聚合過程模擬與優(yōu)化

前言

Polymer Plus是Aspen Tech公司在20世紀(jì)90年代推出的主要產(chǎn)品之一，是Aspen Teeh公司聚合物工業(yè)解決方案的重要組成部分。它提出了一套以鏈段為特征的聚合物識(shí)別方法；能對(duì)自由基均相、懸浮及乳液聚合、離子聚合、Ziegler-Natta聚合、縮聚等動(dòng)力學(xué)模擬；包含了一個(gè)完善的聚合物、單體、鏈段、官能團(tuán)的物性數(shù)據(jù)庫和大量物性及動(dòng)力學(xué)計(jì)算模型；可對(duì)部分使用性能，如t、熔融流動(dòng)速率（流動(dòng)性）進(jìn)行預(yù)測(cè)。本書基于Aspen Tech公司的聚合物流程模擬軟件Polymer Plus，介紹聚合反應(yīng)動(dòng)力學(xué)機(jī)理的建模、相平衡的計(jì)算、最終性質(zhì)的預(yù)測(cè)以及聚合過程的模擬與優(yōu)化的方法。本書按聚合反應(yīng)機(jī)理來進(jìn)行組織，為了讀者學(xué)習(xí)的方便，在第2章增加了Aspen Plus軟件使用指南；第3章對(duì)流程模擬中聚合物的數(shù)字表示方法進(jìn)行了說明，定義了一系列聚合物的結(jié)構(gòu)屬性，并用一個(gè)簡(jiǎn)單的實(shí)例說明了Polymer Plus建模的基本方法和步驟；第4章對(duì)Polymer Plus中內(nèi)置的自由基聚合反應(yīng)動(dòng)力學(xué)建模進(jìn)行了詳細(xì)的介紹，并用聚苯乙烯的例子加以說明；第5章對(duì)離子聚合反應(yīng)動(dòng)力學(xué)建模進(jìn)行了介紹，以SBS為例介紹了間歇聚合過程的模擬；第6章對(duì)Ziegler-Natta聚合反應(yīng)動(dòng)力學(xué)進(jìn)行了介紹，并以乙烯／聚乙烯的相平衡參數(shù)求取為例，說明了參數(shù)估計(jì)方法；以LLDPE的聚合過程為例，詳細(xì)說明了Zie-gler-Natta聚合過程中多活性中心的建模方法。此外，還簡(jiǎn)單介紹了聚合物最終性質(zhì)——熔融指數(shù)的預(yù)測(cè)方法；第7章對(duì)逐步聚合反應(yīng)動(dòng)力學(xué)建模進(jìn)行了簡(jiǎn)單介紹，并詳細(xì)解析了Pol-ymer Plus中逐步聚合建模的步驟和內(nèi)在的化學(xué)原理。并以聚酯生產(chǎn)的簡(jiǎn)化模型為例進(jìn)行了說明。在建模中，對(duì)相平衡計(jì)算的活度系數(shù)模型進(jìn)行了簡(jiǎn)單介紹，最后再次對(duì)特性黏度、熔融指數(shù)的預(yù)測(cè)進(jìn)行了說明。本書由北京石油化工學(xué)院顧凱、黃繼紅編寫。筆者在Polymer Plus的學(xué)習(xí)中得到了美國(guó)弗吉尼亞理工學(xué)院暨州立大學(xué)化工系劉裔安教授的指導(dǎo)。在學(xué)習(xí)和教學(xué)及工業(yè)實(shí)踐中，得到了中國(guó)石油化工有限公司科技開發(fā)部、燕山仿真培訓(xùn)中心和石化盈科信息技術(shù)有限公司的支持，在此表示感謝！限于筆者業(yè)務(wù)活動(dòng)范圍和學(xué)識(shí)水平，書中必有許多不盡如人意之處，誤漏之處在所難免，敬請(qǐng)讀者不吝賜教和指正。

內(nèi)容概要

本書是基于Aspen Tech公司的聚合物流程模擬軟件Polymer Plus來介紹聚合過程的模擬與優(yōu)化的方法。全書共分為八部分。分別是：聚合過程流程模擬總論、Aspen Plus使用初步介紹、聚合物的計(jì)算機(jī)表示、自由基聚合的模擬、離子聚合的模擬、配位聚合的模擬、逐步聚合的模擬以及附錄。本書按聚合反應(yīng)機(jī)理來進(jìn)行組織，并結(jié)合工業(yè)大宗高分子樹脂的聚合過程的建模與優(yōu)化過程進(jìn)行了詳細(xì)的說明，對(duì)模型的工業(yè)應(yīng)用進(jìn)行了初步的介紹。    本書可作為高等院校高分子化工、高分子材料與工程、化學(xué)工程與工藝等專業(yè)的本科生教材，也可供相關(guān)行業(yè)的工程技術(shù)人員參考。

