酯化率和缩聚转化率标志着酯化反应和缩聚反应完成的程度。在本装置中，将酯化率定义为生成酯基的羧基克分子数对于进料PTA的羧基克分子总数的分率，将缩聚转化率定义为生成聚对苯二甲酸乙二酯所需要的羧基克分子数对于进料PTA的羧基克分子总数的分率，这里选择的基准均为进料PTA，酯化产物为BHET，缩聚产物为PET，以统计反应前后羧基克分子数的变化来确定酯化率和缩聚转化率，和上述转化率的定义是统一的。
五、催化剂 在化学反应中，催化剂是一种能改变反应速度，但本身不参加化学反应的物质。用于实际生产的催化剂一般应具有催化活性大，对副反应作用小，使产品污染程度小等优点。催化剂的浓度要依各具体反应而定。因为如果浓度过小，反应速度会很慢；如果浓度过大，则副反应速度也加大，副产品增加，主产品的质量降低。
六、压强、绝对压、表压、真空度 涤纶生产过程中所处理的物料，绝大多数是气体和液体，气体和液体都是能够流动的，总称为流体。
流体垂直作用于单位面积上的压力，称为压强。由于在实际生产中，操作压
强的高低相差悬殊，有的在正压下操作的，有的在负压下操作的，因此压强的单位有多种，在我厂常用的单位有：公斤/厘米2，巴（bar）、毫米汞柱、大气压等。各单位之间的操作关系为：
（真空度） 1巴=1.0197公斤/厘米
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=0.9869大气压=750毫米汞柱
凡是用绝对零压（即绝对真空）作起点计算的压强称为绝对压。
由压力表上表示的压力读数叫表压，它是被测量的绝对压力与大气压压力的差值；
即P绝=P大气+P表。
如果流体的压强低于大气压，即处于真空或负压状态，则在压力表上指示的读数为真空度。真空度
与绝对压的关系为：绝对压=大气压－真空度
从上式可看出，真空度越大，绝对压越小。
第二节 乙二醇和对苯二甲酸的性质
一、乙二醇的性质
乙二醇（分子式为HOCH2CH2OH）是具有甜味的粘稠性液体，分子量为62，能
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以任何比例溶于水，沸点197.4℃，熔点-12.6℃，密度1.140--1.1150克/厘米（20℃时），比热0.561卡/克度（20℃时），蒸发热208千卡/公斤（190℃时），闪点116℃（开口容器）它具有两个碳原子并含有两个羟基（-OH），故称为乙二醇。乙二醇能大大降低水的冰点，这是其重要性质。含40%体积乙二醇的水溶液于-25℃结冰，而含60%体积乙二醇的水溶液则在于-49℃结冰，乙二醇的吸水性强，同时也能很好地溶解树酯、染料等有机物。
乙二醇的着火温度为410℃，起火时可用火、干粉等灭火。 二、对苯二甲酸的性质
对苯二甲酸（ ）系白色针状结晶体，分子量166.13，密度1.510克/厘米3，比热0.2873卡/克·度，升华热23.5千卡/克分子，熔点（在封管中）425℃，升华点402℃，能溶于碱溶液，稍溶于热乙醇，微溶于水。
对苯二甲酸具有羧酸的一般性质，因此能和醇作用生成酯，与碱反应生成盐，其最低爆炸浓度为0.05克/升。
第三节 酯化反应原理 直接酯化反应是这样进行的：先将粉末状的PTA溶解于乙二醇中，已溶的PTA再在高温下与乙二醇发生酯化反应，其反应式如下：
根据对苯二甲酸的性质可知，它在乙二醇中的溶解度很小，且无确定的熔点，仅在402℃升华，而乙二醇的沸点为197.4℃，大大低于PTA的升华点，所以上述反应体系属于固液非均相体系，反应主要只发生在已溶解的PTA和乙二醇之间，所以反应速度很慢。
