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高温带压下PTA相关体系密度和汽液相平衡的测定及研究

杨天宇  
【摘要】: 密度数据和汽液相平衡数据是液体流动、传热和传质过程研究和工程计算中不可缺少的数据,也是PTA生产过程中所必需的数据。本论文是中国石化总公司委托项目的一部分,涉及的内容主要是PTA生产过程中相关物系的密度和汽液相平衡数据测定与研究。 PTA的生产是在加压条件下进行的,与常压相比,高温加压下的物性数据的测定要困难得多,且高温加压下的物性数据的相关文献报道也很少。另外,在PTA相关体系中,醋酸作为溶剂是生产过程中一个重要的组分,醋酸的强腐蚀性是实验装置的设计和选型的一大难题。为此,本论文自行研制了一种可用于测量高温带压条件下液体密度的压力计式密度计并验证了该装置的可靠性。该装置主体为厚壁毛细玻璃管,可耐醋酸腐蚀并可承受最高10.0MPa的压力和573.15K的工作温度。用此密度仪测定了对二甲苯-醋酸、间二甲苯-醋酸和邻二甲苯-醋酸三个二元体系的液体密度(温度范围313.15K~473.15K,压力范围0.20~2.0MPa)。用实验所得密度数据计算出了该体系的超额摩尔体积VE,用Redlich-Kister方程分别对VE进行了回归。本论文还自行设计了一套流动法测定高温高压汽液相平衡装置并验证了该装置的可靠性。该装置主体为耐醋酸腐蚀的钛材,设计压力为10.0MPa,设计温度为573.15K。采用该装置测定了对二甲苯-醋酸、间二甲苯-醋酸和邻二甲苯-醋酸三个二元体系的汽液相平衡数据(温度范围433.15K~473.15K)。为PTA的工程设计提供了充足可靠的基础数据。 分别选用CPA状态方程、HBT模型和ISH2模型对实验条件范围内二甲苯-醋酸体系的密度数据进行了计算或估算。对HBT模型和ISH2模型进行了修正,使用修正后的模型对实验条件范围内二甲苯-醋酸体系的密度数据进行了估算,结果表明,修正后的m-HBT模型和m-ISH2模型的估算精度均好于原有模型,其中m-HBT模型估算精度提高明显。 采用Wilson和NRTL活度系数模型方程对二甲苯-醋酸体系的汽液平衡实验数据进行了关联计算,得到了各个体系的模型参数。由关联结果可以看出,对于二甲苯-醋酸体系,Wilson模型方程和NRTL模型方程都能得到很好的关联结果,且两模型的关联精度相当。 利用本论文实验所得二甲苯-醋酸体系的汽液平衡数据回归了A-UNIFAC缔合模型的ACCH2基团与CH2基团的交互作用参数以及ACCH2基团与COOH基团的交互作用参数。在A-UNIFAC缔合模型的基础上,提出了mA-UNIFAC缔合模型,根据文献数据回归了mA-UNIFAC模型所需的模型参数。分别使用A-UNIFAC模型和mA-UNIFAC模型对实验所得VLE数据进行了计算或估算,结果表明本论文提出的mA-UNIFAC法的计算精度与A-UNIFAC缔合模型计算精度相当,在对汽相组成的预测上mA-UNIFAC模型好于A-UNIFAC模型。


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