PTA生产中4-CBA浓度的影响因素分析和软测量VIP专享VIP免费

PTA生产中4-CBA浓度的影响因素分析和软测量王丽军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-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：TQ245．122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1500～3000μg/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75kt／PTA生产工艺为研究对象．相关工艺参数见表1。表1PTA装置氧化反应器工艺参数Tab．1ProcessconditionsOfPTA0xidatiorIreactorPTA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lPx氧化反应器示意图Fig.1Schematicdlagrm：ofPXoxidationreactor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，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：FinXin'H2O+RH2O+FLXL,H2O=FoutXh2o+FvyGh2oFinXin,HAc+FLXL,HAc=FoutXHAc+FvyG,HAc式中Fv,FL_____塔顶蒸汽量和回流；RH2O——水的生成速率Xl.H2O,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、蒸发及换热等多种传递过程．因此，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MATLAB函数库求解。从表3中看到，二者还是比较吻合的，因此可以使用该模型考察各类工艺参数的影响，指导工业生产过程。表2动力学参数Tab．2ValuesOfkineticDarametetrs表3模型计算结果和工业运行数据的比较Tab．3COmparisonbetweensimulationresultsandfielddata2各工艺参数对4-CBA浓度的影响2．1反应温度的影响由图2，3可...