甲基丙烯酸甲酯单体不用溶剂不加稀释剂进行聚合反应的过程称为本

本文格式为Word版，下载可任意编辑——甲基丙烯酸甲酯单体不用溶剂不加稀释剂进行聚合反应的过程称为本聚甲基丙烯酸甲酯简称PMMA，还被称为有机玻璃、亚克力。它是由甲基丙烯酸甲酯通过聚合而得。PMMA是具有优异性能的透明材料，它具有十分好的透光性，最高的全光谱透光率，他的透光率可达到92%，而且表观光泽度好。由于PMMA具有诸多优异性能而广泛地应用于汽车、广告、医学、通讯及建筑等领域。而近些年随着通讯技术网络的发展光学级的聚甲基丙烯酸甲酯被广泛的应用于电信传输领域。

甲基丙烯酸甲酯单体不用溶剂不加稀释剂进行聚合反应的过程称为本体聚合。由于甲基丙烯酸甲酯的聚合物能够溶解于单体中，虽然随反应的进行，反应体系的粘度逐渐增大，但是依旧为均一体系，属于均相反应。用本体聚合的方法可以制得纯净的，分子量比较高的聚合物。甲基丙烯酸甲酯的的本体聚合产物寻常称为有机玻璃，此外高纯度的聚合物还具有一系列的优异性能，特别是有突出的光学性能，

背景及设计意义

随着中国国民经济的稳定发展，特别是电子、电气工业、汽车工业已成为中国经济的支柱产业，另外，城市建设等基础项目的建设将对新型建筑材料有较大的需求，中国已成为全球聚甲基丙烯酸甲酯需求增长最快的国家。目前全球聚甲基丙烯酸甲酯应用已向高功能化、专用化方向发展，鉴于我国聚甲基丙烯酸甲酯生产能力和市场需求均浮现快速发展局面，特别是国内多套规模化装置的建设，加上汽车工业迅猛发展拉动，未来几年我国聚甲基丙烯酸甲酯工业进入一个新的发展阶段，其中最为关键的是加快聚甲基丙烯酸甲酯的应用研究。鉴于现代工业生产能力与实际需要之间的差距，现代聚甲基丙烯酸甲酯的工业化生产技术比较先进，但是还有更多的新技术可以应用到新的生产线上，对聚聚甲基丙烯酸甲酯的改性合成机理及其应用方面进行了研究,以及拉动我国聚甲基丙烯酸甲酯市场开发,适应环保事业发展要求,推动社会经济发展.

三、几种聚甲基丙烯酸甲酯聚合方法介绍

（一）悬浮聚合

1、悬浮聚合法生产工艺与设备

悬浮聚合法是MMA单体、引发剂、水、分散剂四个基本组分在搅拌剪切作用下先形成悬浮液，再经油溶性引发剂引发而进行的聚合反应。单体引发剂

分散剂聚合分开枯燥成品去离子水

2、悬浮聚合法工艺特点

悬浮聚合工艺是以MM单体MA单体为原料生产PMMA共聚物，由于生产工艺过程中有悬浮剂存在，使得产品的透明度较差，难以满足高透明度、高纯度以及特别制品、特别应用领域的需求。英国帝国化学工业公司(ICI)用悬浮聚合法生产PMMA模塑料，产品滚动性和力学性能都很好。但是悬浮聚合法的缺点是产品分子量分布宽，由于使用悬浮剂等助剂，产品不够纯净，污水排放多。3、悬浮聚合法设备

悬浮聚合主要设备是悬浮聚合釜，一般为带有夹套的搪瓷釜或不锈钢釜，间歇操作。大型釜除依靠夹套传热外，还配有内冷管或(和)釜顶冷凝器，并设提高传热系数。悬浮聚合体系粘度不高，搅拌一般采用小尺寸、高转数的透平式、桨式、三叶后掠式搅拌桨。反应过程中，由于聚合体系粘度低，传质、传热易于控制，反应终止后聚合物溶液只需经过简单的分开、洗涤、枯燥等后处理过程，即得到树脂产品，可直接用于成型加工；其技术成熟，设备投资费用较低，但生产能力较低，产品纯净度差(残单和灰分高)，不能进行大规模连续化生产，污水处理量大。