反应刚开始时，溶液中对苯二甲酸总是处于饱和状态，反应速度与对苯二甲酸和乙二醇的浓度无关，一直向生成对苯二甲酸乙二酯（BHET）的方向进行。
随着反应的进行，因为PTA在反应混全物中溶解度远较在纯EG中高，PTA粒子溶解速度逐渐增加，当PTA完全溶解时，反应开始转入均相酯化阶段，此时酯化率约为89--91%，反应速率将随PTA和EG浓度的改变而改变。
另外，在高温及醇基浓度高的条件下，还将发生两分子乙二醇脱去一分子水生成二甘醇的副反应。
第四节 对苯二甲酸乙二酯缩聚反应原理 缩聚反应是发生在乙二醇酯基之间的反应，即每两个乙二醇酯基缩聚并生成一分子乙二醇，反应按下式进行：
所得初步缩合物，它的每个分子仍然具有活性双官能团（乙二醇酯基），因此缩合反应还可以继续下去。实验指出，反应开始后单体很快消失，生成各种不同聚合度的低聚物（聚合度n为4以下的低聚体），形成的低分子产物与原料单体相互缩合，也可以彼此之间缩合，这样一直下去，直至形成涤纶大分子，总括起来，可将反应式写为：
缩聚反应是个可逆反应。从反应式可以看出：反应中乙二醇浓度低将使反应向生成高聚物方向进行。有关聚合度与平衡常数、析出的小分子乙二醇浓度的关系可用下式表明：
式中：Xn为PET的数均聚合度
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??Xn?Knw
K为平衡常数
nw为体系中的乙二醇分子数。
从这个关系式可以看出：聚合度与K的平方根成正比，而与nw的平方根成反比。即K值越大，或越小，PET的聚合度就越高。由于平衡常数K是一定值，且对于缩聚反应来讲，K值很小，因此要得到高聚合度的聚合物，就要设法把生成的乙二醇尽量从体系中排出，也就是尽量减少nw。
在高温条件下，随着聚合物分子量的增长。同时还会发生可逆的独立的热裂解、热氧化、线性高聚物环化等多样副反应，结果生成乙醛以及带有端羧基的聚合物和环状齐聚物等，此外酯化反应中产生的二甘醇也会与酯发生醚化反应，生成醚和酸。这些副反应将导致聚酯分子量降低，熔点下降和着色。最终使纤维性能恶化。
聚酯生产过程中主要的副反应有： （1）醚化反应：
2HOCH2CH2OH <=> HOCH2CH2-O-CH2CH2OH + H2O
-OOCC6H4COOCH2CH2OH + HOCH2CH2OH <=>-OOCC6H4COOCH2CH2-O-CH2CH2OH + H2O （2）降解反应：
指产物中酯基-COO-与水产生水解反应及在一定条件下与PTA、EG产生的酸解反应和醇解反应。
（3）熔体的热降解和热氧化降解：
反应后期，高温下的产物处于熔融状态，具有发生热降解的倾向，而温度越高，停留时间越长，这种热降解倾向越大。如果系统中泄漏进氧气，则会发生强烈的热氧化降解，热氧化降解和热降解会导致分子结构发生变化。
（4）链交换反应:
即高分子缩聚物的端基和另一高分子缩聚物的的链节进行的链交换反应。 （GM）m＋（GM）n<=>（GM）r＋（GM）s
式中：m + n = r + s，GM为聚酯分子链的基本链节
第五节 聚酯装置的主要工艺参数及其控制 在前面两节中，我们分别讨论了直接酯化反应原理和缩聚反应原理。在生产过程中，实际的化学反应并不是按照先酯化完全，再开始缩聚的顺序进行，而是当酯化反应一旦生成了一定量的对苯二甲酸乙二酯后，缩聚反应便与酯化反应同时发生了，所以在聚酯装置中很难明确地划分酯化阶段和缩聚阶段。我们把在两个酯化釜和两个缩聚釜中进行的反应过程称为酯化阶段，此时酯化率约为97%，缩聚率约为90%，而在最终反应器里进行的反应过程称为缩聚阶段。鉴于在反应过程中酯化反应和缩聚反应同时发生，相应的工艺控制就不能只从一种反应出发，而要结合两种反应机理来考虑，当然在不同时期两种反应的深度不一，工艺控制又要有所侧重。下面就PTA和乙二醇一次混合配成浆料、经两段酯化、两段预缩聚和最终缩聚生成聚酯熔体的整个生产过程谈谈其主要工艺参数的控制。
