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三甘醇与高温水蒸气清洗聚酯过滤器的比较

 聚酯产品,如纤维、薄膜、瓶用聚酯,需要非常高的纯度。为了达到此目的,在前道工序进行熔体制备时,保证聚合物熔体本身及输送管道的清洁度合乎要求有着极其重要的意义。为了在聚合物的生产中使所需要的聚合物的熔体达到一定的纯度,就需要在聚合物生产中进行过滤。进行过滤的设备为过滤器。

    聚酯熔体过滤器主要由筒体和滤芯组成,滤芯主要由内部的圆管支架和外部褶皱层组成。褶皱层又由最外层的金属丝层、中间的不锈钢金属纤维毡和内层的金属丝网层三部分组成。熔体经过过滤后的滤渣主要是有机熔体、炭化粒子、金属氧化物等无机粒子组成。过滤器的清洗主要为清洗以上所说的杂质。

    我国聚酯企业常采用三甘醇清洗过滤器。目前在生产中,高温水蒸气清洗法逐渐被许多厂家采用。本文拟在清洗机理、设备、公用工程消耗、投资、三废排放等方面对这两种清洗方法的优缺点作一比较。

    1概述

    熔体经过金属纤维毡时,熔体中大于过滤精度要求的凝聚粒子、凝胶粒子、大的二氧化钛粒子及其它杂质被截留下来,形成致密的滤渣层。滤渣主要由有机熔体、炭化粒子、金属氧化物等组成。

    过滤器的清洗过程可分为(1)初洗;(2)再洗;(3)检测。初洗,主要是完全清除残留在过滤器上的聚合物,适宜方法是使它在溶剂中溶解或在真空、惰性气体、活性气体中热分解。三甘醇清洗即溶解高聚物,以三甘醇为溶剂。高温水解清洗,即高聚物在过热蒸汽中熔解、水解。这两种方法都只能清洗掉杂质中的高聚物,而杂质中其他粒子,如作为消光剂的TiO2及其他一些炭化粒子无法清洗掉,因而进一步清洗是非常必要的。再洗,一般有碱洗、水洗和超声波清洗。最后的检测主要是用来判断清洗过的过滤器是否能再使用、整体或单个元件是否应废弃、是否要进一步的高质量清洗或需要用新元件来代替。

    我国的聚酯生产厂,在引进技术的基础上,对过滤器清洗技术进行了一系列的改进,改进主要集中在再洗过程。现在各个厂家的再洗过程[1、2]基本上都由碱洗、水洗、超声波清洗三个步骤组成(见图1)。下文所述的清洗方法主要针对初洗过程。

    为节约三甘醇的用量,一般先用二道TEG(即用过一次的TEG)清洗,然后用清洁的TEG清洗。加热的方式有电加热、导热油(热媒)加热两种方式(本文以热媒加热方式为例)。典型过程见图2。

    1.2高温水蒸气清洗法

    高温水解清洗,主要通过高温过热蒸气加热过滤器(蒸气温度高于聚合物熔点),使高聚物在过热蒸气中熔解后排除掉。国内也有厂家使用高温饱和水蒸气清洗预聚物过滤器,但该种方法操作压力较高,投资高、操作难度高。(本文以常压过热水蒸气清洗为例,典型过程见图3)。

    水蒸气清洗是聚酯高温熔解过程,主要反应有:聚酯水解反应:

    2清洗机理

    三甘醇清洗过程主要是高聚物聚对苯二甲酸乙二醇不断被溶剂三甘醇溶解的过程。高聚物的溶解过程要经过两个阶段,首先是溶剂分子渗入高聚物内部,使高聚物体积膨胀,称为溶胀,然后才是高分子均匀分散在溶剂中,达到完全溶解。该溶解过程是一对流传质过程,传质量满足如下方程[3]:

    三甘醇清洗过程中三甘醇分子可以渗透进所有的地方,达到彻底清洗聚合物的功效。三甘醇温度越高、沸腾程度越剧烈,清洗效率越高。但随着清洗过程的进行,三甘醇中聚合物平均浓度逐渐升高,溶解速度降低。另外,该溶解过程不仅仅在过滤器与三甘醇液之间进行,而且在已脱离过滤器的聚合物与三甘醇之间进行。

    高温水蒸气清洗过程,主要是高聚物的熔解、脱离过程,虽然同时有水解反应进行,但水解反应速度较慢,尤其在非碱性时。在过滤器上的高聚物被加热到其熔点以上后,影响清洗效率的主要因素是聚合物的脱离。聚合物粘度是主要影响因素。

    由于聚酯的流动活化能较高,为58·8 kJ/mol(聚乙烯为29.4 kJ/mol),只要少许改变温度,其流动性即可大大增加。

    聚酯的导热系数远小于过滤器金属,在加热过程中与过滤器接触的聚合物先被熔解,聚合物可不需完全熔解即可脱离。

    3清洗效率

    三甘醇法与水蒸气清洗过滤器典型过程清洗时间比较见表1。

    从表1数据可知,三甘醇法清洗所需时间短,效率高。

 4设备及投资

    从表2可见,三甘醇清洗法与水蒸气清洗法比较,前者设备种类及数目都较多,其中三甘醇清洗槽的结构较复杂,造价也较高。三甘醇回收装置对于投资影响较大,尤其对于较小的聚酯企业。水蒸气清洗法中的清洗炉及过热蒸汽加热器均需电加热,电加热元件的性能直接影响清洗效果。

    5化学品及公用工程消耗

    三甘醇清洗需三甘醇为溶剂,水蒸气清洗不需化学品。

    三甘醇清洗所需的公用工程种类为:电、热媒、循环冷却水、氮气;水蒸气清洗为:电、水蒸气、氮气、生产水。

    表3为某两10万t/a聚酯装置过滤器的化学品、公用工程消耗量(每批),三甘醇清洗不包括三甘醇回收系统的公用工程消耗量。

    从表3分析可知,三甘醇清洗需用化学品三甘醇所用公用工程种类较多,其中冷水用量较大;高温水蒸气清洗公用工程种类较少,不需化学品,电蒸气用量较大。

    6三废排放及处理

    三废排放及处理的优劣是衡量过滤器清洗路线的重要指标。三废包括废水、废气、废液废渣。

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