（二）溶液聚合

1、溶液聚合法生产工艺与设备

溶液聚合法是由单体、油溶性引发剂、链转移剂在溶剂中发生聚合反应生产PMMA聚合物的方法。反应后的聚合物熔体要经脱挥、造粒等工序获PMMA模塑料单体

引发剂聚合一级脱挥二级脱挥聚合溶剂

链引发剂溶剂回收

2、溶液聚合法工艺特点

溶液聚合法生产PMMA产品透明度和纯度高，可以生产部分特别有机玻璃制品。相对于悬浮法其工艺有如下特点：(1)生产工艺安全稳定。溶液聚合法反应速率较简单控制，相对悬浮聚合法来说不易产生“凝胶效应〞，聚合物没有结壁和堵塞管路问题。若发生突然停电等意外事故，聚合体系中因有大量溶剂存在对生产影响不大，比较安全可靠。而悬浮聚合法生产一旦停电，珠状粒料就会产生聚集，形成一个大的料块，不易清理，并造成了物料的浪费。(2)可实现连续聚合生产。(3)产品分子量分布均匀。(4)产品质量优异。溶液聚合法生产工艺中不使用悬浮剂、乳化剂等添加剂，产品杂质较少、雾度较低、透光率高、热稳定性好，诸多物理性能均优于悬浮聚合产品。(5)原料及能量消耗低。生产过程中，经过脱挥处理的熔融聚合物可直接进行造粒或生产挤出板材，从而消耗的能量较少。相比悬浮聚合法吨产品少消耗单体65kg，加工费节省约65%。(6)不存在污水和废气的处理。悬浮聚合会产生大量污水，应加以处理，增加了设备及消耗的能量。而溶液聚合工艺中不使用水，不存在污水处理问题。

溶液聚合法设备

由于溶液聚合大量溶剂的存在，体系粘度适中，使得传质、传热相对简单控制，因此溶液聚合大都采用釜式反应器进行大规模连续化生产。即在2个内装三层桨式搅拌器的串联搅拌反应釜中进行聚合。两聚合釜底部均采用齿轮泵输送熔融物料。一釜聚合物通过釜底的齿轮泵连续地送人带搅拌的其次反应釜，控制反应物的聚合程度和分子量分布。两聚合釜中的反应热是靠甲苯溶剂蒸发及冷凝液

回流的方式带出。其次聚合釜聚合反应后的熔融聚合物，采用两台脱挥器或脱挥器加脱挥螺杆组合去除挥发份。对于w(固)50%的PMMA聚合物溶液来说，若熔体粘度能够满足要求，无需脱挥器闪蒸过程，可直接采用脱挥螺杆脱挥，即可满足产品对挥发份的要求。（三）本体聚合

1、本体聚合法生产工艺与设备

本体聚合法是单体在不加溶剂和其它分散剂的条件下，在引发剂或光、热作用下的聚合反应。

单体

引发剂聚合一级脱挥二级脱挥聚合单体回收

2、本体聚合工艺特点

甲基丙稀酸甲酯本体聚合有两个显著的特点。(1)“凝胶效应〞

MMA在聚合过程中，当单体转化率达到约20％时，聚合速率显著提高，粘度上升很快，以致发生局部过热，甚至产生暴聚，这种现象称为“凝胶效应〞。“凝胶效应〞在很多单体聚合过程中都有发生，但在MMA的本体聚合中〞凝胶效应〞甚为明显。其产生的原因是随转化率的增加，反应体系的粘度增大，链增长活动受到限制，而单体的扩散速率却影响不大，因此链增长速率正常进行，而链终止速率却减慢，所以聚合物的分子量明显增大，聚合反应速率明显增加，出现了自动加速效应。这一特点会导致有机玻璃的分子量变宽，分子量甚至超过100万。在聚合过程中必需严格控制升温速度，把握自动加速效应发生的规律。(2)暴聚

