程琦赟
摘 要：针对在特定的瓶级聚酯切片生产工艺产品乙醛含量较高的问题，围绕乙醛产生机理，分别从该瓶级聚酯切片生产工艺的工艺配方、工艺条件、设备运行气密性等可能影响乙醛含量的因素进行分析，在生产实践过程中采取相应的调整措施，不断地优化控制工艺，有效降低并控制乙醛含量，实现了产品乙醛含量质量控制目标。
关键词：瓶级聚酯切片 乙醛含量 降低 优化措施
中图分类号：TQ32 文献标识码：A 文章编号：1674-098X（2017）10（c）-0108-03
如今，聚酯切片的市场发展迅速，用瓶片注塑成的聚酯瓶主要用于包装饮料，食用油、食品和药品及酒类行业，树脂中的乙醛（可称AA）含量是一项十分重要的质量指标，乙醛会渗透到被包装物中，产生不良作用，影响包装物的质量和口感，为此要求瓶级切片中乙醛含量要尽可能的低，达到并优于国家标准。
某公司引进了美国杜邦三釜连续聚合工艺和UOP-SINCO公司的固相缩聚工艺日产600t/d的生产线，在投产后的前半年中，产品中的乙醛较高，为了满足质量要求，提高竞争优势，根据装置的特点，生产技术部门不断地优化工艺参数，调整生产工艺，采取相适应的措施，有效地降低了切片的乙醛含量。本文着重介绍在固相缩聚工艺过程中降低乙醛的措施。
1 UOP-SINCO的固相缩聚工艺
1.1 工艺流程图
PET聚酯切片固相缩聚工艺示意图如图1所示。
1.2 工艺简述
室温下，含湿的PET聚酯非晶切片以恒定的流速进入到预结晶器，在预结晶器中，聚酯切片中含有的粉尘粒子被逆向的氮气流携带出预结晶器，获得一定的预结晶度并除去一定的粉尘量，切片由于重力作用流入结晶器，结晶器为高效换热设备，装有两条旋转桨叶轴，转速约为10RPM。结晶器外有夹套，夹套里充填有热媒，轴和桨叶的旋转增加了热媒和切片的热交换，切片在结晶器中加热到反应温度然后进入反应器。在氮气无氧环境下，PET切片在200℃～220℃条件下，在反应器中停留充分时间，进行固缩聚合反应，达到预期的反应度。固相缩聚反应器是一个立式圆筒式反应器，使用电加热形式进行加热，防止热损失。纯净、干燥的氮气经反应器的锥底进入，和切片的流向为逆向进入反应器，除去固缩聚合反应生成的副产物和挥发性有机分子如乙醛等，从反应器、结晶器出来的氮气流，经除尘旋风分离器，与从预结晶器来的氮气进行混合，一部分氮气（与从反应器、结晶器来的氮气等量）被送往氮气净化装置。在氮气净化装置中，副产物碳氢化合物被焚烧，氮气被干燥、加热后循环回固相缩聚反应器。切片离开固相缩聚反应器后流入空气冷却除尘流化床，由大气来的空气进行冷却。
2 乙醛产生的机理及影响因素
2.1 乙醛产生的机理
乙醛是聚酯在高温下热氧化降解产生的而且被证明在190℃下能观察到它的形成，因此乙醛的产生条件是高温和氧含量的存在。生成量主要是因为聚酯分子链的热裂解和乙二醇的热裂解产生。
2.2 乙醛的影响因素分析
通常，固相缩聚反应是在200℃～225℃和惰性气体环境下进行，聚合物端羧基具有很好的反应活性并发生链增长反应，副产品通过氮气的流动移出系统并除去，乙醛含量主要受以下几方面因素的影响。
（1）乙醛的生成量：由聚酯分子链和乙二醇发生热降解反应产生。
（2）乙醛在切片分子链间的内部扩散速度。
（3）乙醛从切片表面跟随氮气往体系中扩散的速度，进入NPU系统进行处理的程度。
根据以上三方面分析生产上影响乙醛的因素。
2.2.1 基础切片的外形和尺寸
基础切片的外形、大小、均匀性和和重量等规格对乙醛含量都有影响，颗粒小、均匀，没有毛茬的切片，有利于乙醛的内部扩散，在相同的反应条件下，乙醛在小尺寸切片内部的扩散距离缩短，扩散速度加快，有利于降低切片中的乙醛。该装置的基础切片由于受到切粒机设计和预结晶器氮气风口的筛孔设计尺寸的限制，百粒重控制在（1.75±0.05）g。
2.2.2 基础切片的乙醛含量
连续聚合所产基础切片的乙醛含量对产品中的乙醛含量影响见图2。
