可自動(dòng)地將EG熱井中的廢渣排出系統(tǒng)外。

吉瑪工藝采用刮板冷凝器，分為刮板段和噴淋段。在刮板段設(shè)有臥式連續(xù)運(yùn)轉(zhuǎn)的刮板，可將凝結(jié)在器壁上的低聚物連續(xù)不斷的地刮下，隨著循環(huán)EG通過過濾器排出系統(tǒng)外。噴淋段為立式，3層噴淋可保證EG等可凝性氣體充分冷凝下來。

伊文達(dá)工藝采用兩獨(dú)特的立式噴淋冷凝器，每段又分為內(nèi)噴淋與夾套噴淋。在頂部升氣13處設(shè)有機(jī)械探頭，可定期刮去升氣13處器壁上的低聚物來自縮聚釜的EG蒸氣等上升物首先經(jīng)過順向的內(nèi)噴淋，然后再經(jīng)過逆向的外噴淋可得到充分的冷凝升氣中所夾帶的低聚物得到充分的噴淋[2]。

以上四種不同工藝的EG噴淋冷凝系統(tǒng)的主要差異體現(xiàn)在噴淋冷凝器的結(jié)構(gòu)上，以終縮聚噴淋冷凝器為例，從實(shí)際生產(chǎn)運(yùn)行情況看，中紡院工藝噴淋冷凝器結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，無噴嘴堵塞隱患,但內(nèi)部存在死角易結(jié)存低聚物；而其它噴淋冷凝器的EG噴嘴易堵，需定期切換清洗，以確保噴淋效果。

3 真空泵系統(tǒng)設(shè)計(jì)的比較

聚酯裝置所用真空泵可分為機(jī)械式真空泵和蒸氣噴射真空泵。由于維修、運(yùn)轉(zhuǎn)費(fèi)用及工藝要求等方面的原因，聚酯裝置一般采用蒸氣噴射泵。按工作蒸氣介質(zhì)不同，聚酯裝置所采用的噴射泵可分為水蒸氣噴射泵和EG蒸氣噴射泵兩種類型。水蒸氣噴射泵工作范圍寬、抽氣量大、結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、操作維修方便，一次性投資少；EG蒸氣噴射泵由于動(dòng)力蒸氣和中間冷凝器的冷卻液均使用EG，可以形成封閉的循環(huán)系統(tǒng)從而避免了對(duì)環(huán)境的污染。另外由于EG的蒸發(fā)潛熱(r)和焓值(h)都低于水蒸氣，因此可有效地降低運(yùn)行費(fèi)用。

吉瑪公司是最早在聚醋裝置中采用EG蒸汽噴射泵的公司之一。多年的運(yùn)行經(jīng)驗(yàn)，不斷地改進(jìn)和完善使其運(yùn)行費(fèi)用得到有效地降低。同時(shí)由于設(shè)置了EG液環(huán)泵，可以連續(xù)不斷地將不凝氣體抽出并送至廢氣焚燒爐，有效地防止了廢氣污染。中紡院、伊文達(dá)、杜邦工藝均采用水蒸氣噴射泵。為了降低運(yùn)轉(zhuǎn)費(fèi)用，減少污水排放，各公司均在原基礎(chǔ)上做了不少改進(jìn)。如伊文達(dá)開發(fā)出利用酯化工藝塔塔頂水蒸氣作為真空泵的動(dòng)力蒸汽，大大降低了裝置的蒸汽消耗量及污水排放量，杜邦公司將中間直接接觸式冷凝器改為表面冷凝器，直接使用循環(huán)冷卻水進(jìn)行冷卻，省去了水循環(huán)泵、涼水塔等設(shè)備，一方面降低了廢水量，另外又降低了一次性設(shè)備投資[3]。

4 真空控制方式的探討

聚酯裝置真空控制一般分為兩種方式，一種是通過調(diào)節(jié)回氣量來調(diào)節(jié)反應(yīng)釜的真空度，即在EG噴淋冷凝器與真空泵入口之間的吸氣管上安裝一回氣調(diào)節(jié)閥，通過控制調(diào)節(jié)閥的開度，調(diào)節(jié)回氣量來實(shí)現(xiàn)真空調(diào)節(jié)。該調(diào)節(jié)方式結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，但調(diào)節(jié)閥口徑較大，調(diào)節(jié)精度不高。第二種調(diào)節(jié)方式為吸氣式調(diào)節(jié)，即在真空泵入口的吸氣管上安裝一補(bǔ)充管線，并在補(bǔ)充管線上設(shè)置一調(diào)節(jié)閥，通過調(diào)節(jié)吸入空氣量或蒸氣量來實(shí)現(xiàn)真空調(diào)節(jié)，該調(diào)節(jié)方式靈敏、有效，調(diào)節(jié)閥口徑小，易于控制，但需要有足夠的真空富余量。不同的聚酯工藝有不同的真空度要求，應(yīng)采取不同的真空控制方式。

從以上比較分析可看出，不同的聚酯工藝其真空系統(tǒng)各有特色，但基本的設(shè)計(jì)思路是相同的，在滿足工藝要求的前提下，一方面要有效地防止堵塞，延長(zhǎng)運(yùn)轉(zhuǎn)周期，另一方面要盡可能降低廢水、廢氣排放量，從而降低其運(yùn)轉(zhuǎn)費(fèi)用。