在聚合过程中，当反应体系渐渐增稠而变成胶质状态后，热的对流作用受到限制，使反应体系积蓄大量的热，局部温度上升，导致聚合加快，以致产生大量的聚合放热，这种恶性循环的结果先是局部，然后扩大至全部达到沸腾状态，这就是所

谓的“暴聚〞。“暴聚〞形成的聚合体系夹带有大量的气泡，分子量低，分子量分布极不均匀，使产品的力学性能下降。若暴聚发生在密闭容器中，即能产生很大的压力，可使容器炸裂，引起事故。四、釜一反应式挤出机组合工艺

反应挤出方法生产聚合物始于20世纪60年代且发展迅速。聚合反应挤出是指以挤出机作为反应器，将反应物和完成反应所必需的引发剂、催化剂等物料在一定条件下混合并连续挤出，完成预定的聚合反应而得到相应聚合物的过程，国内成型，通过切料机得到均匀的PMMA颗粒产品。目前，连续反应挤出工艺制备PMMA颗粒料的发展趋势是在反应式挤出机中将芯材单体直接合成芯材聚合物.学者从20世纪80年代初开始从事该领域的研究，XX交通大学电力设备电气绝缘国家重点试验室钟力生等人，对连续本体聚合法制备聚合物光纤用PMMA芯颗粒料的工艺流程及生产设备的总体结构进行了详细研究，反应器采用釜式聚合反应器与反应式挤出机组合方式，可大幅缩短生产时间，可制备出纯度达到95%以上的PMMA颗粒料。

反应装置主体部分是一个CSTR反应器。MMA、引发剂和链转移剂等按一定的配比参与反应器中，在一定的聚合条件下，单体开始预聚合。当粘度增大到一定程度，聚合物送人同方向旋转、啮合型的双螺杆式反应式挤出机，其螺杆直径为30mm，长径比为33。物料在挤出机筒内进一步聚合反应，可以使MMA的转化率达到95%以上。在挤出机的后段实现产品的连续脱挥及挤出

项目意义

合成聚甲基丙烯酸甲酯的原料的合成途径原料MMA的生产路线的选择

甲基丙烯酸甲酯(简称MMA),为无色挥发性液体,是重要的有机化工原料。主要作为聚合单体用于生产其聚合物和共聚物,还可通过酯交换用于生产甲基丙烯酸高碳酯,主要应用于生产有机玻璃及有机玻璃模塑料,也用于生产丙烯酸涂料、聚氯乙烯助剂、纺织乳液、乳胶增塑剂、腈纶聚合的其次单体等。特别是近年来应用在光学级有机玻璃、光导纤维等高新技术领域,市场前景十分广泛。1甲基丙烯酸甲酯的合成1.1C-2路线(乙烯氧化法)

该工艺采用乙烯与合成气为原料进行羰基合成生成丙醛,再与甲醛缩合生成甲基丙烯醛,然后再氧化、酯化生成MMA。总转化率95%。乙烯法工艺较简单,原料易得,具有一定的竞争力,不过现在乙烯紧缺,暂时仍不能采用。1.2C-3路线

1.2.1丙酮氰醇法(ACH法)

1934年ICI公司发明此法,1937年工业化,世界上80%的甲基丙烯酸甲酯用这个工艺合成。丙酮氰醇和硫酸反应生成甲基丙烯酰胺硫酸盐,然后再和甲醇反应,生成甲基丙烯酸甲酯。丙酮氰醇是由氢氰酸和丙酮反应而成。硫酸用量为1.4～1.8mol/molACH,硫酸既作为反应物,也作为溶剂。首先生成甲基丙烯酰胺硫酸盐,副产物是a-羟基异丁烯酰胺硫酸盐(有水的状况下生成),而a-羟基异丁烯酰胺硫酸盐在比较高的温度和比较长的时间会生成甲基丙烯酰胺硫酸盐。整个反应需要参与阻聚剂。第一步反应80～100度,然后快速升高120～160度,整个反应时间1小时,这步转化率一般(按ACH算)是94%。接下来用甲醇和水酯化甲基丙烯酸酰胺硫酸盐。这个反应温度是100～150度,压力是7atm,反应时间是1小时,一步转化率是(以甲基丙烯酰胺算)82%,甲醇和甲基丙烯酸循环反应,最终甲基丙烯酸甲酯的转化率接近90%。生成的废水可以高温处理生成硫酸重复利用,也可以参与液氨,

