1.一种聚酯降膜增黏反应过程模拟分析方法,其特征在于包括:
对聚酯进行聚合反应动力学模型分析、气液两相传质分析以及降膜流体动力学行为分析;
采用反应动力学模型、气液两相传质模型和流体动力学模型对整个聚酯降膜增黏反应过程进行物料衡算,设置边界条件及初始条件,利用数值计算求解物料平衡方程,建立聚酯降膜增黏反应器模型,包括:A)根据聚合反应动力学、气液传质动力学以及降膜流体动力学建立降膜增黏反应器中沿流体轴向流动方向的体积微元质量平衡方程;
B)依据工业中降膜增黏反应器操作参数设置边界条件,选择离散格式,使用数值积分方法求解物料衡算方程;
C)定义并初始化变量、常量和参数,利用软件求解器求解物料平衡方程,输出气液相关键过程性能指标;所述变量、常量和参数包括组分数量、空间方向离散的点数、求解的常微分方程数量、熔体聚合物的流速中的一种或多种;所述气液相关键过程性能指标包括数均分子量、特性黏度及端羧基含量中的一种或多种;
根据聚酯反应生产流程构建聚酯熔体降膜增黏反应全流程,包括:
1)调用流程模拟软件的自动控制接口导入降膜增黏反应器的前序反应流程输出的出料数据作为模型输入值,运行数值计算软件计算物料衡算方程,得到变量随反应进程的变化;所述变量包括聚合产物分子量、端羧基浓度、端羟基浓度、羟基缩合物含量、特性黏度中的一种或多种;
2)创建流程模拟的组件对象模型对象,打开运行模型文件,设置用户界面可见性,在数值计算软件中运行获取输出各组分信息;
以经过缩聚得到一定聚合度的聚酯熔体指标参数作为输入值,进行反应速率的偏微分方程组计算,输出聚合产物性能参数及各特征组分含量信息,对聚酯降膜增黏反应过程模拟结果进行分析。
2.根据权利要求1所述的方法,其特征在于:所述聚合反应动力学模型包含生成副产物水、羟基化合物的链增长反应过程;
所述聚合反应动力学模型分析包括如下步骤:
S1:确定聚合反应过程主反应与副反应:利用“链节分析”方法将反应简化成有限种基本链节单元的组合,以缩聚链增长反应为主导,确定生成醛、羟基化合物、羟基缩合物、水以及端烯基的反应方程式;
S2:反应速率常数和平衡常数的确定:通过Arrhenius方程描述温度对反应速率常数的影响,指定方程中指前因子和活化能,确定可逆反应平衡常数,求解正逆反应速率值;
S3:反应动力学方程建立:使用反应动力学模型分析各组分反应动力学方程,将建立的方程组编译导入数值计算软件中的可执行函数脚本文件中。
3.根据权利要求1所述的方法,其特征在于:所述气液两相传质分析包括如下步骤:(a)根据气液两相需要分析的组分目标,选择合适的物性模型并且设置相关的属性值,包括相对分子质量、临界温度、压力、可压缩性、气液相压力、摩尔体积、聚合物分子量和黏度特性参数中的一种或多种,存储属性到全局数据数组;
(b)针对高黏聚合物熔体小分子脱挥过程的模拟分析方法,根据气液相平衡过程,确定体系中的可挥发性组分,调用各组分属性组构建界面处气液平衡方程,在数值计算软件中进行相应设置;
所述可挥发性组分具体为:根据各挥发性组分对反应过程的显著影响程度,考虑气相中可挥发性组分包括羟基化合物和水两部分,液相中包括羟基化合物、水、羟基化合物的缩合物和醛类,并对气液两相中挥发性组分设置相平衡过程参数;
(c)确定影响气液传质速率的降膜增黏反应过程的反应器设备结构和工艺条件参数,引入传质系数对气相组分的传质通量进行计算,依据工业中反应器运行时气相传质通量迭代计算传质系数;
(d)初始化各组分物性输出属性组完成迭代求解计算,得到在聚酯降膜增黏反应过程气相可挥发性组分传质通量。
4.根据权利要求1所述的方法,其特征在于:所述降膜流体动力学行为分析包括如下步骤:根据低速层流聚合物运动,确定流动过程中的分子扩散系数,建立对流扩散方程,在数值计算软件中进行相关模型参数设置,包括物料流量、动力黏度和自由降液膜区域内微元体的流动速度。
5.根据权利要求1所述的方法,其特征在于:对聚酯降膜增黏反应模拟结果的分析还包括开展不同降膜增黏反应器操作条件的过程模拟计算,并对操作条件影响降膜增黏反应效果进行分析,包括:将流程模拟文件导入数值计算软件中进行处理,将获取的数据输出并显示为数据表格、图形或曲线中的一种或几种,观察和分析模拟计算的结果,了解降膜增黏过程轴向各组分性能指标分布;
在数值计算软件中,对降膜增黏反应器单元模块进行迭代循环计算,系统性地调整和分析不同操作参数对反应效果的影响;通过多次仿真运行,收集运行的关键数据,并进行比较分析。
6.根据权利要求5所述的方法,其特征在于:所述不同操作参数包括温度和压力中的一种或多种。
7.根据权利要求5所述的方法,其特征在于:所述关键数据包括反应产物浓度、聚合物分子量和黏度变化中的一种或多种。