書籍目錄

1  緒論  1.1  聚合過程流程模擬簡(jiǎn)介  1.2  聚合過程的建模方法  1.3  聚合物流程模擬與優(yōu)化應(yīng)用實(shí)例介紹  1.4  我國(guó)開展聚合過程模擬與優(yōu)化的意義2  Aspen Plus使用初步介紹  2.1  Aspen Plus模擬的一般步驟  2.2  圖形界面  2.3  示例    2.3.1  苯乙烯的生產(chǎn)工藝和流程圖    2.3.2  打開Aspen Plus    2.3.3  選擇運(yùn)行類型    2.3.4  建立空白模擬文件    2.3.5  創(chuàng)建流程    2.3.6  規(guī)定計(jì)算的全局信息    2.3.7  規(guī)定組分    2.3.8  選擇物性方法    2.3.9  輸入流股規(guī)定    2.3.10  輸入模塊規(guī)定    2.3.11  運(yùn)行模型    2.3.12  查看運(yùn)行結(jié)果    2.3.13  模型的驗(yàn)證與分析    2.3.14  模擬所對(duì)應(yīng)的Input文件    2.3.15  工程提示3  聚合物的計(jì)算機(jī)表示  3.1  聚合物體系的分子組成  3.2  聚合物的鏈段表示    3.2.1  鏈段的基本概念    3.2.2  鏈段的種類    3.2.3  鏈段的命名    3.2.4  鏈段數(shù)據(jù)庫  3.3  聚合物的結(jié)構(gòu)性質(zhì)    3.3.1  聚合物的矩    3.3.2  聚合度    3.3.3  平均分子量  3.4  低聚物  3.5  計(jì)算舉例  3.6  敏感性分析4  自由基聚合的模擬  4.1  基本知識(shí)  4.2  自由基聚合反應(yīng)動(dòng)力學(xué)的建模  4.3  凝膠效應(yīng)  4.4  動(dòng)力學(xué)反應(yīng)組的定義  4.5  聚合物屬性的計(jì)算  4.6  聚苯乙烯的模擬    4.6.1  模型運(yùn)行和計(jì)算結(jié)果    4.6.2  模型分析5  離子聚合的模擬  5.1  離子聚合反應(yīng)動(dòng)力學(xué)的建模    5.1.1  活性中心生成反應(yīng)    5.1.2  鏈引發(fā)反應(yīng)    5.1.3  鏈增長(zhǎng)反應(yīng)    5.1.4  締合反應(yīng)    5.1.5  離子交換反應(yīng)    5.1.6  活性種電離    5.1.7  鏈轉(zhuǎn)移反應(yīng)    5.1.8  鏈終止反應(yīng)  5.2  離子聚合反應(yīng)的定義  5.3  離子聚合物屬性的計(jì)算  5.4  SBS聚合工序的模擬    5.4.1  SBS簡(jiǎn)介    5.4.2  模擬流程    5.4.3  組分與進(jìn)料    5.4.4  物性和相平衡    5.4.5  聚合動(dòng)力學(xué)    5.4.6  反應(yīng)器的操作    5.4.7  模型結(jié)果和結(jié)論6  配位聚合的模擬  6.1  Z-N聚合的特點(diǎn)  6.2  Z-N聚合動(dòng)力學(xué)簡(jiǎn)介  6.3  多活性中心數(shù)據(jù)解析  6.4  乙烯淤漿聚合熱力學(xué)參數(shù)的回歸    6.4.1  Sanchez-Lacombe狀態(tài)方程    6.4.2  HDPE聚乙烯SL狀態(tài)參數(shù)的回歸  6.5  聚合物本體物性的計(jì)算    6.5.1  液相摩爾體積(密度)的計(jì)算    6.5.2  Van Krevelen液相摩爾體積模型    6.5.3  Tait模型    6.5.4  混合物的液相摩爾體積    6.5.5  熔體流動(dòng)速率(MFR)的預(yù)測(cè)    6.5.6  Bremnei-Rudin熱塑性塑料模型    6.5.7  Quaekenbos關(guān)系式    6.5.8  用戶的經(jīng)驗(yàn)關(guān)系式及其實(shí)現(xiàn)  6.6  LLDPE的模擬計(jì)算    6.6.1  流程和工藝描述    6.6.2  組分    6.6.3  Properties——物性方法    6.6.4  主要單元的操作條件    6.6.5  聚合動(dòng)力學(xué)機(jī)理和參數(shù)估計(jì)方法    6.6.6  單中心反應(yīng)動(dòng)力學(xué)模型    6.6.7  GPC曲線的解析    6.6.8  多中心反應(yīng)動(dòng)力學(xué)模型    6.6.9  收斂算法    6.6.10  全流程模擬    6.6.11  數(shù)據(jù)回顧和一致性檢驗(yàn)    6.6.12  模型的應(yīng)用7  逐步聚合的模擬  7.1  逐步聚合反應(yīng)動(dòng)力學(xué)機(jī)理  7.2  逐步聚合反應(yīng)動(dòng)力學(xué)建模  7.3  聚合物非隨機(jī)二液相活度系數(shù)模型(PolyNRTL)  7.4  PET三釜聚合工藝的模擬    7.4.1  生產(chǎn)工藝流程簡(jiǎn)介    7.4.2  組分的定義    7.4.3  定義聚合物    7.4.4  定義低聚物    7.4.5  流股數(shù)據(jù)    7.4.6  單元操作數(shù)據(jù)    7.4.7  物性和相平衡    7.4.8  聚合動(dòng)力學(xué)    7.4.9  計(jì)算結(jié)果    7.4.10  產(chǎn)品性質(zhì)——特性黏度的建模    7.4.11  模型應(yīng)用8  附錄  8.1  Segment數(shù)據(jù)庫中整理的鏈段列表  8.2  模擬文獻(xiàn)    8.2.1  一般性文獻(xiàn)    8.2.2  乳液聚合的文獻(xiàn)    8.2.3  懸浮聚合的文獻(xiàn)    8.2.4  離子聚合的文獻(xiàn)    8.2.5  聚烯烴的文獻(xiàn)    8.2.6  逐步聚合模擬的文獻(xiàn)    8.2.7  聚合物熱力學(xué)的文獻(xiàn)    8.2.8  其他參考文獻(xiàn)

