碳酸盐法生产六亚甲基二异氰酸酯(HDI)工艺的全流程模拟

摘要

1,6-六亚甲基二异氰酸脂(HDI)是一种用途广泛的化工材料,具有巨大的潜在市场,我国严重依赖进口。本文通过对碳酸盐法生产六亚甲基二异氰酸脂(HDI)工艺的全流程模拟,试图为HDI生产提供一些参考的依据。
　　 论文针对HDI生产过程的复杂性,对HDI生产的流程进行合理的搭建与假设,选取了合适的单元设备与反应器,采用化工系统工程的核心技术一切割与排序技术对全流程进行合理的分析,解决了多流股回流的切割问题。
　　 针对HDI流程复杂,组分繁多,有关数据资料少,体系的非理想性强的特点,对缺少的物性进行了合理的估算,并采用严格的机理模型进行模拟。对于精馏塔模型,采用经典的三对角矩阵,通过泡露点计算法求解,在体系的求解上选择了序贯模块法、双层法等适宜的解法。这些方法能大大提高计算效率和稳定性。对于状态方程三次函数的求解,没有采用传统的Newton法和割线法,而是采用王健红三阶迭代法,具有计算速度快于一般解析法,对初值要求不高的优点。
　　 在建立整个工艺流程的完整模型基础上,从安全、节能、环保、提高生产效率几方面考虑,利用模拟软件对工况变化进行了研究与敏感性分析,并对各塔的水力学进行了模拟计算分析。根据模拟分析的结果,找出了系统的合理操作弹性范围,并对最佳操作参数给出分析和建议。本套模拟基本反映了碳酸盐法生产HDI工艺的运行规律,可作为新建或改造HDI项目的一个参考依据,对我国聚氨酯事业的发展也有一定的意义。

目录

文摘

英文文摘

Contents

符号说明

第一章 文献综述

1.1 化工流程模拟技术概述及发展状况

1.1.1 流程模拟系统的分类

1.1.2 流程模拟系统的构成及各部分作用

1.1.3 稳态模拟与动态模拟的比较

1.1.4 动态模拟系统的主要功能和应用领域

1.1.5 国内外动态模拟的发展

1.1.6 化工装置仿真机

1.2 异氰酸酯的发展及生产技术概况

1.2.1 国内外异氰酸酯生产、消费和生产技术状况

1.3 六亚甲基二异氰酸酯(HDI)消费、用途与合成方法

1.3.1 六亚甲基二异氰酸酯(HDI)消费与用途

1.3.2 HDI合成方法

1.4 HDI生产过程的模型化

1.4.1 建立数学模型的方法

1.5 论文工作的目的与意义

第二章 HDI生产工艺设计及流程说明

2.1 HDI生产工艺设计概述

2.1.1 碳酸盐法基本原理

2.1.2 HDI生产过程和工艺说明

2.1.3 原料性质及组成

第三章 HDI生产工艺系统分析及数学模型的建立与求解方法

3.1 HDI生产工艺系统分析

3.1.1 光气合成

3.1.2 反应机理及动力学分析

3.2 HDI工艺数学模型的建立与求解

3.2.1 基本单元模型的建立与求解

3.2.2 平衡闪蒸模型与求解

3.2.3 精馏塔数学模型的建立与求解

3.2.4 光气合成反应器模型与求解

3.2.5 光气化反应器模型与求解

3.3 热力学性质模型与求解

3.3.1 流体P-V-T关系模型与求解

3.3.2 流体的实际焓模型与求解

3.3.3 流体的逸度模型与求解

3.3.4 活度系数模型与求解

3.3.5.相平衡模型与求解

第四章 HDI物性数据的估算及算法分析

4.1 HDI物性数据的计算

4.1.1 临界性质的计算

4.1.2 偏心因子ω的估算

4.1.3 正常沸点Tb的估算

4.1.4 标准沸点下液体摩尔体积Vb的估算

4.1.5 纯液体的蒸汽压pvp估算

4.1.6 标准沸点下蒸发潜热ΔHvb的计算

4.1.7 热容Cp的估算

4.1.8 理想气体的热力学性质计算

4.2 模型的求解策略

4.2.1 HDI流程的切割与排序

4.3 算法的适定性分析

第五章 模拟结果分析与讨论

5.1 HDI工艺流程简图

5.2 模拟结果分析与讨论

5.2.1 干燥塔的模拟结果与分析

5.2.2 反应器的模拟结果与分析

5.2.3 HCI解析塔的模拟结果与分析

5.2.4 光气吸收塔的模拟结果与分析

5.2.5 焦油浓缩器的模拟结果与分析

5.2.6 第二脱ODCB塔的模拟结果与分析

5.2.7 精制塔的敏感性分析

第六章 结论与展望

参考文献

致谢

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