三甘醇与高温水蒸气清洗聚酯过滤器的比较

张建仁

(中国纺织工业设计院 ,北京

摘要 :在清洗机理、公用工程消耗、设备、投资、三废排放等方面对三甘醇与高温水蒸气清洗聚酯过滤器的优缺点进行了 比

较 ,高温水蒸气清洗是一种较经济、可靠的方法。 关键词 聚酯过滤器清洗 中 图 分 类号 :TQ323141 ;TQ3401641 文 献标识码 :B

文 献标识码 :B 文章 编号 :100828261 (2001) 0220008204

0 前言

聚酯产品 ,如纤维、薄膜、瓶用聚酯 ,需要非常 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 废排放等方面对这两种清洗方法的优缺点作

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

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。

• 111 三甘醇 清 洗法

三甘醇 ( TEG) 分子式为 HO (CH2 ) 2O (CH2 ) 2O⁽ CH2⁾ 2OH ,分子质量为 150118 ,又称二缩三乙二 醇。

是无色透明的中性油状液体。沸点 276 ℃,能溶 于

HO(CH2) 2O(CH2) 2O(CH2) 2OH

HO(CH2) 2OOC —R1 —COO(CH2) 2OH +

HO(CH2) 2OOC —R2 —COO(CH2) 2OH

三甘醇缩合反应

HO(CH2) 2O(CH2) 2O(CH2) 2OH +

HO(CH2) 2O(CH2) 2O(CH2) 2OH

HO(CH2 ) 2O ( CH2 ) 2O ( CH2 ) 2O ( CH2 ) 2O ( CH2 ) 2O ( CH2 ) 2OH + H2O

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

收稿日期 :2000209218 ; 修回日期 :2000211224 。

作者 简 介 :张建仁 , (19692) ,男 ,山西人 ,高级工程师 ,工学学士 ,从 事聚酯技术开发设计工作。

第 2 期

张建仁 :三甘醇与高温水蒸气清洗聚酯过滤器的比较

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Fig. 1

图 1 再洗过程流程 Process diagram of rewashing

图 2 三甘醇清洗流程 Fig. 2 Cleaning process of triglycol

图 3 过热水蒸气清洗流程 Fig. 3 Cleaning process of super2heated steam

112 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 :

H2O

HO(CH2) 2OOC —R1 —COO(CH2) 2OH + HO(CH2) 2OOC —R2 —COOH 聚酯热降解反应

HO ( CH2 ) 2OOC —R1 —COO ( CH2 ) 2OOC —R2 —COO ( CH2 ) 2OH

HO(CH2) 2OO C R1 C OOH + CH2 C H OO C R 2 COO(CH2) 2OH CH2 CH —OO C R2 —COO(CH2) 2OH + HO R 3 —OH HO —R3 —OOC —R2 —COO(CH2) 2OH + CH3CHO

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 : N A = k cΔ C A

式中 , N A 为对流传质的物质的量的流量 , kmol/ (m² ·s) ;

Δ C A 为组份 A 在界面处的浓度与流体主体平

第 14 卷

聚 酯

工 业

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k c 为对流传质系数 ,kmol/ (m² ·s·(ΔCA) ) 。

k c 与界面的几何形状、流体的物理性质、流 型以及浓度等因素有关 ,其中流型的影响最为明 显。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 η = A e^ΔE_η/RT_ (4) 式中 , η 为聚合物粘度 ;Δ E η 为流动活化能 由于聚酯的流动活化能较高 , 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 脱离

表 2 三甘醇法 与 水蒸 气 法 清 洗 过滤 器典型 设备 比 较

Tab. 2 Typical equipment comparison of filter cleaning in triglycol method and steam method

	设备名称	规格	材质	数量		备注
	三甘 醇清洗 槽	釜式,带热媒加 热夹套和冷却 水冷却盘管	不锈钢	2
	TEG冷凝 器	列管换热器	不锈钢	2
	TEG贮槽		不锈钢	1
三 甘 醇 清	污 TEG 贮槽		不锈钢	1
洗 法	TEG输送 泵	离心泵	不锈钢	1
	污 TEG 输送泵	离心泵	不锈钢	1
	热媒 循环泵	屏蔽泵	碳钢	2
	TEG回收 装置	包括蒸馏塔、再 沸器、塔顶冷凝 器及贮槽等	不锈钢	1	几 洗 可 一	套 清 装 置 共 用 套 回
	气体 淋洗塔	填料塔	不锈钢	1	收	置
水 蒸 气 清 洗 法	过热蒸 汽加热 器 清洗炉	电加热 , 合物收集槽 外 部电保温 , 筒式 下部设废 聚		1 1
	液封槽	立式	不锈钢	1

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 。

表 1 二 种 方法 清 洗 时间 比 较

Tab. 1 Comparison of cleaning time in two methods

	第一	次清洗时间/	第二	次清洗	时间/	总时间
方法	升温	降温 蒸煮	升温	蒸	降温	/ h
三甘醇法	2	2 3	2 煮	3	2	14
水蒸气法	/	8 16	/	/	/	24

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

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