制成硫铵。改进的ACH工艺是不用硫酸,最终转化率(按ACH算)84%。第一步是丙酮氰醇制备a-羟基异丁酰胺,这个反应是丙酮氰醇和水在MnO2催化作用下60度反应,转化率接近98%,然后再和甲醇在甲醇钠和离子交换树脂的催化作用下生成甲基丙烯酸甲酯,反应温度小于100度,这步转化率接近65%。1.2.2丙烯法

丙烯酸法从1960年开始研究。丙烯和一氧化羰和水在过渡金属催化下一步生成甲基丙酸烯甲酯。现在一般用镍碳催化剂,也有用钯碳催化剂,反应温度45～115度,反应压力20～60atm,整个反应在惰性的溶剂里,选择转化率99%。还有种工艺是强酸(氢氟酸)催化下丙烯和一氧化碳和水生成异丁酸,然后再和氧气在催化剂(铁磷和钼磷)的作用下生成甲基丙烯酸和水。异丁酸的转化率是90%,甲基丙烯酸转化率是95%,甲基丙烯酸一次性转化率是接近80%,反应温度300～400度,然后和甲醇生成甲基丙烯酸甲酯。

1.3C-4路线(异丁烯氧化法和叔丁醇氧化法)1.3.1异丁烯氧化法

异丁烯用酸性离子交换树脂作催化剂水合成叔丁醇,然后和空气在催化剂条件下反应生成甲基丙烯醛(反应温度300～420度,催化剂为含钼、铋、镁的氧化物,转化率为96%),再与空气在催化剂条件下反生成甲基丙烯酸(反应温度250～350度,氧与甲基丙烯醛的摩尔比为1:2,转化率为86%),得到的反产物用吸收、萃取等方法进行分开、提纯;最终用强酸阳离子交换树脂作催化剂,甲基丙烯酸经酯化反应得到甲基丙烯酸甲酯(反应温度70～110度,甲基丙烯酸酸下甲醇的摩尔1:1.4)。此法原料来源丰富、价廉、污染小,但工艺过程较为繁杂。1.3.2叔丁醇氧化法

叔丁醇氧化法和异丁烯氧化法一致,而且采用催化剂和反应条件也一致,分为五个工艺:水合工程;氧化工程;甲基丙烯酸回收过程;废气、废液燃烧过程;酯化过程。1.4甲基丙烯腈路线

甲基丙烯腈在硫酸作用下水解,不过最新工艺是甲基丙烯腈在酶催化剂作用下水解,生成甲基丙烯酸,然后再和甲醇酯化生成甲基丙烯酸甲酯。第一步转化率最高达100%。由于原料价格比较高,目前没有规模生产。1.5聚合物裂解回收

将聚甲基丙烯酸甲酯加热到300度,会发生化学分解和物理反应,生成甲基丙烯酸

甲酯。回收率达95%,国内有多套这种回收设备。

现在应用甲基丙烯酸甲酯越来越广泛,随着世界先进技术的发展,国内的ACH老工艺都需要改造或采用其它新的工艺路线。可以采用乙烯法,不过法国BASF公司目前还未转让这套技术。丙烯法依照目前的成本,利益较大,不过丙烯的价格不稳定,原料紧缺。选择异丁烯氧化法工艺路线,可以发挥石油裂解C4馏分的资源优势,此路线废液少、收率高、质量也很好。

工业用甲基丙烯酸甲酯的规格

工业用的甲基丙烯酸甲酯一般经酯化反应后通过饱和食盐水萃取洗涤过的粗甲基丙烯酸甲酯（粗单体），一般成分在93%左右。它含有20种左右的杂质。一些一致的杂质含量和沸点见表。

