PTA生产中4CBA浓度影响因素分析和软测量.doc

PTA生产中4-CBA浓度的影响因素分析和软测量
发布于:2006-6-3 点击次数:217
                   王丽军1  张宏建1  李希2
           (;,浙江杭州310027)
摘  要:根据济南化纤公司75kt/a精对苯二甲酸(PTA)的生产工艺,建立了对二甲苯(PX)氧化反应器的数学模型,模型能够较好地预测不同工艺条件下的对羧基苯甲醛(4-CBA)浓度。在此模型基础上,对现有工艺过程进行了数值模拟,结果发现,4-CBA浓度与尾气co2浓度和单位液相体积耗氧速率具有很强的相关性。通过数据回归得到了4-CBA软测量模型,该软测量模型结果与工业运行实测结果基本一致。
关键词:精对苯二甲酸对二甲苯  对羧基苯甲醛  数学模型  软测量
中图分类号: 22  文献识别码:A  文章编号:1001-0041(2005)06-0001-04
    对苯二甲酸(TA)是聚酯纤维的重要原料,主要采用对二甲米(PX)液相空气氧化法生产。其中,对羧基苯甲醛(4-CBA)是主要的有色副产物,也是精对苯二甲酸(PTA)产品中的主要杂质及重要质量指标。为了节能降耗,并保证PTA的产品纯度,一般工业要求其含量在TA 中为1 500~3000μg/g。但实际生产中,由于4-CBA含量无法
在线分析,离线分析又滞后,不能满足控制要求,因此迫切需要建立一个能够较精确预测4-CBA浓度软测量模型。浙江大学对PX氧化过程进行了多年研究,在反应机理与动力学[1~4]、反应器流动与传递规律[5]等方面获得了大量规律性认识和基础数据。作者在研究基础上,建立氧化反应器数学模型,考察不同因素对4-CBA浓度的影响,建立了方便应用于工业过程的4-CBA浓度软测量模型。
1  氧化反应器数学模型
    以济南化纤公司75 kt/。
    表1 PTA装置氧化反应器工艺参数
      Process conditions Of PTA 0xidatiorI reactor
  PTA装置的氧化反应器采用连续搅拌鼓泡一二三主器内混合均匀、传质效果好且无内置换热器,通过溶剂蒸发后冷凝回流移走反应热,控制釜内温度。空气、液相反应物PX、催化剂和溶剂(醋酸和水的混合物)连续进料,淤浆产物TA从塔底部出料,反应器结构示意图参见图1。
    图l Px氧化反应器示意图
   Schematic dlagrm:of PX oxidation reactor
    搅拌鼓泡塔内的浓度不均匀、压力不均匀和温度不均匀等现象对反应过程的影响很小,气液固三相可作为全混考虑。
    非挥发性液相组分的物料衡算式如下:
    FinXin,i=FoutXi+Ri
式中Fin,Fout—反应器进出口流量;
 Xin,i,Xi—反应器进口和反应器内各组分的浓度;Ri—i组分(i代表PX,TALD,PT,4-CBA,TA)的总生成速率。
    反应路径如下,其中4-cBA是与产物TA相邻的一个中间产物,:
       对挥发性组分溶剂醋酸和水,总的物料衡算方程:
FinXin'H2O   + RH2O    +FLXL,H2O    =  FoutXh2o+Fv yGh2o
FinXin,HAc +FLXL,HAc=Fout XHAc+Fv yG,HAc
式中Fv,FL_____塔顶蒸汽量和回流;RH2O——水的生成速率
    ,hA_____水和醋酸液相中的摩尔分数:
  yc,H2O,yG,HAc——水和醋酸气相中的摩尔分数。
    其它组分,如氧气,氮气,Co2,C0等也可按照式(1)~(3)相同方式建立物料衡算方程。
    氧化反应动力学数据是反应器模型最重要的模型参数,采用文献[l~4]给出的结果,反应遵循分数型动力学规律,各步主反应动力学由式
(4)给出,副反应主要是生成C02的燃烧反应,动力学由式(5)给出:
式中  Xi——液相组分Px,TALD,PT,4-CBA的浓度;
    rco2—C02生成速率。
    模型参数的数值由表2给出。
    在Px氧化反应器中除在液相中发生的化学反应外,还伴随着气液传质、三相混合、,建立模型涉及大量的物性参数,主要有:反应立器结构及操作参数、物性参数、气液传质数据和气液平衡参数等。其中,物性和气液相平衡计算来自ASPEN-PLUS给出的相关数据库,气液传质数据取自文献[5],反应器结构和操作条件参考表