CP結(jié)晶物料的工藝改進(jìn)與過程管理

龔和偉（四川宜賓普什集團(tuán)3D有限公司，四川　宜賓　644007）

CP結(jié)晶物料的工藝改進(jìn)與過程管理

龔和偉（四川宜賓普什集團(tuán)3D有限公司，四川宜賓644007）

CP結(jié)晶物料是通過對聚酯基礎(chǔ)切片的固相縮聚加工過程得到的，為了保證生產(chǎn)的瓶級類制品的安全性能，在基礎(chǔ)半成品切片的生產(chǎn)過程中添加了二次結(jié)晶的精度、風(fēng)量、氮封裝置，用以降低雙酚A（乙醛）的整體含量，提高CP結(jié)晶切片的質(zhì)量安全性能

CP結(jié)晶料；MES系統(tǒng)；過程控制；5S管理

1　結(jié)晶物料生產(chǎn)的工藝分析

1.1PET樹脂材料簡介

PET樹脂（聚對苯二甲酸乙二醇酯）由對苯二甲酸與乙二醇縮聚而成，屬線型聚酯。苯環(huán)是剛性的，酯基是柔性的。苯環(huán)與酯基構(gòu)成剛性的共軛體系。剛性的共軛體系使得PET樹脂具有較高的剛度和強(qiáng)度，因此，材料的線膨脹系數(shù)非常小，變形程度低，而且能夠隔斷非極性氣體的進(jìn)出。實驗證實，在PET樹脂在180℃時的結(jié)晶最迅速，但總體而言，其結(jié)晶速度較小，采用冷水冷卻就能得到透光性90%的無定型PET。PET瓶的優(yōu)點如下：（1）透光率高；（2）著色性好；（3）強(qiáng)度高；（4）耐腐蝕性好；（5）綠色材料；（6）環(huán)保。

1.2生產(chǎn)工藝分析

CP結(jié)晶物料是酒瓶內(nèi)蓋組合件生產(chǎn)的主要原料，其生產(chǎn)主要分為兩步：首先是生產(chǎn)基礎(chǔ)切片。目前國內(nèi)外普遍采用的方法是直接酯化，宜賓普拉斯包裝材料有限公司聚酯事業(yè)部也采用這一方法。瓶級基礎(chǔ)切片的實際生產(chǎn)，是在生產(chǎn)常規(guī)切片的基礎(chǔ)之上，添加必要的化學(xué)物質(zhì)和色劑，從而達(dá)到所需的顏色、穩(wěn)定性等特殊要求。其次是對第一步中得到的基礎(chǔ)切片進(jìn)行增粘。對第一步中得到的基礎(chǔ)切片進(jìn)行結(jié)晶是增粘的主要方法，在結(jié)晶過程中，應(yīng)使結(jié)晶度達(dá)到50%左右；

結(jié)晶結(jié)束之后，切片在反應(yīng)器中會發(fā)生固態(tài)縮聚反應(yīng)，切片的粘度和其他性能相應(yīng)發(fā)生改變，最終達(dá)到所期望的狀態(tài)。切片的粘度增加過程中發(fā)生了一系列的反應(yīng)，副產(chǎn)品為乙醛、乙二醇和水。

1.3CP結(jié)晶物料的重要質(zhì)量指標(biāo)及分析方法

在基礎(chǔ)切片的生產(chǎn)工序中，結(jié)晶物料主要有以下質(zhì)量指標(biāo)：特性粘度、二甘醇（DEG）、間苯二甲酸含量（IPA）、乙醛含量、熔點、結(jié)晶度、水分含量和灰分含量，而其中本文的重點是對乙醛含量的過程有效控制。乙醛含量的測試一般采用氣相色譜法，乙醛為無色易流動液體，有刺激性氣味。熔點－121℃，沸點20.8℃。乙醛是一種有毒的物質(zhì)，因此在生產(chǎn)過程中，產(chǎn)品中的乙醛含量必須嚴(yán)加控制，同時，國標(biāo)中對乙醛的含量也有明確的規(guī)定。在PET聚酯的生產(chǎn)過程中，反應(yīng)溫度遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過了乙醛的沸點，這使得材料內(nèi)部的乙醛分子揮發(fā)出來。使用PET聚酯材料的包裝瓶，其中的乙醛會影響食品的口感，甚至使食品變質(zhì)，進(jìn)而影響人類的身體健康。國標(biāo)規(guī)定，PET聚酯材料作為瓶級切片材料時，乙醛含量應(yīng)低于1ppm。與此對應(yīng)，我們可以通過PET聚酯的熔點來了解PET聚酯的分子組成等信息。

