HYPOL工艺聚丙烯装置的建模及动态模拟

论文摘要

本文以国内某石化企业5万吨/年HYPOL工艺聚丙烯装置为研究对象,对工艺的聚合工段进行了重点研究,分别完成了聚合工段的稳态模拟和动态模拟。本文首先基于“生成函数法”完成聚合工段的稳态模拟,模拟有着良好的结果。随后创新性的用“链节分析法”对丙烯聚合的反应网络进行了重新描述,建立了基于链节反应的动力学模型,并将该模型运用于实验室自编平台DSO中,超实时地对丙烯聚合过程进行了动态模拟,开发出了动态仿真机。通过对丙烯聚合工段的系统分析,本文首先基于“生成函数法”建立了聚合过程的稳态模型。模型中定义了模拟组分,并运用PC-SAFT状态方程为主要的热力学模型；对工艺流程进行了合理的简化假设后,将两个液相反应器和一个气相流化床反应器全部定义为理想的连续全混流反应器。其中丙烯配位聚合反应的反应动力学模型是重点也是难点,本文首先基于丙烯的聚合机理建立了动力学模型,并通过调试确定了单活性中心的反应动力学参数,最后利用生成函数法对聚合物的特性进行表征,最终建立了整个聚合工段的稳态模型并对模拟结果进行了分析。“生成函数法”和“链节分析法”都是基于严格的聚合反应机理去建立动力学模型,但前者计算过程十分麻烦,而后者推导出的反应速率表达式与传统反应速率表达式完全一致,使得计算大大简化。所以本文采用“链节分析法”对聚合过程重新进行描述,使得计算能运用于超实时动态仿真中。通过模型的建立,“链节分析法”可以准确描述聚合物的一些特性指标,比如聚合物的数均分子量,转化率等,最终由实验室自编平台DSO的模拟结果可以看出,“链节分析法”动力学模型可以很好的描述聚合反应过程。本文所建立的“链节分析法”动态模型可以开发成动态仿真培训系统,超实时的去模拟聚合过程的开停车以及紧急工况的处理工作,可以对操作员进行上岗之前的培训,此系统有着很大的应用前景。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 第一章 文献综述
• 1.1 化工流程模拟概述
• 1.1.1 化工流程模拟系统的组成
• 1.1.2 化工流程模拟基本技术
• 1.1.3 化工流程模拟系统的分类
• 1.1.4 化工流程模拟技术的应用
• 1.2 聚丙烯工业简介
• 1.2.1 聚丙烯工业发展概况
• 1.2.2 聚丙烯的工艺进展
• 1.2.3 丙烯聚合催化剂的研究进展
• 1.3 论文选题的目的和意义
• 第二章 HYPOL工艺聚丙烯装置的系统分析
• 2.1 HYPOL聚丙烯工艺概况
• 2.1.1 制氢系统
• 2.1.2 丙烯精制系统
• 2.1.3 催化剂配置系统
• 2.1.4 丙烯冲洗和进料系统
• 2.2 聚合工段工艺流程
• 2.2.1 液相聚合系统
• 2.2.2 气相聚合系统
• 第三章 HYPOL工艺聚丙烯装置的稳态模型建立
• 3.1 组分数据
• 3.2 热力学计算模型
• 3.3 丙烯聚合机理及动力学模型建立
• 3.3.1 丙烯聚合的机理研究
• 3.3.2 丙烯聚合动力学模型建立——生成函数法
• 3.4 聚合反应器模型化
• 3.4.1 液相反应器模型化
• 3.4.2 气相流化床反应器模型化
• 3.5 基于生成函数法的聚合物特性表征
• 3.5.1 数均分子量
• 3.5.2 重均分子量
• 3.5.3 熔融指数
• 第四章 基于链节分析法的动态模型建立
• 4.1 链节分析法动力学模型
• 4.2 聚合物特性的计算
• 4.2.1 聚合物产量
• 4.2.2 数均分子量
• 4.2.3 丙烯转化率
• 4.3 全混釜动态模型的建立
• 4.3.1 全混釜动态模型物料衡算
• 4.3.2 全混釜动态模型热量衡算
• 4.3.3 全混釜动态模型相平衡计算
• 4.4 动态模拟的控制方案
• 第五章 模型求解以及结果讨论
• 5.1 稳态模拟的结果讨论
• 5.1.1 催化剂流量对聚合物产量的影响
• 5.1.2 氢气流量对聚合物分子量的影响
• 5.1.3 氢气流量对聚合物熔融指数的影响
• 5.2 动态模型求解技术
• 5.2.1 实时动态模拟的序贯模块法
• 5.2.2 全混釜动态模型求解
• 5.3 仿真软件的开发
• 5.4 动态仿真结果讨论
• 5.4.1 动态模型的验证
• 5.4.2 反应条件变化对PP产量的动态影响
• 5.4.3 牌号切换过程的简单模拟研究
• 5.5 仿真软件的效果及应用
• 第六章 结论
• 参考文献
• 附录
• 致谢
• 研究成果及发表的学术论文
• 作者和导师简介