从图2中可见，基础切片中的乙醛含量高，经固相缩聚的产品的乙醛含量也高，且随基础切片中乙醛含量增加而增加，所以，必严格控制基础切片中乙醛的含量，为了达到固相缩聚产品乙醛含量在0.6ppm以内，则要控制CP基础切片乙醛在120ppm以內。
2.2.3 温度
（1）固相缩聚的反应温度。
反应温度增加，乙醛的扩散速度增加，因此，提高温度是加速扩散速度的有效办法，在保证不发生粘结的基础上适当的提高温度加快乙醛扩散。但是，若反应温度过高易发生热降解反应，增加了乙醛的生成量，又易造成结快，因此根据生产的实际情况，在不结块的前提下，适当的提高反应温度，以加快乙醛扩散，降低产品中的乙醛含量。通常反应温度在（205±2）℃。
（2）结晶温度。
提高结晶温度，有利于降低乙醛含量。
2.2.4 停留时间
延长停留时间可以增粘，但太长的停留时间同时可以使切片产生热降解，使乙醛含量增加，所以，通常选择停留时间在17～19h，而获较好效果。
2.2.5 氮气流量
通过结晶器、SSP反应器的氮气流量越大，则携带乙醛的速率越大，由于提高了乙醛进入气相的扩散速率，对降低乙醛含量有利，然而实践证明氮气超过了一定流量后，乙醛的扩散速度和氮气气速无关，见图3。
从图3可见。当氮气流量增加到6000Nm3/h则，乙醛含量降低幅度很小，再增加流量已没有太大的意义，而且氮气的流量再增大，鼓风机电流增加，能耗增加，氮气中的氧含量增加，会使切片中的热氧化降解增加，结果是乙醛含量增加，所以，在实践过程中当一定的负荷下，氮气流量达到一定的气固比，达到最大的速率要求的流量后，则不必再增加。endprint
2.2.6 氮气返回系统的温度
热氮气返回各反应器与聚酯切片呈逆流方向流动，氮气带走固相聚合反应的各种副产物后进入氮气净化系统，返回氮气温度对乙醛含量有影响，返回温度控制比结晶器出口温度低，对降低乙醛含量有利，温度再高，不但对降乙醛不利，还会增加能耗。
2.2.7 氮气净化系统（NPU）出来的氮气组分
经NPU系统出来的氮气的温度和湿度降低，氮气中乙醛等低分子杂质减少，这样在固相缩聚中更容易带走乙醛等小分子杂质。因此氮气流中的含湿量低（露点低）易吸收杂质，所以氮气流中的露点要求在<-40℃，有利于小分子的带走。
乙醛生成的原因主要是热氧化降解反应，乙二醇分子内脱水产生乙醛，要降低乙醛含量就要减少这些副反应，可从以下几方面进行。
（1）提高反应设备的密封性，减少空气进入反应系统，防止热氧化降解；
（2）降低氮气流中的氧气含量，一般控制在100ppm以下，以减少在固相缩聚反应器中热氧化降解反应的发生。
（3）提高产品的内在热稳定性，在聚合过程添加一定量的热稳定剂，加入热稳定剂后，切片的热稳定性增加，再用于固相缩聚，效果较好。
（4）在工艺可允许范围之内，将连续聚合的温度尽可能进行降低控制，减少副反应发生的几率。
3 工艺措施优化前后结果评价
优化工艺措施前后的PET聚酯切片在后加工（瓶坯）的乙醛含量比对表如表1。
从表1可看出优化后产品中的乙醛含量有明显的降低，通过优化后的效果更好。
4 结语
为了实现固相缩聚后产品的乙醛能很好地控制在0.60ppm以下，可采取如下措施。
（1）控制基础切片的乙醛含量，控制值最佳在130ppm以内。
（2）用于固相缩聚的基础切片外型要均匀，切片百粒重控制在1.75g左右。
（3）适当提高固相缩聚的反应温度有利于乙醛的内部扩散和表面温度，但温度不宜过高。
（4）延长停留时间对乙醛的影响可综合考虑，一般停留时间在17～19h为宜。
（5）提高氮氣的流量可加速乙醛的表面扩散，控制氮气和进料切片的气固比为4～5即可。另外，必须对氮气净化系统氮气的组分（湿度和氧含量）进行严格控制，以保证乙醛含量能控制在最低范围。
（6）提高固相缩聚中设备的密封性，减少热氧化降解等副反应发生。
参考文献
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