2　對生產(chǎn)過程關(guān)鍵點的重點管理、控制

2.1乙醛的含量及其收集處理

（1）溫度對乙醛含量的影響

為了探究PET聚酯切片中乙醛含量與反應(yīng)溫度的關(guān)系，我們控制物料在反應(yīng)器停留時間、氮氣流量和氮氣中碳?xì)浠衔锏暮肯嗤瑢嶒灥贸觯胰┖颗c反應(yīng)溫度的關(guān)系。由此可知，反應(yīng)溫度越高，聚酯切片中的乙醛含量越低。

（2）氮氣流量與乙醛含量的關(guān)系

在我們制定的改進(jìn)方案中，增加二次結(jié)晶、氮封和風(fēng)冷裝置來降低產(chǎn)品中的乙醛的含量，通過在結(jié)晶干燥循環(huán)風(fēng)中新增制氮循環(huán)系統(tǒng)，使得氮氣在整個反應(yīng)器中循環(huán)流動，流動的氮氣主要有兩個作用：一是將反應(yīng)中產(chǎn)生的乙醛和在高溫下汽化得到的水以及反應(yīng)中產(chǎn)生的粉塵帶走；反應(yīng)中會產(chǎn)生較多的熱量，氮氣在反應(yīng)器中循環(huán)流動，因此，循環(huán)的氮氣的第二個作用是能夠?qū)崃考皶r帶走，從而降低反應(yīng)器的溫度，間接保證產(chǎn)品的質(zhì)量。

2.2乙醛含量的控制

將兩臺獨立的結(jié)晶機(jī)變?yōu)閮膳_機(jī)串聯(lián)生產(chǎn)，并在結(jié)晶干燥循環(huán)風(fēng)中新增了制氮循環(huán)系統(tǒng)、結(jié)晶冷卻系統(tǒng)和除塵系統(tǒng)這三個環(huán)節(jié)，由氮氣補(bǔ)充單元和經(jīng)過處理的結(jié)晶干燥混合氣體進(jìn)入結(jié)晶機(jī)，在結(jié)晶機(jī)中與原料充分接觸后排出，進(jìn)入到過濾氧化單元進(jìn)行混合氣體的過濾氧化處理，混合氣中除了氮氣，還有乙二醇和乙醛等小分子化合物，這些化合物是在結(jié)晶過程中物料發(fā)生降解等反應(yīng)產(chǎn)生的。這些衍生混合氣體在氧化反應(yīng)器中被氧氣催化而成二氧化碳和水，再在冷凝單元將混合氣體降溫后輸送到除濕單元進(jìn)行水分去除，經(jīng)過這一系列的過程，能夠確保在反應(yīng)器中循環(huán)流動的氮氣的純凈，從而能夠?qū)⒏嗟囊胰┑刃》肿踊衔锍ァＴ撋a(chǎn)過程中，結(jié)晶料全部為充滿氮氣凈化的密閉系統(tǒng)中生產(chǎn)，整個生產(chǎn)流程中有測壓裝置，不停的補(bǔ)充新鮮的氮氣，確保在整個反應(yīng)器中，氮氣的壓力能夠穩(wěn)定在0.35～0.4MPa，有效地去除了結(jié)晶料中含有的乙醛，保證了產(chǎn)品的質(zhì)量安全。

2.3乙醛的收集

在此次設(shè)備改造過程中將增加一個制氮及乙醛收集裝置，通過制氮裝置產(chǎn)生氮氣，從容器底部通入，將反應(yīng)產(chǎn)生的乙醛從管道中帶出，注入結(jié)晶裝置使乙醛同氧氣產(chǎn)生反應(yīng)產(chǎn)生乙酸，而氮氣又通過管道送入結(jié)晶裝置，這樣既減少了制氮量又節(jié)約了能源。