章節(jié)摘錄

插圖：對(duì)聚合過程的模型化研究，可以追溯到Denbigh在1947年撰寫的連續(xù)攪拌反應(yīng)釜（CSTR）中發(fā)生的聚合反應(yīng)論文。幾十年來，這種研究一直沒有停止過。但是通用聚合過程模擬軟件的出現(xiàn)卻是在20世紀(jì)90年代。聚合過程的模擬與優(yōu)化，是過程系統(tǒng)工程（Process System Engineering）在高分子化工方向的一個(gè)分支，是化工過程系統(tǒng)工程的重要組成部分。在介紹聚合過程的模擬與優(yōu)化之前，我們對(duì)化工過程的模擬進(jìn)行一個(gè)簡(jiǎn)單的定義?；み^程模擬，又稱化工流程模擬，是一種采用數(shù)學(xué)方法來描述過程的穩(wěn)態(tài)／動(dòng)態(tài)特性，通過計(jì)算機(jī)進(jìn)行物料平衡、能量平衡、化學(xué)平衡、壓力平衡等計(jì)算，進(jìn)行設(shè)備尺寸估計(jì)和能量分析，做出經(jīng)濟(jì)評(píng)價(jià)的技術(shù)。聚合過程的模擬與優(yōu)化，是化工過程模擬技術(shù)在高分子化工中的應(yīng)用。該技術(shù)已經(jīng)在化工生產(chǎn)裝置（包括聚合裝置）的全生命周期都起到了重要的作用。·在項(xiàng)目規(guī)劃階段：對(duì)工藝過程進(jìn)行可行性分析，評(píng)價(jià)各種方案；·在研究階段：進(jìn)行概念設(shè)計(jì)，弄清研究的重點(diǎn)，在與實(shí)驗(yàn)研究同時(shí)開展數(shù)學(xué)模型的研究、進(jìn)行模擬實(shí)驗(yàn)，使兩者互相補(bǔ)充，提高研究質(zhì)量、加快研究進(jìn)度；·在工程設(shè)計(jì)階段：對(duì)初步設(shè)計(jì)進(jìn)行方案比較、尋求最優(yōu)設(shè)計(jì)；·在生產(chǎn)階段：通過對(duì)過程性能進(jìn)行監(jiān)控，克服“瓶頸”，實(shí)現(xiàn)操作優(yōu)化，離線指導(dǎo)生產(chǎn)來實(shí)現(xiàn)企業(yè)節(jié)能降耗、挖潛增效、提高經(jīng)濟(jì)效益的目的?？偠灾鞒棠M技術(shù)在化學(xué)工業(yè)中應(yīng)用已經(jīng)十分廣泛。

編輯推薦

《聚合過程模擬與優(yōu)化:基于Polymer Plus》：高等學(xué)校教材。

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