CP结晶物料的工艺改进与过程管理

龚和伟（四川宜宾普什集团3D有限公司，四川　宜宾　644007）

CP结晶物料的工艺改进与过程管理

龚和伟（四川宜宾普什集团3D有限公司，四川宜宾644007）

CP结晶物料是通过对聚酯基础切片的固相缩聚加工过程得到的，为了保证生产的瓶级类制品的安全性能，在基础半成品切片的生产过程中添加了二次结晶的精度、风量、氮封装置，用以降低双酚A（乙醛）的整体含量，提高CP结晶切片的质量安全性能

CP结晶料；MES系统；过程控制；5S管理

1　结晶物料生产的工艺分析

1.1PET树脂材料简介

PET树脂（聚对苯二甲酸乙二醇酯）由对苯二甲酸与乙二醇缩聚而成，属线型聚酯。苯环是刚性的，酯基是柔性的。苯环与酯基构成刚性的共轭体系。刚性的共轭体系使得PET树脂具有较高的刚度和强度，因此，材料的线膨胀系数非常小，变形程度低，而且能够隔断非极性气体的进出。实验证实，在PET树脂在180℃时的结晶最迅速，但总体而言，其结晶速度较小，采用冷水冷却就能得到透光性90%的无定型PET。PET瓶的优点如下：（1）透光率高；（2）着色性好；（3）强度高；（4）耐腐蚀性好；（5）绿色材料；（6）环保。

1.2生产工艺分析

CP结晶物料是酒瓶内盖组合件生产的主要原料，其生产主要分为两步：首先是生产基础切片。目前国内外普遍采用的方法是直接酯化，宜宾普拉斯包装材料有限公司聚酯事业部也采用这一方法。瓶级基础切片的实际生产，是在生产常规切片的基础之上，添加必要的化学物质和色剂，从而达到所需的颜色、稳定性等特殊要求。其次是对第一步中得到的基础切片进行增粘。对第一步中得到的基础切片进行结晶是增粘的主要方法，在结晶过程中，应使结晶度达到50%左右；

结晶结束之后，切片在反应器中会发生固态缩聚反应，切片的粘度和其他性能相应发生改变，最终达到所期望的状态。切片的粘度增加过程中发生了一系列的反应，副产品为乙醛、乙二醇和水。

1.3CP结晶物料的重要质量指标及分析方法

在基础切片的生产工序中，结晶物料主要有以下质量指标：特性粘度、二甘醇（DEG）、间苯二甲酸含量（IPA）、乙醛含量、熔点、结晶度、水分含量和灰分含量，而其中本文的重点是对乙醛含量的过程有效控制。乙醛含量的测试一般采用气相色谱法，乙醛为无色易流动液体，有刺激性气味。熔点－121℃，沸点20.8℃。乙醛是一种有毒的物质，因此在生产过程中，产品中的乙醛含量必须严加控制，同时，国标中对乙醛的含量也有明确的规定。在PET聚酯的生产过程中，反应温度远远超过了乙醛的沸点，这使得材料内部的乙醛分子挥发出来。使用PET聚酯材料的包装瓶，其中的乙醛会影响食品的口感，甚至使食品变质，进而影响人类的身体健康。国标规定，PET聚酯材料作为瓶级切片材料时，乙醛含量应低于1ppm。与此对应，我们可以通过PET聚酯的熔点来了解PET聚酯的分子组成等信息。

2　对生产过程关键点的重点管理、控制

2.1乙醛的含量及其收集处理

（1）温度对乙醛含量的影响

为了探究PET聚酯切片中乙醛含量与反应温度的关系，我们控制物料在反应器停留时间、氮气流量和氮气中碳氢化合物的含量相同，实验得出，乙醛含量与反应温度的关系。由此可知，反应温度越高，聚酯切片中的乙醛含量越低。

（2）氮气流量与乙醛含量的关系

在我们制定的改进方案中，增加二次结晶、氮封和风冷装置来降低产品中的乙醛的含量，通过在结晶干燥循环风中新增制氮循环系统，使得氮气在整个反应器中循环流动，流动的氮气主要有两个作用：一是将反应中产生的乙醛和在高温下汽化得到的水以及反应中产生的粉尘带走；反应中会产生较多的热量，氮气在反应器中循环流动，因此，循环的氮气的第二个作用是能够将热量及时带走，从而降低反应器的温度，间接保证产品的质量。