杂质名称二甲醚甲酸甲酯丙酮甲醇丙烯酸甲酯异丁酸甲酯水甲基丙烯酸乙酯分子式CH3-O-CH3HCOOCH3(CH3)2C=OCH3OHCH2=CH-COOCH3(CH3)2-CH-COOCH3H2OCH2=C(CH3)-COOC2H5α-羟基异丁酸甲酯α-羟基异丁酸乙酯H3CCH3沸点-23.65℃31.5℃56.5℃64.6℃80.5℃92.6℃100℃117℃含量范围%0.5~1.50.3~0.50.5~0.61.5~2.00.02~0.030.01~0.031.0~1.50.5~1CH3H3CCOOC2H51.0~3.0COH137℃COOC2H5微量cOH150℃甲基丙烯酸二丙酮醇α-羟基丙酸甲酯H3CH3CCH3H2CCH3COOHO1.5~2.00.01~0.05微量c161℃cOHH2CCCH3164-166℃60~61℃/35毫米汞OHCHCOOCH3OH柱58℃/19毫米汞柱丙酮氰醇α-羟基异丁酸H3CCH3微量微量H3CCCNOH82℃/23毫米汞柱CCH3COOH212℃84℃/15毫米汞柱甲基丙烯腈

H2CCH3微量CCN92℃粗单体中的杂质虽然有20多种，但主要应分开的是甲醇、水、α-羟基异丁酸甲酯和甲基丙烯酸。原因是这些杂质在粗单体中含量较大，沸点与单体的较为接近，分开时困难较大而其他杂质的含量较小，对产品的影响也较小。

甲基丙烯酸甲酯的纯化

本工艺设计结合实习单位内蒙古金瑞明材料科技有限公司较为成熟的千吨级甲基丙烯酸甲酯（MMA）提纯和连续本体法光纤级聚甲基丙烯酸甲酯（PMMA）树脂生产两项产业技术，对PMMA连续本体聚合生产技术进行分析和设计高性能光学级PMMA工艺，通过对甲基丙烯酸甲酯（MMA）提纯，经过连续本体聚合生产技术，生产出符合国家标准的高性能光学级PMMA材料产品。使实践和设计有机结合在一起的同时，对于提升我国国内企业在高端PMMA产品的行业地位水平具有重大而深远的意义。

由于生产的PMMA要求达到光学级所以对原料的要求也比较苛刻，要求其原料纯

度达到四个九以上，而我们所选的原料的规格为99.5%的甲基丙烯酸甲酯，所以我们需要对原料进行纯化使其达到聚合要求。我们所选择的提纯方法采用的是双塔减压精馏的方法对原料进行纯化。其工艺流程简图如下：

其工艺流程为粗单体MMA在检查并无产生聚合发粘的状况后，启动真空泵，控制初馏塔塔顶真空度在460毫米汞柱。调理投料阀将原料储槽由齿轮泵P1将粗MMA送入加热器E1，预热温度控制在35—40℃后，进入初馏塔的加料段。在初馏塔中，经过分馏，低沸点馏分甲醇和水与大部分单体在初馏塔塔顶恒沸留出。塔顶初馏物进入相分开器V1,在相分开器底下口端水和甲醇经过管道进入废液储槽，进行后处理，而在相分开器侧口大部分单体回到初馏塔内作为回流液。控制回流比在0.5-1即可。在初馏塔塔釜内的液体是纯单体组分和高沸点组分的混合液。塔釜内的温度控制在72-74℃，塔釜内的真空度控制在510毫米汞柱。塔釜内液体经再沸器大部分进入储槽内，小部分回流到初馏塔内，塔釜内的馏分经齿轮泵P2入预热器控制温度在50℃左右，而后进入精馏塔加料段。经过分馏，纯组分单体由塔顶溜出。控制塔顶的真空度560毫米汞柱，塔顶的温度控制在60-61℃。一部分单体回流到精馏塔内，控制回流比寻常在0.5左右，而回流比的确定是根据单体纯度要求而定的，当纯度要求特别高或粗单体质量不佳时，回流比可以加大到1-2。当纯单体被蒸馏出来后，高沸点组分逐渐积存在精馏塔的塔釜内，而

