论文部分内容阅读
化工生产过程的模型化研究是指导工业生产、改进现有工艺和解决技术瓶颈制约因素的重要方法。目前聚合过程建模中存在物性计算、反应动力学、传质动力学等方面的难点,本文以尼龙66(PA66)连续生产工艺过程为对象,基于反应机理建立了全流程反应-传质动力学稳态模型。利用模型对工业装置的反应温度、反应压力和停留时间等工艺操作条件进行分析,为工业生产过程工艺优化提供指导。1、选择UNIFAC活度系数方法,针对PA66聚合体系对组分进行基团划分,定义的新基团为羧基和氨基形成的缔合结构及其相邻亚甲基(-CH2COO-·+H3NH2C-)、羧基及其相邻亚甲基(-CH2COOH)和酰胺键及其相邻亚甲基(-CH2CONHCH2-),采用加和法计算了基团的体积参数和表面积参数。利用PA66盐-水的固液平衡实验数据以及PA66盐的熔点和摩尔熔化焓,回归得到UNIFAC模型的基团交互作用参数。基于搭建的UNIFAC物性模型预测了0～100℃范围内PA66盐在水中的溶解度,与实验数据的平均相对误差为2.1%;采用该模型进一步计算工业操作条件下的盐浓度,与Aspen平台自带的UNIFAC模型比较,其误差从20%左右降到5%以下。2、对PA66聚合过程的反应机理、反应动力学常数和传质动力学常数进行归纳分析,确定动力学常数的合理范围。反应器和减压器单元仅发生盐脱水、缩聚反应和水解反应;聚合器单元操作温度高且体系黏度大,增加热降解等副反应及传质模块。考察动力学常数对质量指标数均分子量和盐含量的影响规律;根据水萃取法测定的工业样品盐含量和特性黏度法测定的分子量数据整定动力学常数,建立了基于反应机理的全流程反应-传质稳态模型。采用不同负荷工业生产过程的数据对模型进行了验证,模拟值与实验值吻合。3、对PA66聚合过程进行模拟分析,考察了反应器、减压器和聚合器单元操作条件如反应温度、反应压力和停留时间,对聚合物的质量流量、数均分子量、盐含量和降解副产物环戊酮端基含量等产品质量指标的影响趋势。提高反应器温度、降低反应器压力和一定程度上延长聚合器停留时间可以增大产品数均分子量;降低产品盐含量的方法是延长反应器和聚合器停留时间以及提高反应器和减压器温度;缩短聚合器停留时间可以减少副反应,可为工业生产过程参数优化提供策略。