跳到主要內容

臺灣博碩士論文加值系統

(44.200.101.84) 您好!臺灣時間:2023/10/05 06:56
字體大小: 字級放大   字級縮小   預設字形  
回查詢結果 :::

詳目顯示

我願授權國圖
: 
twitterline
研究生:傅閔聖
研究生(外文):Min Sheng Fu
論文名稱:工業級甲基丙烯酸甲酯溶液聚合製程之最適化設計與動態分析
論文名稱(外文):Optimal Design and Dynamic Analysis of an Industrial Methyl Methacrylate Solution Polymerization Process
指導教授:王國彬
指導教授(外文):G. B. Wang
學位類別:碩士
校院名稱:長庚大學
系所名稱:化工與材料工程學系
學門:工程學門
學類:化學工程學類
論文種類:學術論文
論文出版年:2022
畢業學年度:110
語文別:中文
論文頁數:102
中文關鍵詞:聚甲基丙烯酸甲酯溶液聚合製程凝膠效應製程最適化動態模擬與分析
外文關鍵詞:poly methyl methacrylatesolution polymerization processgel effectprocess optimizationdynamic simulation and analysis
相關次數:
  • 被引用被引用:0
  • 點閱點閱:27
  • 評分評分:
  • 下載下載:0
  • 收藏至我的研究室書目清單書目收藏:0
目錄
摘要..............................................................................................................i
Abstract.......................................................................................................ii
目錄............................................................................................................iii
圖目錄 .......................................................................................................vi
表目錄 .......................................................................................................ix
第一章 緒論 .............................................................................................. 1
1.1 前言 ............................................................................................... 1
1.2 背景 ............................................................................................... 2
1.3 文獻回顧....................................................................................... 6
1.4 研究動機與目標 ........................................................................ 10
1.5 章節組織..................................................................................... 11
第二章 甲基丙烯酸甲酯聚合系統熱力學分析 .................................... 12
2.1 前言 ............................................................................................. 12
2.2 甲基丙烯酸甲酯溶液聚合系統成分物性 ................................ 13
2.3 聚合系統POLY-NRTL模型 .................................................... 15
第三章 甲基丙烯酸甲酯溶液聚合反應動力學分析 ............................ 20
3.1 前言 ............................................................................................. 20
3.2 甲基丙烯酸甲酯聚合動力學機制 ............................................ 21
3.2.1 鏈起始反應(Chain initiation) .................................................. 22
3.2.2 鏈增長反應(Chain propagation) ............................................. 22
3.2.3 鏈轉移反應(Chain transfer to monomer and solvent) ............ 22
3.2.4 鏈終止反應(Chain termination) .............................................. 23
3.3 凝膠效應 (Gel effect) ................................................................ 23
3.4 甲基丙烯酸甲酯自由基溶液聚合反應之模擬驗證 ................ 24
第四章 工業級甲基丙烯酸甲酯溶液聚合製程設計模擬與最適化分析 ................................................................................................................... 36
4.1 前言 ............................................................................................. 36
4.2 工業級甲基丙烯酸甲酯溶液聚合文獻製程說明 .................... 37
4.3工業級甲基丙烯酸甲酯溶液聚合製程之年總 成本計算 ............................................................................................ 45
4.4工業級甲基丙烯酸甲酯溶液聚合製程最適化分析 ................. 48
第五章 工業級甲基丙烯酸甲酯溶液聚合製程之動態模擬分析 ........ 58
5.1 前言 ............................................................................................. 58
5.2 控制架構分析 ............................................................................ 58
5.3 進料流量擾動測試(T2塔溫度控制) ........................................ 64
5.3.1 擾動對甲基丙烯酸甲酯-阻聚劑分離塔之影響 .................... 64
5.3.2 擾動對連續式攪拌槽反應器之影響 ..................................... 66
5.3.3 擾動對閃蒸罐之影響 ............................................................. 68
5.3.4 擾動對甲基丙烯酸甲酯回收塔之影響 ................................. 70
5.4 進料流量擾動測試(T2塔組成控制) ........................................ 72
第6章 結論與未來展望 ........................................................................ 75
參考文獻 .................................................................................................. 77
附錄一 TAC計算使用之公式 ............................................................... 79
附錄二 甲基丙烯酸甲酯溶液自由基聚合反應動力式設定資訊 ........ 85


