多年的夢想變成現實: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,與傳統工藝相比,其加工成本降低20%, 質量卻顯著改善。 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,經成功研發(fā),第一條聚酯纖維生產線在英國ICI公司投產,產量為每年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)了全世界范圍內大規(guī)模的科研與開發(fā),世界聚酯產能每年遞增8-14%。為滿足產能的增長和填補市場缺口,聚酯單線生產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噸的生產線投入運行。聚酯技術發(fā)展的領頭人,不論是過去還是現在,都是那些一直致力于聚酯研發(fā)技術的工程公司以及生產聚合物的大公司。 然而,生產規(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,并直接導致生產切片、纖維和長絲的利潤迅速下滑。盡管單線產能的迅速提高補償了部分損失,但由于原料成本增至占產品價格的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,使改進后的方案產生了巨大的經濟效益。優(yōu)化后的工藝參數同時也提高了最終產品的質量水準和穩(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品應用領域(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樹酯生產線投入商業(yè)運行。相應的工藝及設備的國內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,因為聚酯反應的反應機理與之截然不同。生產聚酰胺時只發(fā)生聚合加成反應,而生產聚酯時則需發(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構而聞名全球。尤其是其加工出的產品黏度可以在大范圍內進行調節(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重要, 經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,正如生產任何其它有機產品,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生的氣體或者外面加入的惰性氣體形成完全的內部攪拌,以便加速從熔體中去除副產品,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成本的要求。經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部結構,達到了所有預期目標。這是一個創(chuàng)新的產物,將使聚酯生產工藝發(fā)生革命性變化。 (待續(xù))
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