探究基于aspen的苯乙烯聚合过程建模与优化

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1、浙江大学硕士学位论文基于Aspen的苯乙烯聚合过程建模与优化姓名：梁建平申请学位级别：硕士专业：化学工艺指导教师：冯连芳2003.2.1浙江大学硕士学位论文摘要P“s口8326l在聚合过程中，一个准确的数学模型不但可以帮助理解反应过程机理，同时也是反应器设计、优化的基础。由于反应体系复杂，聚合过程模型化已成为聚合反应工程的一个重要发展方向。寸一本文应用化工过程模拟软件Aspen，对苯乙烯工业聚合过程进行了模型化研究，取得成果如下：l、建立了可靠的苯乙烯工业聚合过程模型：本文研究的工业装置为五釜串联(依次为DC205、DC2

2、01、DC202、DC203、DC204)，预聚段的两个釜式反应器每个相当于一个csTR，每个后聚反应器用CSTR+PFR+CSTR+PFR+CsTR串联模型模拟；确定了苯乙烯本体聚合机理，并结合反应器模型，在Aspen中使用一个牌号的工业取样数据对反应速率常数进行修正后，最终确定了模型参数；模型模拟结果与工业稳态取样数据十分吻合，单体转化率误差小于4％，聚合物重均分子量误差小于5％，分子量分布几乎完全相同。2、对反应温度、总进料流量、进料配比和主侧线进料比进行了灵敏度分析：主侧线进料比对单体转化率和重均分子量的影响都非常

3、小；对单体转化率的影响大小依次为：进料配比>反应温度>总迸料流量；对重均分子量的影响大小依次为：反应温度>进料配比>总进料流量；对分子量分布指数的影响大小依次为：反应温度>总迸料流量>进料配比。3、使用Aspen中的优化工具进行了产量最大化和生产高分子量聚合物的操作参数优化研究。l降低预聚反应器温度、升高后聚反应器温度和增大总进料量流量，在不改变聚合物质量的前提下，可提高产量10％以上；总进料流量为5850kg／h左右，降低反应器温度，在保证单体转化率不低于60％的前提下，工业装置可生产重均分子量为32万的高分子量聚苯乙烯

4、。}4、对模型进行了动态特性分析。DC205的温度升高5K，持续2小时的干扰对DC205的固含率和重均分子量都有较大影响，但对DC204的影响很小；进料流量降为稳态时的80％，1小时的干扰对各反应器的影响都很小；进料配比由0．8705变为0．6，持续l小时的干扰对固含率的影响很小，但对重均分子量影响很大，DC204在17小时后回到稳态。l还模拟分析了在稳态过程时，热媒终止、进料切换为苯乙烯和切换为回收单体后各反应器的响应过程和结果。产5、对牌号切换过程进行了策略优化研究：通过逐个反应器多种方案模拟结果的比较，对整个工业生产

5、流程提出了一个温度过调的牌号切换优化方案。／优化方案远远好于工厂实际方案，过渡时间由15．1小时减少到6．4小时，过渡料减少了23％，而且优化方案比近似阶跃切换的极限方案好。^上关键词：聚苯乙烯?模＆Aspen过程模拟／、牌号切换浙江大学硕士学位论文SU嘲MARYAgoodmodelofpolymerizationprocessisnotonlycontributetounderstandthekineticsmecllanism，butalsobethebasisofreactordesignandoptimizatio

6、n。Foritscomplexityofkineticsmechanism，simulationofpolymerizationprocessbecomeamajorbranchofpolymerreactionengineering。Tbeplantofstyrenepolymerizationstudiedisfivereactorsinseries(DC205，DC201．DC202，DC203，DC204)．Thetwotankreactors(DC205，DC201)forprepolymerizationwer

7、esimulatedrespectivelywi也oneCSTR．Thethreereactorsforpostpolymerizationweretowerreactors；everyreactorwassimulatedwithCSTR+PFR+CSTR+PFR+CSTRinseries．T11roughadjustingthekineticsparameterswithasetofindustrialdata,amodelofstyrenepolyerizafiononplantscaleWasdevelopedwi

8、thAspensoftware。Thenwefindthatthesimulatedresultswereconsistentwithsteady。statedataofplantaccordingtothefollowingevidences：thedifferenceofconversionofst