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基于Aspen的丙烯聚合过程模拟

作　者: 雷玉龙
导　师: 胡仰栋
学　校: 中国海洋大学
专　业: 化学工程
关键词: Aspen Plus模拟软件 Spheripol聚合工艺聚丙烯
分类号: TQ325.14
类　型: 硕士论文
年　份: 2013年
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内容摘要

聚丙烯（polypropylene，PP）是一种性能十分优良的热塑性合成树脂，具有高强度、高熔点、高耐磨性等优点，已经普遍应用于农业、日常生活和汽车工业等各个领域。由于其原料来源丰富、价格便宜、易于加工成型、产品综合性能优良，用途非常广泛，自工业化以来聚丙烯成为通用树脂中发展最快的品种。目前国际上生产聚丙烯的工艺多种多样，其中采用Spheripol工艺的聚丙烯装置总生产能力约占50%，对其进行模型化研究，对工艺改进、产能扩建、新产品开发等均具有重要意义，本文依托Aspen Plus软件，结合实际生产数据，模拟了丙烯聚合过程。论文主要内容和取得的主要结论包括以下几个方面：（1）在前人的研究基础上，对其提出的聚合机理做了适当简化，建立了丙烯均聚和共聚模型，推导了聚丙烯相关物性的计算方法。采用本文提出的聚合模型用软件模拟计算得到的结果与实际生产数据有较好的吻合度，说明本文提出的丙烯聚合反应模型能较好的模拟丙烯聚合的过程，能在理论上指导各因素对聚合反应的影响。（2）利用Aspen Plus软件建立了丙烯聚合工艺的模型，结合实际生产中的工艺参数，模拟了牌号为EPS30R的聚丙烯产品生产过程。考察了反应器循环比对反应器温度和物料组成分布的影响。环管反应器模拟结果显示，反应器的循环比对反应器内的温度和组分分布有较大的影响，在循环比较小时，反应器内物料温度和物料组成波动较大，特别是在丙烯加料口处。随着循环比的增加，物料温度趋于稳定，这有利于产品质量控制，同时物料组成分布也趋于均匀。验证了实际生产过程中环管反应器内采用较高循环比的合理性。（3）同时对生产过程进行了简单工况分析。结果显示不同进料条件对聚丙烯的模拟结果有不同的影响，催化剂进料量增加，聚丙烯产量和分子量分布指数呈现上升趋势，而数均分子量是降低的。助催化剂进料增加时，聚丙烯产量和分子量分布指数减小，数均分子量增加。氢气进料量对聚丙烯数均分子量影响较大，数均分子量随氢气量增加而减小，但是对丙烯转化率基本没有影响。通过结果对比发现，催化剂进料量对聚丙烯模拟结果的影响最大，特别是对聚丙烯产量的影响。（4）利用得到的工况分析结果指导聚丙烯新产品开发，在建立的丙烯聚合模型基础上，依照新产品属性的目标值，不断调整，最终得到了生产聚丙烯新产品的各物流进料条件，为开发新牌号聚丙烯NPP1产品提供了参考数据。

全文目录

摘要  5-7
Abstract  7-11
1 文献综述  11-28
  1.1 聚合工程  11-12
    1.1.1 高分子合成工艺过程简述  11
    1.1.2 合成工艺分类  11-12
  1.2 聚丙烯工艺技术介绍  12-19
    1.2.1 环管聚丙烯工艺  13-15
    1.2.2 釜式聚丙烯工艺  15-16
    1.2.3 气相流化床聚丙烯工艺  16-17
    1.2.4 气相搅拌床聚丙烯工艺  17-19
  1.3 丙烯聚合催化剂和配位聚合机理  19-22
    1.3.1 丙烯聚合催化剂  19-20
    1.3.2 丙烯聚合机理  20-22
  1.4 化工过程模拟  22-26
    1.4.1 化工过程模拟方法  23-24
    1.4.2 Polymer plus 软件介绍  24-26
  1.5 丙烯聚合过程模拟  26-27
  1.6 本文研究内容  27-28
2 聚丙烯聚合动力学模型  28-36
  2.1 丙烯均聚动力学模型  28-32
  2.2 乙烯丙烯共聚动力学模型  32-35
  2.3 本章小结  35-36
3 聚丙烯生产过程模拟  36-56
  3.1 建立模拟流程  36-37
  3.2 输入物流和设备参数  37-39
    3.2.1 组分和进料条件  37-38
    3.2.2 设备参数  38-39
  3.3 物性计算方法和聚合反应动力参数  39-41
    3.3.1 物性计算方法选择  39-40
    3.3.2 聚合反应动力学常数  40-41
  3.4 环管反应器模拟  41-47
    3.4.1 预聚合反应器  42-43
    3.4.2 聚合反应器  43-47
  3.5 模型计算结果  47-49
  3.6 工况分析  49-54
    3.6.1 催化剂对工艺模拟结果的影响  49-51
    3.6.2 助催化剂对工艺模拟结果的影响  51-52
    3.6.3 氢气对工艺模拟结果的影响  52-54
  3.7 本章小结  54-56
4 聚丙烯新牌号的开发  56-60
  4.1 模型在开发新产品过程中的应用  56-59
  4.2 本章小结  59-60
5 结论  60-61
参考文献  61-65
附录  65-68
致谢  68-69
个人简历  69-70

基于Aspen的丙烯聚合过程模拟

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