CP結晶物料的工藝改進與過程管理

龔和偉（四川宜賓普什集團3D有限公司，四川　宜賓　644007）

CP結晶物料的工藝改進與過程管理

龔和偉（四川宜賓普什集團3D有限公司，四川宜賓644007）

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

CP結晶料；MES系統(tǒng)；過程控制；5S管理

1　結晶物料生產的工藝分析

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出。實驗證實，在PET樹脂在180℃時的結晶最迅速，但總體而言，其結晶速度較小，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）強度高；（4）耐腐蝕性好；（5）綠色材料；（6）環(huán)保。

1.2生產工藝分析

CP結晶物料是酒瓶內蓋組合件生產的主要原料，其生產主要分為兩步：首先是生產基礎切片。目前國內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。瓶級基礎切片的實際生產，是在生產常規(guī)切片的基礎之上，添加必要的化學物質和色劑，從而達到所需的顏色、穩(wěn)定性等特殊要求。其次是對第一步中得到的基礎切片進行增粘。對第一步中得到的基礎切片進行結晶是增粘的主要方法，在結晶過程中，應使結晶度達到50%左右；

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

1.3CP結晶物料的重要質量指標及分析方法

在基礎切片的生產工序中，結晶物料主要有以下質量指標：特性粘度、二甘醇（DEG）、間苯二甲酸含量（IPA）、乙醛含量、熔點、結晶度、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，因此在生產過程中，產品中的乙醛含量必須嚴加控制，同時，國標中對乙醛的含量也有明確的規(guī)定。在PET聚酯的生產過程中，反應溫度遠遠超過了乙醛的沸點，這使得材料內部的乙醛分子揮發(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，進而影響人類的身體健康。國標規(guī)定，PET聚酯材料作為瓶級切片材料時，乙醛含量應低于1ppm。與此對應，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　對生產過程關鍵點的重點管理、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溫度的關系，我們控制物料在反應器停留時間、氮氣流量和氮氣中碳氫化合物的含量相同，實驗得出，乙醛含量與反應溫度的關系。由此可知，反應溫度越高，聚酯切片中的乙醛含量越低。

（2）氮氣流量與乙醛含量的關系

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

2.2乙醛含量的控制

將兩臺獨立的結晶機變?yōu)閮膳_機串聯(lián)生產，并在結晶干燥循環(huán)風中新增了制氮循環(huán)系統(tǒng)、結晶冷卻系統(tǒng)和除塵系統(tǒng)這三個環(huán)節(jié)，由氮氣補充單元和經過處理的結晶干燥混合氣體進入結晶機，在結晶機中與原料充分接觸后排出，進入到過濾氧化單元進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，這些化合物是在結晶過程中物料發(fā)生降解等反應產生的。這些衍生混合氣體在氧化反應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行水分去除，經過這一系列的過程，能夠確保在反應器中循環(huán)流動的氮氣的純凈，從而能夠將更多的乙醛等小分子化合物除去。該生產過程中，結晶料全部為充滿氮氣凈化的密閉系統(tǒng)中生產，整個生產流程中有測壓裝置，不停的補充新鮮的氮氣，確保在整個反應器中，氮氣的壓力能夠穩(wěn)定在0.35～0.4MPa，有效地去除了結晶料中含有的乙醛，保證了產品的質量安全。

2.3乙醛的收集

在此次設備改造過程中將增加一個制氮及乙醛收集裝置，通過制氮裝置產生氮氣，從容器底部通入，將反應產生的乙醛從管道中帶出，注入結晶裝置使乙醛同氧氣產生反應產生乙酸，而氮氣又通過管道送入結晶裝置，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)的原理運用到設備改造中，重點選取影響CP結晶物料質量安全的指標及其過程控制來進行分析：引入溫度傳感器對反應容器溫度進行實時監(jiān)測，引入溫控裝置對傳感器反饋信號進行分析處理，對溫度進行調節(jié)以達到對反應容器溫度進行實時調控的目的；通過控制反應時間和反應溫度來控制乙醛含量。

對生產環(huán)境的控制相對較復雜，在現(xiàn)場生產環(huán)境的管理方面，引入國際上通用的5S管理模式對生產現(xiàn)場環(huán)境條件進行控制。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、設備、人員等進行管理。5S管理辦法能改善現(xiàn)場生產環(huán)境，對設備的運行進行監(jiān)測，提高物料的利用率，保障現(xiàn)場操作人員的安全。

3　設備改造安全因素分析、處置及預防

3.1設備改造安全因素分析

從施工內容分析主要存在的危險因素有：

首先，在進行鋼結構的安裝時，要進行焊接等操作，這些操作容易引起火災危險；其次，整套設備相對來說規(guī)模較大，在進行安裝時，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，要將氮氣裝置進行安裝，新增的氮氣設備的安裝時，容易損壞管線；最后，改造設備用的是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行現(xiàn)場監(jiān)護，如在施工過程中出現(xiàn)有著火的跡象時及時將其撲滅。

（2）設備安裝時上下交叉作業(yè)發(fā)生設備、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)護人員進行簡單的急救知識培訓，如出現(xiàn)人員傷害時將由現(xiàn)場安全監(jiān)護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醫(yī)護人員或送醫(yī)。

4　結語

食品安全現(xiàn)如今已經引起國家和社會的廣泛關注，而食品包裝又是影響食品安全的重要方面。瓶級PET聚酯產品中，乙醛含量是影響產品安全的最重要方面。針對我公司瓶級生產設備陳舊，產品中乙醛含量不能滿足國標要求這一問題，我們對設備進行改造，對新系統(tǒng)的設計與實現(xiàn)技術以及設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.