由于PTA仅能部分溶解于EG,所以反应初期物料呈浆状,是非均相与均相同时存在的体系。对均相反应,其反应速度(u)为:
u=K•Ca(PTA)•Cb(EG) (6)
式中,K为反应速度常数,a、b分别为PTA、EG的反应级数。
在反应初期,PTA未能全部溶于EG,故酯化反应速度只与反应温度、压力有关。温度的作用除改变反应常数(K)外,更主要的是提高PTA在反应物料液相中的溶解度,加快在均相中的反应。当PTA全部溶解后,反应物料变成单一的液相,达到“清晰点”。酯化反应速度又与PTA和EG浓度有关,而EG的浓度取决于反应压力,压力高即EG浓度高,故反应速度快。但压力高又会妨碍酯化副产物水的蒸发甚至导致水解反应发生。另外,压力高,EG蒸发速度慢,在酯化物料中停留时间增长,同时加速二甘醇(DEG)的生成。
酯化反应的压力调节应遵循下列原则,压力高限应不妨碍EG与水的排出,低限又应避免EG过量蒸发使物料配比失调,同时因大量EG循环而增加能量消耗。
停留时间在酯化阶段也是一项很重要的影响因素。酯化率、DEG生成量与停留时间关系见图2。停留时间太短,酯化率达不到要求,不但不能得到合格的粘度。而且还会在缩聚阶段产生齐聚物,堵塞真空系统。由图2可以看出,停留时间达到一定值后,酯化率几乎不再增加,若再延长反应停留时间,只会使DEG生成量增加。
综合式(1)、(2)、(3)、(4)可以看出:
图2 酯化率、DEG与停留时间关系图