2.2乙醛含量的控制

将两台独立的结晶机变为两台机串联生产，并在结晶干燥循环风中新增了制氮循环系统、结晶冷却系统和除尘系统这三个环节，由氮气补充单元和经过处理的结晶干燥混合气体进入结晶机，在结晶机中与原料充分接触后排出，进入到过滤氧化单元进行混合气体的过滤氧化处理，混合气中除了氮气，还有乙二醇和乙醛等小分子化合物，这些化合物是在结晶过程中物料发生降解等反应产生的。这些衍生混合气体在氧化反应器中被氧气催化而成二氧化碳和水，再在冷凝单元将混合气体降温后输送到除湿单元进行水分去除，经过这一系列的过程，能够确保在反应器中循环流动的氮气的纯净，从而能够将更多的乙醛等小分子化合物除去。该生产过程中，结晶料全部为充满氮气净化的密闭系统中生产，整个生产流程中有测压装置，不停的补充新鲜的氮气，确保在整个反应器中，氮气的压力能够稳定在0.35～0.4MPa，有效地去除了结晶料中含有的乙醛，保证了产品的质量安全。

2.3乙醛的收集

在此次设备改造过程中将增加一个制氮及乙醛收集装置，通过制氮装置产生氮气，从容器底部通入，将反应产生的乙醛从管道中带出，注入结晶装置使乙醛同氧气产生反应产生乙酸，而氮气又通过管道送入结晶装置，这样既减少了制氮量又节约了能源。

2.4过程控制与5S管理

将MES系统的原理运用到设备改造中，重点选取影响CP结晶物料质量安全的指标及其过程控制来进行分析：引入温度传感器对反应容器温度进行实时监测，引入温控装置对传感器反馈信号进行分析处理，对温度进行调节以达到对反应容器温度进行实时调控的目的；通过控制反应时间和反应温度来控制乙醛含量。

对生产环境的控制相对较复杂，在现场生产环境的管理方面，引入国际上通用的5S管理模式对生产现场环境条件进行控制。介绍5S管理的基本概念、发展历史、推行意义，推行5S管理办法的主要作用是对材料、设备、人员等进行管理。5S管理办法能改善现场生产环境，对设备的运行进行监测，提高物料的利用率，保障现场操作人员的安全。

3　设备改造安全因素分析、处置及预防

3.1设备改造安全因素分析

从施工内容分析主要存在的危险因素有：

首先，在进行钢结构的安装时，要进行焊接等操作，这些操作容易引起火灾危险；其次，整套设备相对来说规模较大，在进行安装时，人员要上下作业，容易发生危险；再次，对新增加的氮气收集装置中，要将氮气装置进行安装，新增的氮气设备的安装时，容易损坏管线；最后，改造设备用的是380V高压电，如果在施工过程中有人误合电闸，容易造成人身伤害。

3.2设备改造安全因素的处置

由于装置运行期间改造施工存在危险因素，并有可能发展为事故。因此，我们结合以上危险因素分析制定了如下的安全因素处置措施：

（1）根据施工环境多为易燃粉尘的特点，我们在施工过程中将在每个动火点配备两瓶干粉灭火器并派专人进行现场监护，如在施工过程中出现有着火的迹象时及时将其扑灭。

（2）设备安装时上下交叉作业发生设备、人员伤害处置措施

我们将在现场配备简单的急救药品药箱并在施工前对现场安全监护人员进行简单的急救知识培训，如出现人员伤害时将由现场安全监护人员采取简单的急救措施，再根据伤害程度决定是否通知相关医护人员或送医。

4　结语

食品安全现如今已经引起国家和社会的广泛关注，而食品包装又是影响食品安全的重要方面。瓶级PET聚酯产品中，乙醛含量是影响产品安全的最重要方面。针对我公司瓶级生产设备陈旧，产品中乙醛含量不能满足国标要求这一问题，我们对设备进行改造，对新系统的设计与实现技术以及设备选型等方面作了深入论述。

［1］吴剑南，我国聚酯工业的现状分析。合成纤维工业，2004，27（5），26～27.

［2］陈再洁，王智，用顶空气相色谱法检测高果糖浆中的乙醛含量.检测与分析，2010.1.