一、原料摩尔比
根据PTA和乙二醇直接酯化原理，提高乙二醇的浓度，酯化率和反应速率都会加大，同时也会使生成二甘醇的醚化副反应的速率增大，为了抑制由于乙二醇
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浓度过高而引起的醚化副反应，通常将第一酯化釜中的EG和PTA之比控制在1.3--2，加料摩尔比则控制在1.08左右。不足部分靠把酯化釜中蒸出的乙二醇-水气相混合物分离而得到的EG重新返回酯化釜来补充，从而使乙二醇的耗用量得到减少。
二、温度控制
在反应初期，反应体系属非均相体系，此时提高温度有利于PTA的分散和溶解，促进反应体系均匀化。实验表明：温度每升高1℃，反应速率大约可以增加一倍。但是生成二甘醇的副反应速率也有相应程度的提高。
对缩聚反应来讲，提高反应温度可加快反应速度，有利于乙二醇的排除，促使反应向生成物方向进行，缩短缩聚时间，但温度过高会使聚合物发生热降解，也易使EG及BHET分子间发生脱水的醚化副反应，影响涤纶树酯的色泽和和质量，故缩聚温度要控制在PET的热降解温度（290℃）以下。
综合上述因素考虑后本装置各反应的温度控制为：第一酯化釜为260℃左右，以后温度沿各级逐渐上升，以满足缩聚反应的要求，在最终缩聚阶段，则将温度控制在284℃左右。
三、压力控制
酯化反应可在加压或常压下进行。但当酯化温度高于EG在常压下的沸点时，若在常压下进行反应，乙二醇就会大量蒸发，根据压力升高，液体相应的沸点也升高的原理，高温下的酯化反应应在加压下进行，这样液相中乙二醇浓度得到提高，从而可加快反应应速度，减少进料中乙二醇与PTA的配比。不过压力提高不利于酯化反应生成的水的逸出，这就要影响酯化率的提高，因此要找一个适宜的压力，并在不同的酯化阶段进行不同的压力控制，酯化率低时时使反应在较高压力下进行，以提高液相中乙二醇的浓度；酯化率高时使反应在较低压力下进行，以利于水的逸出，进一步提高反应度。
对于缩聚反应而言，压力（通常用真空度表示）是其最重要的工艺参数，因为在生产上采取对反应体系抽真空的办法来达到排除体系中残留乙二醇的目的。如果真空度不高，乙二醇排除慢，系统中残留乙二醇就高，相应的粘度就低，同时还引起逆反应应速度增大，正反应速度减小，反应时间处长，热氧化降解增多而使产品泛黄等，因此，缩聚反应必须在高真空下进行。
本聚酯装置中，第一酯化釜的压力为180KPa（绝），第二酯化釜降低到22KPa （表）,在第一预缩和第二预缩过程中逐渐形成真空（0.08--0.16 KPa左右，绝）。这种采取不同压力的控制方法符合不同反应阶段的要求，并能保证生产的稳定。如果在预缩聚阶段立即形成高真空，则会由于反应混合液中低聚物的蒸发而造成设备和管道的堵塞，从而带来生产的不稳定。
四、催化剂
对于酯化反应来讲，可以用催化剂，也可以不用催化剂，反就体系中来自PTA的氢离子（H＋）具有自催化作用，加入催化剂可以提高反应速度，但了可能产生副作用，如引起副反应增多，使聚合物着色等，本装置的酯化反应没有采用催化剂。
