合成己二酸系聚酯多元醇的熔融法工程化應(yīng)用

楊建新　董成苓　錢義芬

摘要：以小分子二元醇合成聚酯多元醇，從反應(yīng)釜加醇、加己二酸、升溫、蒸水、真空縮聚、降溫出料，整個(gè)生產(chǎn)過程持續(xù)約16-25個(gè)小時(shí)。為縮短生產(chǎn)時(shí)間，提高生產(chǎn)效率，經(jīng)過實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn)，將加料與初步升溫環(huán)節(jié)獨(dú)立摘出，可縮短生產(chǎn)時(shí)間2-3小時(shí)。

關(guān)鍵詞：己二酸;聚酯多元醇;分步法

己二酸系聚酯多元醇的合成原理比較簡(jiǎn)單，是己二酸系二元酸與小分子多元醇進(jìn)行酯化反應(yīng)，多元醇體系是過量的，所以最終產(chǎn)物是羥基封端的。聚酯多元醇的合成方法也比較經(jīng)典，在聚氨酯方面的參考資料[l-2]中均有較為詳細(xì)的描述。但受行業(yè)發(fā)展及投資等方面的影響，如何進(jìn)一步縮短生產(chǎn)周期，提高生產(chǎn)效率則未見相關(guān)報(bào)道。

本項(xiàng)目從職業(yè)健康與環(huán)境保護(hù)、經(jīng)濟(jì)效益與工業(yè)化角度等因素考慮。采取分步法合成己二酸系聚酯多元醇，項(xiàng)目考察了反應(yīng)溫度、反應(yīng)時(shí)間、產(chǎn)品收率等對(duì)反應(yīng)過程的影響，為己二酸系聚酯多元醇的分步合成提供參考。

1生產(chǎn)應(yīng)用現(xiàn)狀

在國(guó)內(nèi)聚氨酯鞋底原液行業(yè)，間歇式聚酯多元醇的生產(chǎn)工藝多年來(lái)一直保持著傳統(tǒng)的己二酸的添加方式，反應(yīng)釜開蓋添加方式存在勞動(dòng)量大，效率低下，粉塵較多、設(shè)備腐蝕嚴(yán)重、安全隱患多等缺陷。企業(yè)因產(chǎn)業(yè)發(fā)展、效益等多因素考慮。一直未能進(jìn)行技術(shù)改造或升級(jí)。本項(xiàng)目致力于改善現(xiàn)場(chǎng)環(huán)境，提升工作效率，縮短生產(chǎn)周期而進(jìn)行實(shí)驗(yàn)研究及工程化應(yīng)用。分為兩個(gè)階段，配料階段和反應(yīng)階段。

2實(shí)驗(yàn)研究

聚酯多元醇的生產(chǎn)過程中，原料的醇酸配比、催化劑等因素有著至關(guān)重要的影響;反應(yīng)溫度的控制，既影響平衡，又影響達(dá)到平衡的速率。溫度高時(shí)可以較快地趨向平衡，同時(shí)也有利于小分子副產(chǎn)物的排出，利于縮聚物的生成。在聚酯多元醇的反應(yīng)體系中，溫度升高速度與出水速度不宜太快，并要嚴(yán)格控制出水時(shí)溫度在120℃左右。否則系統(tǒng)中醇量損失過大，將導(dǎo)致當(dāng)量比破壞，使聚酯多元醇產(chǎn)物分子量偏高。因此實(shí)驗(yàn)初期選定配料升溫環(huán)節(jié)溫度< 120℃。

取某聚酯多元醇生產(chǎn)配方，按一定比例縮小，在燒杯中加入醇，開啟磁力攪拌，緩慢加入己二酸，通過控制加熱速度，觀察己二酸在醇中的溶解速度及溶解速率。

通過多次實(shí)驗(yàn)，通過對(duì)己二酸溶解率、終止溫度、醇單體反應(yīng)速度三者之間的平衡取值，選擇配料階段終溫為110℃。

3分步法應(yīng)用

工藝采用新增配料車間，實(shí)現(xiàn)提前加料、提前升溫。節(jié)省加料與升溫到110℃時(shí)間，縮短聚酯多元醇生產(chǎn)周期（流程圖1）。聚酯多元醇根據(jù)生產(chǎn)計(jì)劃，提前4-6小時(shí)進(jìn)行配料。按照生產(chǎn)配方設(shè)定好程序后，所需的醇經(jīng)過準(zhǔn)確計(jì)量后放入配料釜，啟動(dòng)攪拌器。然后啟動(dòng)己二酸自動(dòng)加料程序，己二酸生產(chǎn)線氣送的三通閥由原來(lái)的包裝線切換至配料。當(dāng)需要的己二酸重量達(dá)到后，三通閥換向己二酸包裝線。管線經(jīng)過氮?dú)獯祾邔?shí)現(xiàn)管線內(nèi)己二酸“零”緩存。加料完成后，在配有加熱盤管的配料釜內(nèi)經(jīng)過1 -2小時(shí)用0.5MPa蒸汽升到終溫，溫度控制在105 -110 0C。確定己二酸溶解后，啟動(dòng)抽料泵，將己二酸與醇漿料抽到相應(yīng)的反應(yīng)釜進(jìn)行反應(yīng)。

4經(jīng)濟(jì)效益評(píng)估

項(xiàng)目實(shí)現(xiàn)運(yùn)行后，直接經(jīng)濟(jì)效益有減少投料工人、減少轉(zhuǎn)運(yùn)與吊裝環(huán)節(jié)、縮短生產(chǎn)周期2-3小時(shí)。間接效益減少了物料與空氣的接觸、與人的接觸，降低人為操作帶來(lái)的醇酸比值，有利于提高產(chǎn)品質(zhì)量。社會(huì)效益降低勞動(dòng)強(qiáng)度，提高生產(chǎn)效率;實(shí)現(xiàn)粉塵零污染，有利于員工職業(yè)健康、安全發(fā)展。如某5萬(wàn)噸產(chǎn)能聚酯多元醇生產(chǎn)，減少投料工人、減少轉(zhuǎn)運(yùn)與吊裝環(huán)節(jié)、縮短生產(chǎn)周期2-3小時(shí)共節(jié)約成本150多萬(wàn)元每年，設(shè)備投資節(jié)約成本約100萬(wàn)元。

5結(jié)論

聚酯多元醇是聚氨酯彈性體生產(chǎn)的非常重要的中間原料，聚酯多元醇的精益生產(chǎn)一方面提高了聚酯多元醇的生產(chǎn)效率，另一方面也提高了產(chǎn)品的質(zhì)量。按照5萬(wàn)噸產(chǎn)能進(jìn)行效益分析，增加配料升溫環(huán)節(jié)可提高產(chǎn)能11%。而且消除了部分生產(chǎn)操作環(huán)節(jié)。同時(shí)也符合目前工業(yè)化、信息化的總體發(fā)展要求。

參考文獻(xiàn)：

[1]陳建福，周俊峰，己二酸系聚酯多元醇的合成[J].聚氨酯工業(yè)，2009.

[2]晁國(guó)庫(kù)，等，聚酯多元醇的合成方法研究[J].長(zhǎng)春工業(yè)大學(xué)學(xué)報(bào)（自然科學(xué)版），2007.