探析工业聚酯装置酯化过程的建模与流程模拟

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1、浙江大学化学工程与生物工程学系硕士学位论文工业聚酯装置酯化过程的建模与流程模拟姓名：曾思申请学位级别：硕士专业：化学工程指导教师：王嘉骏;冯连芳20100126工业聚酯装置酯化过程的建模￡j流程模拟摘要化工生产流程的模型化是指导工业生产、提高企业经济效益的重要方法。本文以德国吉玛五釜工艺的聚酯酯化过程为对象，对生产流程建立了稳态模型。针对该工业装置的特点，充分考虑酯化反应体系汽液固三相平衡、反应器单元模型和主副反应的动力学，解决了建模过程中物性计算、动力学机理和参数等方面的很多难点，建立了合适的酯化过程模型。并利用模型模拟分析了酯化反应器的操作条件，并指导反

2、应器的优化设计。聚酯酯化反应体系是一个复杂的汽液固三相体系，针对该体系建立了准确的物性模型。采用基于基团贡献法的UNIFAC活度系数模型，利用实验数据回归得到UNIFAC方程的基团相互系数。用再参数化后的UNIFAC方程计算体系中纯组分的蒸发焓、恒压热容、摩尔体积等物性，水．乙二醇(EG)、水．二甘醇(DEG)、水．乙醛(AA)等二元组分的汽液平衡和对苯二甲酸(TPA)在乙二醇．对苯二甲酸双羟乙酯(BHET)体系中的液固平衡，计算结果与文献值吻合得很好，最大的平均相对误差在3％以内。该再参数化的UNIFAC模型可以准确计算和预测酯化反应体系的物性和相平衡。分

3、析工业装置的特点，确定了酯化过程的反应器单元模型。酯化反应釜被环形挡板分为内室和外室，比较不同反应器单元模块组合的模拟结果，发现内室和外室均可用一个CSTR反应器模块来模拟，从而确定用两个CSTR单元模块组合来模拟一个酯化反应釜。建立了酯化过程的动力学模型。首先对聚酯酯化过程的主、副反应动力学机理和参数进行分析比较，确定了本体系主、副反应的速率常数的范围。然后选择与生产状况接近的反应机理和动力学数据作为基准，考察动力学参数对质量指标变化的灵敏度分析，最敏感为酯化反应和二甘醇生成反应的动力学参数。调节动力学参数使得主要质量指标TPA的酯化率和DEG质量含量计算

4、结果与工业生产状况相符。利用模型对该套装置处于不同生产负荷下的生产过程进行模拟计算，各釜的酯化率计算结果均能与工厂数据符合较好符合。’将过程模型应用于工艺操作参数的分析和停留时间组合的优化。利用模型分析酯化过程的操作条件对质量指标的影响。发现随着进料EG／TPA摩尔比、反应温度和压力增大，两个酯化釜的酯化率Es和DEG质量含量均有所提高。随着Il浙江人学硕十学位论文反应时间的增加，两个釜的酯化率都随之增大；第一个酯化釜中副产物DEG随反应时间的增加而增加，而第二酯化釜DEG的含量略有下降。并以酯化率为目标，确定了两个酯化反应器转化效率最高时的内外室停留时间组

5、合。发现内外室的停留时间越接近，酯化釜的转化效率越高，可为反应器设计和反应釜液位控制提供参考依据。关键词：聚对苯二甲酸乙二醇酯，酯化阶段，AspenPlus，过程模拟III工业聚酯装置酯化过程的建模与流程模拟SUMMARYDevelopingamathematicmodelCallbeallimportantmethodtoimproveindustrialprocesses．AnappropriatemodelCanbeappliedtoanalyzetheoperatingconditionsandoptimizetheexistingprocess．I

6、nthisthesis，asteadymodelhasbeendevelopedforesterificationsectionofGimmertechnique．Ithastakenintoaccountthecomplexityandcharacteristicsoftheprocesssuchasphysicalpropertiesandkineticsmechanism．Themainresultsareasfollows：Anappropriatepropertymodelforthepolyethyleneterephthalateesterif

7、icationsystemWasdeveloped．Theesterificationsystemincludedethyleneglycol，terephthalicacid，water,diethyleneglycol，acetaldehyde，bis(hydroxyethyl)terephtalate，poly(ethyleneterephthalate)andcatalyst．TheequationofUNIFACbasedongroupcontributiontheoryWasappliedtopredictthermodynamicpropert

8、iesandphaseequilibriumofth