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专利号: 202510009331X
申请人: 浙江理工大学
专利类型:发明专利
专利状态:已下证
更新日期:2026-06-16
缴费截止日期: 暂无
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摘要:

权利要求书:

1.一种降膜脱挥反应制备可熔体直纺聚酰胺6的过程模拟方法,其特征在于包括:对聚酰胺6进行聚合反应动力学模型分析、气液两相传质分析和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酰胺6降膜脱挥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,建立聚酰胺6降膜脱挥反应器模型;

所述聚合反应动力学模型包含己内酰胺单体的水解开环反应及加成反应、氨基己酸缩合聚合反应为主的链增长反应;

所述降膜脱挥反应器的内部设有熔体腔、布膜结构、可支撑熔体流体流动的降膜支撑件、与外界连接的脱挥口,经过水解聚合后的聚酰胺6预聚物/缩聚物熔体沿降膜支撑件向下流动的同时完成挥分的脱除和分子链增长反应;

根据聚酰胺6反应生产流程构建聚酰胺6熔体降膜脱挥反应全流程,以水解聚合后得到聚酰胺6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,分析聚酰胺6降膜脱挥反应过程模拟结果。

2.如权利要求1所述的过程模拟方法,其特征在于,

进入降膜脱挥反应器的聚酰胺6熔体的相对黏度为1.4~3.0,己内酰胺单体及其低聚物浓度为熔体总质量的6~15%;

降膜脱挥反应器出口的聚酰胺6熔体的相对黏度为2.2~4.0,己内酰胺单体及其低聚物浓度为熔体总质量的0.1~2%。

3.如权利要求1或2所述的过程模拟方法,其特征在于,

所述聚酰胺6为利用己内酰胺或己内酰胺与其他改性单体进行共聚反应的聚酰胺6及其改性物;

所述可熔体直纺聚酰胺6为可挥发性组分含量低于2%的聚酰胺6。

4.如权利要求1所述的过程模拟方法,其特征在于,所述聚合反应动力学模型还包括低聚体的开环及加成反应和生产环状低聚体;

开展所述聚合反应动力学模型分析包括如下步骤:

(1)确定聚合反应过程中的主反应和副反应: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,以链增长反应为主导,确定生成端胺基、端羧基、低聚体、水的反应方程式;

(2)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;

(3)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。

5.如权利要求1所述的过程模拟方法,其特征在于,所述气液两相传质分析包括如下步骤:(1)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、气液相压力及摩尔体积、聚合物分子量和相对黏度参数,存储属性到全局数据数组;

(2)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,气相中可挥发性组分包括己内酰胺和水两部分,液相中包括己内酰胺、水、低聚物,并对气液两相中挥发性组分设置相平衡过程参数;

(3)确定影响气液传质速率的降膜脱挥反应过程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;

(4)初始化各组分物性输出属性组完成迭代求解计算,得到在聚酰胺6降膜脱挥反应过程中气相可挥发性组分的传质通量。

6.如权利要求1所述的过程模拟方法,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。

7.如权利要求1所述的过程模拟方法,其特征在于,构建所述聚酰胺6降膜脱挥反应器模型构建中包括如下骤:(1)根据聚合反应动力学、气液两相传质动力学和降膜流体动力学建立降膜脱挥反应器向下流动方向的体积微元质量平衡方程;

(2)依据工业中降膜脱挥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;

(3)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。

8.如权利要求1所述的过程模拟方法,其特征在于,构建所述聚酰胺6降膜脱挥反应全流程包括如下步骤:(1)调用流程模拟软件的自动控制接口导入降膜脱挥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,得到性能指标随反应进程变化的数据;

(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。

9.如权利要求8所述的过程模拟方法,其特征在于,所述性能指标包含聚合产物数均分子量、相对黏度、单体含量、低聚物含量及端羧基与端胺基含量中的一种或多种。

10.如权利要求1所述的过程模拟方法,其特征在于,所述分析聚酰胺6降膜脱挥反应过程模拟结果包括以下步骤: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,了解聚酰胺6降膜脱挥过程的各组分性能指标分布。