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己内酰胺水解聚合是开发最早、技术最成熟的一种聚合工艺,最近70年来,己内酰胺的聚合生产主要是靠水解熔融聚合的方法完成。国内对于己内酰胺水解聚合的研究多限于对动力学模型的研究及在实验室小试,对聚合影响参数的模拟与优化也都只局限于某个数值区间,缺乏工厂实际工业数值的指导,没有实际指导意义。
本文基于过程模拟软件Aspen plus以及广东某锦纶企业实际工业数值的指导,对己内酰胺水解聚合系统进行模拟分析,分析了聚合系统主要参数的改变对聚合产物的影响,对实际生产具有指导意义。本文研究的主要内容有:
(1)对己内酰胺水解聚合反应机理及动力学进行分析,为实现聚合系统的优化模拟提供理论支持,指导己内酰胺聚合工艺的调整。
(2)通过对聚合体系的各种物性方法进行分析比较,确定本模型的模拟采用POLY-NRTL物性方法。
(3)根据工业装置的特点在Aspen Plus中选取适当的模块,建立正确的模型,使得模型能准确完整的体现工业装置的实际效果。通过模型验证,证明了模型模拟结果与工业数据吻合较好。
(4)综合考虑影响己内酰胺水解聚合的主要因素:进料流量,开环剂的用量以及聚合塔内各段温度变化等因素。分别对这些因素进行模拟分析,找出在保证产品质量的前提下满足不同产量时的最佳工况。经过模拟分析在22t/d设计温度下,兼顾聚合产物质量的前提下,开环剂水的用量可取0.013wt%左右;日产量较低时可采用较低的前段温度,不但可以减少能源消耗,同时可减少后段的冷却负荷;若日产量较大时,如日产量到40吨时,则需要升高前段温度,同时降低后段温度,能保证分子量不低于20000,可萃取物不高于8.3%。
通过以上因素的总结,针对己内酰胺聚合系统提出改进方案,在确保产品质量的前提下,大大降低了产品的成本,避免了能源浪费。