随着高沸点组分的不断增高，塔釜内的沸腾温度也不断增高温度一般在74-85℃，并且在该温度下单体的相对含量已经较少因此蒸出量反而减慢，塔顶的纯单体进入单体储槽。

ASPENPLUS模拟物料衡算和热量衡算

启动ASPENPLUS选择图3-01中的模板（Template）的启动方式，进入图3-02的图形界面后，选择模板（Generalwithmetricunits）。

图3-01

图3-02

完成以上操作后，就进入了用户界面的主窗口中，可以建立、编辑、显示模拟流程图及PDF-style绘图。下面开始绘制粗MMA单体的初馏塔的流程图及其物料热量衡算。我们先选择简捷法精馏（DSTWU）,再用严格法进行精馏模拟。初馏塔T0101的模拟

首先选择精馏塔DSTWU：在Columns的DSTWU中选择ICON1，命名并且链接相应的物流如图3-03所示：

图3-03：流程绘制

流程图绘制完毕后，点击Next，或点击Data，选择Setup中的Specifications，进

入设置全局变量界面，在Title中输入DSTWU，而输入输出单位制选择默认。其操作界面如图3-04所示：

图3-04：全局设定窗口

点击Next，或点击Data菜单中选择Components中的Specifications，进入组分输入窗口，输入相关组分。在Formula下依次输入MMA、H2O、CH4O、C4H6O2、C5H10O3。假使不确定组分的英文名称或分子式时，可以点击Find按钮，通过字符匹配检索的方式查找组分，进行组分定义。其操作页面如图3-05所示：

图3-05：组分检索窗口所有组分添加完成后，如图3-06所示：

图3-06：组分添加完成

组分输入完成后，点击Next，或点击Data菜单中选择Properites中的Specifications，进入图3-07所示的页面。选择热力学方法。在Propertymethod中选择热力学物性方法为NRTL。

图3-07：物性方法选择

下面介绍一些有关于热力学方法的介绍：

NRTL（non-randomtwoliquid）方程为溶液理论中非随即（局部）双液体模型方程，1968年由Renon和Prausnitz提出。1982年，Chen将Pitzer-Debye-Huckel理论与局部模型中的NRTL方程相结合，提出电解质NRTL（electrolyteNRTL）方程应用于电解质溶液的计算，并取得了成功。

点击Next按钮进入二元交互作用参数配置页面，如图3-08，而我们采用系统提

供的默认二元交互作用参数。

图3-08

点击Next按钮，出现一个信息提醒对话框，如图3-09所示：

图3-09

点击OK，或直接点击Data菜单中的Streams,选择FEED选项中的Input,进入物流FEED配置界面，如图3-10,。在Statevariables中选择Temperature，填入40℃，压力填写为760mmHg。在Totalflow中填入25Kmol/hr。在Composition组分框中，依次填入各组分摩尔流量分数分别为MMA为0.995、H2O为0.001、CH4O为0.0015、C4H6O-1为0.0015、C5H10-01为0.0005。

点击Next，或点击Data菜单中选择Blocks中的T0101，选择Input，进入图3-11

定义目标变量QCOND：在Define标签页面点击New按钮，在出现的对话框中填入V，点击OK，弹出VariableDefinition窗口，在Variablename中接受变量名称QCOND，在Category选择ALL，在Reference中Type选择Block-Var，把QCOND指定为模块变量，通过Block选择T0101,然后通过Variable选择REB-DUTY。此时QREB被指定为T0101模块的实际塔板数，如图3-70，然后点击Close,关闭窗口。

