精对苯二甲酸(PTA)是聚酯的重要原料,其生产主要采用对二甲苯(PX)空气液相氧化法。PX氧化得到粗对苯二甲酸(CTA)后通过加氢精制得到精对苯二甲酸。本课题组曾对PX氧化过程进行了详细的研究,但加氢精制部分尚未涉及。 本文主要对PTA过程中的关键单元进行建模,对过程中相关工程问题进行研究,完成包括PX氧化过程和CTA加氢精制过程的PTA生产工艺全流程模拟。主要包括以下五个部分的具体内容: 醋酸-水-共沸剂体系液液平衡研究 醋酸体系气液两相均存在缔合现象,气相的非理想性可以用化学理论法来描述,液相的非理想性用UNIQUAC等模型描述。为得到UNIQAC模型参数,本文在不同温度下做了醋酸—水—共沸剂体系的液液相平衡实验。通过与气相数据一起回归,得到了醋酸正丁酯和醋酸正丙酯两种不同共沸剂体系的UNIQUAC模型参数。 非均相共沸精馏研究 非均相共沸精馏是一个低能耗的回收醋酸以及除去有机杂质的方法,此法广泛地应用在各PTA工艺中。本文对非均相共沸精馏体系进行了热力学稳定性分析,得到了液相分裂的判据。结合此体系的相平衡模型建立了共沸精馏塔的工业数学模型。 CTA加氢精制反应器机理建模 CTA加氢精制反应器是PTA过程中一个非常重要的装置,它决定了最终PTA产品的纯度。本文采用化学工程的方法,分别从对羧基苯甲醛(4-CBA)加氢还原动力学和加氢反应器传递规律两个方面进行研究,建立加氢精制过程的基础数据库。考虑加氢反应器的工业特性,耦合所考虑的因素,建立了反应器的工业数学模型。并将计算结果与工业数据进行了对比,验证了模型的可靠性。 PTA多级串联结晶过程机理建模 PTA多级串联结晶过程决定了最终PTA产品的重均粒径以及粒度分布。本文用矩量法对PTA结晶过程进行分析,通过回归工业数据,得到PTA结晶动力学相关参数。考虑能量衡算、质量衡算、粒数衡算等方程,结合PTA多级串联结晶相关特性,建立了工业数学模型。对不同工艺的PTA结晶过程进行了模拟,并考察了结晶器操作参数对PTA产品质量的影响。