基于自编反应器模块的间二甲苯氧化工艺流程模拟与优化
2021-10-18王士林吕全明孙伟振
王士林,吕全明,孙伟振,赵 玲,2
(1. 华东理工大学 化学工程联合国家重点实验室,上海 200237;2. 新疆大学 化学化工学院,新疆 乌鲁木齐 830046)
间苯二甲酸(IPA)是重要的化工原料,主要通过间二甲苯(MX)液相氧化获得,主要应用于高性能聚酯材料和涂料等领域[1-3]。Aspen plus流程模拟软件具有丰富的物性数据库,且应用于各类电解质、非电解质体系的热力学方法也日臻完善[4]。尽管化学反应过程具有多样性和复杂性,在输入有关反应动力学的信息时,Aspen plus软件通常要求用户输入标准幂函数型的动力学参数[5-6]。Wang等[7]指出幂函数动力学模型不能准确反映MX氧化过程,他们基于自由基链式反应机理提出了双曲型的MX氧化动力学模型。本课题组的孙建海[8]基于烃类氧化机理,同样提出了包括链引发、链传递、链终止的MX氧化动力学模型,用来表示MX氧化主反应和燃烧副反应过程[9]。如果MX氧化动力学方程中包含自由基组分,会导致无法在Aspen plus软件中直接添加这些缺乏物性参数的非分子型物质[10-12]。基于反应机理建立的动力学方程通常不符合Aspen plus软件要求的标准幂函数型的表达方式。因此,为了实现MX氧化过程的流程模拟,需要采用Fortran语言编写氧化反应器模块程序,然后再通过CAPE-OPEN标准链接到Aspen plus软件中。
本工作首先采用Fortran语言编写了基于自由基链式反应机理的MX氧化反应器模块程序,并且结合Aspen plus流程模拟软件中原有的换热器、吸收塔等模块,建立了MX氧化反应过程的工艺流程。通过实际工况的MX氧化反应结果,对所建立的MX氧化工段流程模拟进行了对比以验证模型的准确性。……