图3-70：定义目标变量QCOND

点击Close，关闭VariableDefinition窗口，进入图3-71界面，从图3-71可以看出三个目标变量定义完毕。

图3-71：目标变量定义完毕

定义灵敏度分析的自变量RR（回流比）：定义完目标变量后，点击Next按钮或直接点击Vary标签，进入自变量定义页面。自变量RR为T0102的一个模块变量因此在Vary标签页面中ManipulatedVariable的Type选择Block-Var,Block选择T0102，Variable选择RR，则灵敏度分析的自变量被定义为T0102模块的回流比。在Valuesforvariedsvariable下定义自变量的取值，对于自变量的取值我们选择在Valuesforvariedsvariable下选择Overallrange,Lower填1.5，Upper填10，Lncr填0.5，如图3-72：

图3-72：定义自变量RR

点击Next按钮，进入表格制定页面。在TabuiatedVariableorexpression中依次输入所有变量NSTAGE、QREB、QCOND，如图3-73所示：

图3-73：Tabuiate制定

点击Next按钮，出现对话框，所有输入完成，可以运行模拟。点击结果查看按钮查看结果，具体操作为点击ModelAnalysisTools选择Sensitivity中的S-1点击Result。

其中VARY1T0101PARAMRR列为回流比，NSTAGE列为实际塔板数，QREB列为再沸器的热负荷，QCND列为冷凝器的冷负荷。如图3-74、3-75所示：

图3-74：S-1结果

图3-75：S-1结果

以RR的数据为X轴，分别以NSTAGE、QREB、QCOND的数据为Y轴绘制实际塔板数、再沸器的热负荷和冷凝器的冷负荷随回流比的变化趋势图分别为图3-76、3-77、3-78：

图3-76：实际塔板数随回流比的变化

图3-77：再沸器的热负荷随回流比的变化

图3-78：冷凝器的冷负荷随回流比的变化

由图3-77可以看出，随回流比的增加，再沸器的热负荷逐渐增加。由图3-78可以看出，随回流比的增加，冷凝器的冷负荷也逐渐增加。

用简捷算法模型计算得到的塔板数，回流比等采用严格法进行核算和确定。在建立的流程图上删去T0102模块，在模型库中选择RadFrac模块并命名为T0102，链接物流，流程图绘制完成后，进入模块数据配置。输入组分及含量如图3-79所示：

图3-79：组分输入

根据简捷法模拟的计算结果，在Numberofstages中输入14，为了达到较好的分开结果我们将起增大到18，Condenser选择Total（全冷凝），在Operatingspecicfications下，选择Distillate

图3-20：定义目标变量QREB

定义目标变量QCOND：在Define标签页面点击New按钮，在出现的对话框中填入V，点击OK，弹出VariableDefinition窗口，在Variablename中接受变量名称QCOND，在Category选择ALL，在Reference中Type选择Block-Var，把QCOND指定为模块变量，通过Block选择T0101,然后通过Variable选择REB-DUTY。此时QREB被指定为T0101模块的实际塔板数，如图3-21，然后点击Close,关闭窗口。

图3-21：定义目标变量QCOND

点击Close，关闭VariableDefinition窗口，进入图3-22界面，从图3-22可以看出三个目标变量定义完毕。

图3-22：目标变量定义完毕

定义灵敏度分析的自变量RR（回流比）：定义完目标变量后，点击Next按钮或直接点击Vary标签，进入自变量定义页面。自变量RR为T0101的一个模块变量因此在Vary标签页面中ManipulatedVariable的Type选择Block-Var,Block选择T0101，Variable选择RR，则灵敏度分析的自变量被定义为T0101模块的回流比。在Valuesforvariedsvariable下定义自变量的取值，对于自变量的取值我们选择在Valuesforvariedsvariable下选择Overallrange,Lower填0.8，Upper填10，Lncr填0.5，表示自变量最小值为0.8，最大值为10，步长为0.5。如图3-23：

图3-23：定义自变量RR

点击Next按钮，进入表格制定页面。在TabuiatedVariableorexpression中依次输入

所有变量NSTAGE、QREB、QCOND，如图3-24所示：

图3-24：Tabuiate制定

点击Next按钮，出现对话框，所有输入完成，可以运行模拟。点击结果查看按钮查看结果，具体操作为点击ModelAnalysisTools选择Sensitivity中的S-1点击Result。