缩聚催化剂有很多种，本装置用的是锑催化剂，因为锑催化剂具有很高的活性，尤其是在高粘度阶段，对副反应的影响较小。对于一定的反应，催化剂浓度了有一定的值。提高催化剂浓度可加快缩聚反应速度，但浓度过高也会使降解反应速度加快，且由于分散不均或沉结结块在聚酯熔体中形成局部过催化，增加凝聚粒子，影响纺丝生产和纤维质量。
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五、消光剂
由于化学纤维表面光滑，具有一定透明度，所以在光线照射下，因为反射光强度很大而产生极光，使纤维具有肉眼看起来很不愉快的强烈的光泽，若在纤维中添加少量折射率不同的物质，则光线向不同方向进行漫射，纤维光泽就变暗，这种方法称为消光，加入的物质称为消光剂。
本厂所生产的涤纶长丝、聚酯切片都是加入了消光剂的。所用的消光剂为二氧化钛，因为二氧化钛的折射率与涤纶的相差较大，二氧化钛比常见的合成纤维树脂的折射率高近2倍，其消光原理主要利用了它的高折射率，两者的折射率之差越大消光效果越好（锐钛型二氧化钛：2.55；聚酯：1.725），二氧化钛同时还具有化学稳定性高，不溶于水，在高温下不起变化，在后处理过程中不会消失等优点。大有光（也称其为“超有光”）聚酯切片中的二氧化钛含量为零；“有光”聚酯切片中的二氧化钛含量为0.10%左右；“半消光”聚酯切片中的二氧化钛含量为（0.32±0.03）%；“全消光”聚酯切片中的二氧化钛含量为2.4%～2.5%。
工业二氧化钛根据其晶型结构可分为锐钛型和金红石型。金红石型晶体结构紧密，相对密度大，耐候性好，遮盖力高，着色力强，但颗粒硬，不容易分散，在化学纤维纺丝时容易磨损喷丝板、切丝刀，不宜作化学纤维的消光剂；锐钛矿型比较松软，白度白，易分散，适宜用作化学纤维的消光剂。
化纤钛白粉平均粒径一般在0.35μm，粒子很细，表面积很大，任何质量优越的钛白粉在储运、包装、堆放、和运输过程中又絮凝或凝聚在一起形成大粒粒团，在使用前一定要通过研磨才能使用，否则由于分散性不好会造成粒子在纤维中分散不均匀，不仅消光效果不好，甚至会出现毛丝、断丝现象。二氧化钛经球磨分散后不仅能使絮凝后的二氧化钛重新分散开来，而且可能去除钛白粉中可能夹带的极微量大粒子（大于5微米）。二氧化钛粒子表面带有负电荷，在溶液中由于相同电荷电斥力的作用使它保持稳定分散状态，如果在制造过程或于分散介质中吸附了其他离子，就会使分散性能降低。二氧化钛分散在树脂中，其表面会吸附一层树脂层，这种单分子吸附层，具有走向缓冲作用，又称空间位阻效应，也能起到分散作用，使其保持稳定分散状态。
本装置中是将二氧化钛与乙二醇配制成悬浮液，经球磨分散、离心、沉降、过滤后再加入第二酯化釜内室中的反应物中。为了保证聚酯产品的可纺性，也就是说聚酯熔体或切片中的凝聚粒子不得超过规定指标，对二氧化钛的粒度分布有一定的要求，对配制悬浮液过程中的工艺参数，如分散时间、沉降时间、过滤方式等也有严格的控制。
本装置设一套消光剂配制系统，每天制备一批供生产所需。
第六节 主要工艺设备
1、第一酯化反应器
型式为立式单室搅拌釜，釜内设有盘管式内加热器。为减少热损失，增加加热渠道，反应器设有外部夹套。为保证物料清洁，减少制造成本及热阻，内筒体和内封头采用304L＋16Mn复合钢板。
夹套采用螺旋盘绕的“L”型液相热媒夹套，由于热媒无腐蚀性，故夹套选用16MnR钢板制造。内盘管采用螺旋型盘管，材质为0Cr18Ni9。搅拌器采用上装式，桨叶靠近反应器内筒低部。由于轴很长，轴下端设有下稳定支撑轴承。轴封采用双端面机械密封，有独立的润滑、冷却系统。搅拌器选用防爆电机驱动。本
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