PTA生产中4CBA浓度的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 (1 .浙江大学信息科学与工程学院; 2 .浙江大学材料与化工学院,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-CB A 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: TQ245 .1 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 ~ 3000 μ g/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/ PTA 1。表1 PTA 装置氧化反应器工艺参数 Tab .1 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: F inX in, i =F outX i +R i 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, 也是体系中主要的有色杂质. 数学模型由以下方程构成: 对挥发性组分溶剂醋酸和水,总的物料衡算方程: F inX in'2+R HO+F LX L,H2O = FoutXh 2 o+Fv y Gh 2o FinXin,HAc +FLXL,HAc=Fout XHAc+Fv yG,HAc 式中 Fv,FL_____ 塔顶蒸汽量和回流; R HO ——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1。上述模型给出的代数方程组则通过调用 MATLA B 函