其中VARY1T0101PARAMRR列为回流比，NSTAGE列为实际塔板数，QREB列为再沸器的热负荷，QCND列为冷凝器的冷负荷。如图3-25、3-26所示：

图3-25：S-1结果

图3-26：S-1结果

以RR的数据为X轴，分别以NSTAGE、QREB、QCOND的数据为Y轴绘制实际塔板数、再沸器的热负荷和冷凝器的冷负荷随回流比的变化趋势图分别为图3-27、3-28、3-29：

图3-27：实际塔板数随回流比的变化

图3-28：再沸器的热负荷随回流比的变化

图3-29：冷凝器的冷负荷随回流比的变化

由图3-28可以看出，随回流比的增加，再沸器的热负荷逐渐增加。由图3-29可以看出，随回流比的增加，冷凝器的冷负荷也逐渐增加。

用简捷算法模型计算得到的塔板数，回流比等采用严格法进行核算和确定。在建立的流程图上删去T0101模块，在模型库中选择RadFrac模块并命名为T0101，链接物流，流程图绘制完成后，进入模块数据配置。输入组分及含量如图3-30所示：

图3-30：组分输入

根据简捷法模拟的计算结果，在Numberofstages中输入8，Condenser选择Total（全冷凝），在Operatingspecicfications下，选择Distillaterate,输入7.85，选择Refluxratio,输入0.8,其他使用默认值，如图3-31所示：

图3-31：模块Configuration设置

点击Next按钮，进入Streams配置页面，在FEEDStream中Stage输入填入4。ProductStream中默认冷凝器为第1块塔板，再沸器是是第8块塔板，如图3-32所示：

图3-32：模块Stream配置

点击按钮Next,进入Pressure配置页面，在View中选择Pressureprofile，填入第一块塔板的压力为460mmHg，第8块塔板的压力为510mmHg，如图3-33所示：

图3-33：模块Pressure配置

输入完成，运行模拟，分析结果。假使结果未达到分开要求可以提高回流比或增加塔板数在进行模拟。其模拟结果如图3-33、图3-34、图3-35、图3-36。

图3-33：进料、塔顶、塔釜物料模拟结果

图3-34：冷凝器、再沸器模拟结果

图3-35：各组分的收率

图3-35：每块塔板的温度、压力、热负荷、气体流率和液体流率

下面绘制一些相关的曲线图

绘制轻关键组分和重关键组分沿塔板液相组成变化趋势图，其模拟过程如下：在工具栏Plot中选择PlotWizard，在弹出的对话框中，点击next,出现图3-36绘图向导，然后点击Comp图形，然后点击next,出现图3-37所示的绘图向导，选中轻组分CH4O和重组分C4H6O2点击按钮将其从Available中移到Selected栏中。在Selectephase栏中选择Liquid。点击next，出现如图3-38所示的绘图向导，点击Finish，完成曲线绘制如图3-39所示。

绘制气体流率和液体流率随塔板的变化趋势图其步骤同上，其过程图分别为图3-40、3-41、3-42所示。

图3-36：绘图向导

图3-37：绘图向导

图3-48：选择PropertySets

图3-49：物性集配置

图3-50：料液、塔顶和塔釜产品的粘度

相对全塔平均挥发度α的计算

在在Results中查看模拟结果，选择Blocks中的Profiles,然后查看K-Values，可以得到各板的各组分的K-Values，如图3-51所示：

图3-51：各组分的K-Values相对会发度的计算公式为：

1?LK,HK??K???KH2O??KH2O?H2O????????H2O,C4H6O?01????KCHO?01??KCHO?01?KC4H6O?01???46?????46?stage8?stage1stage4????0.88381474??0.92585459??0.92197779???????????0.83951870.088194000.8631921?????????2.2769133

因此，轻关键组分、重关键组分在相对全塔平均挥发度为2.2769