己内酰胺连续水解聚合数值模拟及流程分析

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聚合物模拟软件Polymer Plus是解决聚合物工业方案的有效途径,在计算机上以单元模块对实验或者聚合物工艺流程进行“再现”,使用严格和高效的计算方法,进行单元和全过程的计算。进行工艺参数的分析,研究过程参数对聚合物性质的影响趋势。提高产品质量,优化装置,也可节省时间、大量资金和操作费用。尼龙6(PA6)作为纺织材料和工程塑料广泛应用于服装、汽车、电子和航空航天等领域。随着计算机的发展,人们开发了用Polymer Plus聚合物模拟软件仿真PA6的聚合生产过程,其中己内酰胺水解开环聚合是生产PA6技术最成熟的一个工艺过程,根据水解常压连续聚合(一段式聚合)工业流程在Polymer Plus聚合物模拟软件中进行建模分析。以国内外相对成熟的动力学和热力学为研究基础,确定聚合反应动力学数据,热力学计算采用聚合物非随机二液相活度系数模型(PolyNRTL),并选取适当单元模块,对参数进行数据拟合。在验证模型准确性的前提下,进行工艺参数条件的灵敏度分析与操作参数的优化。本文在Polymer Plus系统模块中,建立一段式己内酰胺连续水解熔融聚合过程,根据实际工业生产工艺建立一段式己内酰胺常压连续聚合仿真模型,以反应动力学和热力学为基础,用两个连续搅拌器(CSTR1、CSTR2)和活塞流反应器(PFR)串联组合的模式来仿真三段加热的直形Vereinfacht Kontinuerlich(VK)管内的反应过程,拟合动力学和热力学数据,与工业数据结果进行对比,调整参数,进行模型准确性验证。在验证模型准确性的基础上,分析温度类型对聚合物主要指标的影响,研究结果表明:程序控温(TCP)温度形式下,聚合物PA6的主要性能呈现的结果最优;TCP温度形式下,VK管中顶部和底部温度相同时,升高中间釜温度,导致单体转化率(XCL%)值下降,且随着停留时间的延长,XCL%值趋于恒定;温差较大且整体温度偏高有利于数均分子量(Mn)的提高,同时也造成萃物含量(EV%)和环状二聚体(CD%)值的增加。最后,以TCP控温模式为基础,研究聚合工艺参数:分子量稳定剂用量、进料水含量、聚合塔各段温度、进料量等对单体转化率XCL%,PA6聚合物分子量Mn、二聚体含量CD%的影响趋势,研究结果显示:分子量稳定剂醋酸含量对PA6的分子量有显著影响;后聚釜PFR反应温度对CD%值和XCL%的影响最为明显;聚合物分子量Mn则受预聚釜CSTR1温度影响较大,且VK管中TCP温控模式为(255 ,260 ,255 )时,所得到的PA6产品性质最好。
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