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连续聚酯装置酯化系统建模与控制方案设计

作　者: 徐明慧
导　师: 孙自强
学　校: 华东理工大学
专　业: 控制科学与工程
关键词: 连续聚酯装置 PIA浆料酯化反应建模精馏塔动态模拟
分类号: TP273
类　型: 硕士论文
年　份: 2012年
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内容摘要

本文的研究内容是以苏州某聚酯生产装置项目为背景,在项目参与过程中,主要对酯化反应系统进行研究与控制方案的设计,酯化反应系统包括PTA浆料调制、酯化反应以及酯化蒸汽分离三个部分。本文通过对直接酯化反应机理进行深入的研究,并参考前人对这方面内容的研究,以设计院提供的PFD(Process Flow Diagram)等数据资料作为建模的基础数据和验证数据,建立起酯化反应数学模型。经过对模型的仿真验证,证明了该模型的可靠性。通过对酯化反应模型的研究可知,影响酯化反应的变量主要是进料中PTA/EG的摩尔比,酯化反应的反应压力和温度等因素。在此基础上,设计出了PTA浆料调制与酯化反应器控制方案。PTA浆料调制控制策略是通过对浆料摩尔比公式的推导和工艺过程的分析,建立起PTA浆料串级-比值控制系统。在此过程中,引入温度修正,设计出改进的浆料摩尔比的比例公式,提高了控制的精度；而后对酯化反应模型进行仿真与分析,在分析结果的基础上并结合酯化反应釜的控制特点,设计出温度、压力和液位控制回路,保证酯化反应的顺利进行。酯化蒸汽分离是通过精馏塔实现的。首先利用Aspen Plus建立稳态精馏模型,而后在Aspen Dynamics中对精馏塔控制方案进行动态仿真,仿真结果证明了方案的有效性。通过对上述三个工段的研究分析以及控制方案的设计,给后续的预缩聚和终缩聚工段奠定基础,保证缩聚率的特性黏度维持在工艺要求范围内。

全文目录

摘要  5-6
Abstract  6-10
第1章绪论  10-15
  1.1 课题背景及意义  10-11
    1.1.1 聚酯产业介绍  10
    1.1.2 聚酯生产现状  10
    1.1.3 聚酯生产发展趋势  10-11
  1.2 聚酯纤维合成研究现状  11-12
  1.3 主要研究内容与论文章节安排  12-15
    1.3.1 设计思路  12-13
    1.3.2 章节安排  13-15
第2章 PET生产工艺及装置介绍  15-23
  2.1 聚酯合成工艺  15-16
  2.2 直接酯化法合成PET工艺  16-17
    2.2.1 酯化反应  16
    2.2.2 缩聚反应  16-17
    2.2.3 副产物的影响  17
  2.3 聚酯装置工艺技术路线与特点  17-19
    2.3.1 工艺技术路线  17
    2.3.2 工艺技术特点  17-19
  2.4 聚酯装置工艺流程说明  19-22
    2.4.1 PTA浆料调配和供应  19
    2.4.2 酯化反应  19
    2.4.3 酯化蒸汽分离  19-20
    2.4.4 预缩聚与终缩聚  20
    2.4.5 循环EG系统  20
    2.4.6 缩聚真空系统  20-21
    2.4.7 热媒加热系统  21-22
  2.5 本章小结  22-23
第3章酯化反应数学模型建立与仿真  23-38
  3.1 引言  23
  3.2 反应机理与工艺过程  23-24
  3.3 酯化反应数学模型建立  24-33
    3.3.1 酯化反应主副反应方程研究  24-26
    3.3.2 酯化反应数学模型简化与假设  26-27
    3.3.3 酯化反应动力学研究  27-28
    3.3.4 PTA在反应混合物中溶解度  28-29
    3.3.5 酯化反应过程汽液两相平衡  29-31
    3.3.6 酯化蒸汽分离工艺分析  31
    3.3.7 酯化过程传质研究  31-32
    3.3.8 酯化反应器物料衡算方程  32-33
  3.4 酯化反应模型求解  33-34
    3.4.1 酯化反应模型输入与输出  33
    3.4.2 模型求解  33-34
  3.5 酯化反应数学模型仿真  34-37
  3.6 本章小结  37-38
第4章 PTA浆料调制与酯化反应器控制方案设计  38-52
  4.1 引言  38
  4.2 PTA浆料调制工艺流程  38-39
  4.3 PTA浆料调制控制变量分析  39-40
  4.4 PTA浆料调制串级—比值控制系统  40-47
    4.4.1 PTA浆料调制控制对象分析  40-45
    4.4.2 PTA浆料调制控制方案设计  45-47
  4.5 酯化反应器控制方案设计  47-50
    4.5.1 酯化反应器控制变量选择  47-49
    4.5.2 酯化反应器控制方案设计  49-50
  4.6 本章小结  50-52
第5章基于ASPEN的酯化蒸汽分离塔控制方案设计  52-64
  5.1 引言  52
  5.2 Aspen流程模拟软件介绍  52-53
    5.2.1 Aspen Plus流程模拟软件介绍  52-53
    5.2.2 Aspen Dynamics动态过程模拟软件介绍  53
  5.3 基于Aspen Plus的酯化蒸汽精镏塔稳态模型  53-57
    5.3.1 精镏塔精镏原料组成  53-54
    5.3.2 精馏流程设计  54-55
    5.3.3 精镏塔流程模拟计算  55-57
  5.4 基于Aspen Dynamics的酯化蒸汽精镏塔动态模拟  57-63
    5.4.1 精馏塔控制方案设计  57-60
    5.4.2 精馏塔进料变化的动态模拟  60-63
  5.5 本章小结  63-64
第6章总结与展望  64-66
  6.1 工作小结  64
  6.2 进一步的工作方向  64-66
参考文献  66-71
致谢  71-72
作者在攻读硕士学位期间发表的论文  72

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