2.4過程控制與5S管理

將MES系統(tǒng)的原理運用到設(shè)備改造中，重點選取影響CP結(jié)晶物料質(zhì)量安全的指標(biāo)及其過程控制來進(jìn)行分析：引入溫度傳感器對反應(yīng)容器溫度進(jìn)行實時監(jiān)測，引入溫控裝置對傳感器反饋信號進(jìn)行分析處理，對溫度進(jìn)行調(diào)節(jié)以達(dá)到對反應(yīng)容器溫度進(jìn)行實時調(diào)控的目的；通過控制反應(yīng)時間和反應(yīng)溫度來控制乙醛含量。

對生產(chǎn)環(huán)境的控制相對較復(fù)雜，在現(xiàn)場生產(chǎn)環(huán)境的管理方面，引入國際上通用的5S管理模式對生產(chǎn)現(xiàn)場環(huán)境條件進(jìn)行控制。介紹5S管理的基本概念、發(fā)展歷史、推行意義，推行5S管理辦法的主要作用是對材料、設(shè)備、人員等進(jìn)行管理。5S管理辦法能改善現(xiàn)場生產(chǎn)環(huán)境，對設(shè)備的運行進(jìn)行監(jiān)測，提高物料的利用率，保障現(xiàn)場操作人員的安全。

3　設(shè)備改造安全因素分析、處置及預(yù)防

3.1設(shè)備改造安全因素分析

從施工內(nèi)容分析主要存在的危險因素有：

首先，在進(jìn)行鋼結(jié)構(gòu)的安裝時，要進(jìn)行焊接等操作，這些操作容易引起火災(zāi)危險；其次，整套設(shè)備相對來說規(guī)模較大，在進(jìn)行安裝時，人員要上下作業(yè)，容易發(fā)生危險；再次，對新增加的氮氣收集裝置中，要將氮氣裝置進(jìn)行安裝，新增的氮氣設(shè)備的安裝時，容易損壞管線；最后，改造設(shè)備用的是380V高壓電，如果在施工過程中有人誤合電閘，容易造成人身傷害。

3.2設(shè)備改造安全因素的處置

由于裝置運行期間改造施工存在危險因素，并有可能發(fā)展為事故。因此，我們結(jié)合以上危險因素分析制定了如下的安全因素處置措施：

（1）根據(jù)施工環(huán)境多為易燃粉塵的特點，我們在施工過程中將在每個動火點配備兩瓶干粉滅火器并派專人進(jìn)行現(xiàn)場監(jiān)護(hù)，如在施工過程中出現(xiàn)有著火的跡象時及時將其撲滅。

（2）設(shè)備安裝時上下交叉作業(yè)發(fā)生設(shè)備、人員傷害處置措施

我們將在現(xiàn)場配備簡單的急救藥品藥箱并在施工前對現(xiàn)場安全監(jiān)護(hù)人員進(jìn)行簡單的急救知識培訓(xùn)，如出現(xiàn)人員傷害時將由現(xiàn)場安全監(jiān)護(hù)人員采取簡單的急救措施，再根據(jù)傷害程度決定是否通知相關(guān)醫(yī)護(hù)人員或送醫(yī)。

4　結(jié)語

食品安全現(xiàn)如今已經(jīng)引起國家和社會的廣泛關(guān)注，而食品包裝又是影響食品安全的重要方面。瓶級PET聚酯產(chǎn)品中，乙醛含量是影響產(chǎn)品安全的最重要方面。針對我公司瓶級生產(chǎn)設(shè)備陳舊，產(chǎn)品中乙醛含量不能滿足國標(biāo)要求這一問題，我們對設(shè)備進(jìn)行改造，對新系統(tǒng)的設(shè)計與實現(xiàn)技術(shù)以及設(shè)備選型等方面作了深入論述。

［1］吳劍南，我國聚酯工業(yè)的現(xiàn)狀分析。合成纖維工業(yè)，2004，27（5），26～27.

［2］陳再潔，王智，用頂空氣相色譜法檢測高果糖漿中的乙醛含量.檢測與分析，2010.1.