圖目錄
圖1-1 2016年全球前10大聚甲基丙烯酸甲酯輸出國 .......................... 5
圖1-2 全球聚甲基丙烯酸甲酯市場預測 ................................................ 5
圖2-1 甲基丙烯酸甲酯恆壓比熱Aspen模擬結果與實驗值之比較 . 14
圖2-2 乙酸乙酯恆壓比熱Aspen模擬結果與實驗值之比較 ............. 15
圖2-3 MMA/EA之T-xy相圖 ................................................................ 19
圖2-4 MMA/P-HYD之T-xy相圖 ......................................................... 19
圖3-1 Schmidt and Ray(1981)文獻恆溫下不同進料比例之滯留時間vs單體轉化率 .............................................................................................. 29
圖3-2 模擬恆溫下不同進料比例之滯留時間vs單體轉化率 ............ 31
圖3-3凝膠效應因子經調整後模擬恆溫下不同進料比例之滯留時間vs單體轉化率 .......................................................................................... 32
圖3-4 文獻恆溫下不同進料比例之滯留時間vs單體轉化率 ............ 33
圖3-5 文獻不同溫度下同一進料比例之滯留時間vs單體轉化率 .... 33
圖3-6 模擬恆溫下不同進料比例之滯留時間vs單體轉化率 ............ 35
圖3-7 模擬不同溫度下同一進料比例之滯留時間vs單體轉化率 .... 35
圖4-1 甲基丙烯酸甲酯溶液聚合整廠製程之流程圖(mo etal, 2020) . 37
圖4-2 工業級甲基丙烯酸甲酯溶液聚合製程模擬程序圖(串聯) ....... 42
圖4-3 聚合段之聚甲基丙烯酸甲酯之分子量分布圖 .......................... 44
圖4-4 工業級甲基丙烯酸甲酯溶液聚合製程最適化步驟 .................. 50
圖4-5 工業級製程甲基丙烯酸甲酯-阻聚劑分離塔最適化結果 ........ 52
圖4-6 工業級製程連續式攪拌槽反應器最適化結果 .......................... 53
圖4-7 工業級製程甲基丙烯酸甲酯&溶劑回收塔最適化結果 ........... 53
圖4-8 最適化工業級甲基丙烯酸甲酯溶液聚合製程模擬程序圖 ...... 54
圖5-1工業級甲基丙烯酸甲酯溶液聚合製程控制環路(T2塔溫度控制) ............................................................................................................. 62
圖5-2工業級甲基丙烯酸甲酯溶液聚合製程控制環路(T2塔組成控制) ............................................................................................................. 63
圖5-3 甲基丙烯酸甲酯-阻聚劑分離塔之±10%流量擾動變化應答結果(a)T1塔進料流率;(b)T1塔回流槽液位高度;(c)T1塔液槽液位高度;(d)T1塔底阻聚劑組成 .................................................................... 65
圖5-4 連續式攪拌槽反應器之±10%流量擾動變化應答結果(a)連續式攪拌槽反應器液位高度;(b)連續式攪拌反應器溫度 ......................... 67
圖5-5 閃蒸罐之±10%流量擾動變化應答結果(a)閃蒸罐液位高度;(b)閃蒸罐壓力 .............................................................................................. 69
圖5-6 溫度控制下甲基丙烯酸甲酯回收塔之±10%流量擾動變化應答結果(a)T2塔底乙酸乙酯組成;(b)T2塔回流槽液位高度;(c)T2塔液槽高度 ...................................................................................................... 71
圖5-7 甲基丙烯酸甲酯回收塔之±10%流量擾動變化(a)T2塔底乙酸乙酯組成;(b)T2塔回流槽液位高度;(c)T2塔液槽高度 .................. 73


表目錄
表1-1 甲基丙烯酸甲酯聚合製程相關研究歷史表 ................................ 9
表2-1 聚合系統各成分之基本物性比較 .............................................. 13
表2-2 聚合系統POLY-NRTL兩兩成分交互作用參數 ..................... 18
表3-1 甲基丙烯酸甲酯溶液聚合反應機制(Schmidt and Ray, 1981) . 21
表3-2 各文獻使用之進料條件和測試條件 .......................................... 26
表3-3 不同文獻之甲基丙烯酸甲酯溶液聚合動力學速率常數 .......... 27
表4-1 甲基丙烯酸甲酯溶液聚合整廠製程之物流結果 ...................... 37
表4-2 甲基丙烯酸甲酯溶液聚合製程模擬之物流結果(串聯) ........... 43
表4-3 工業級甲基丙烯酸甲酯溶液聚合製程年總成本計算結果 ...... 47
表4-4 最適化甲基丙烯酸甲酯溶液聚合製程模擬之物流結果 .......... 55
表4-5 工業級甲基丙烯酸甲酯溶液聚合製程之基礎案例與最適化結果年總成本比較 ...................................................................................... 56
表5-1 工業級甲基丙烯酸甲酯溶液聚合製程控制器參數 .................. 61
表5-2 甲基丙烯酸甲酯-阻聚劑分離塔在進料流量±10%之擾動排除結果........................................................................................................... 66
表5-3 連續式攪拌槽反應器進料流量±10%之擾動排除結果 ............ 68
表5-4 閃蒸罐在進料流量±10%之擾動排除結果 ................................ 70
表5-5 甲基丙烯酸甲酯回收塔在進料流量±10%之擾動排除結果 .... 72
表5-6 甲基丙烯酸甲酯回收塔進料流量±10%之擾動排除結果 ........ 74
Adebekun AK, Kwalik KM, Schork, FJ. (1989). Steady-state multiplicity during solution polymerization of methyl methacrylate in a cstr. Chem. Eng. Sci. 44(10):2269-2281.
Brandrup J, Immergut EH, McDowell. (1975). Polymer handbook. Wiley Interscience, New York.
Crowley TJ, Choi KY. (1997). Calculation of molecular weight distribution from molecular weight moments in free radical polymerization. Ind. Eng. Chem. Res. 36(5):1419-1423.
Ellis MF, Taylor TW, Gonzalez V, Jensen KF. (1988). Estimation of the molecular weight distribution in batch polymerization. AIChE J. 34(8): 1341-1353.
Flory PJ. (1942). Thermodynamics of high polymer solutions. J. Chem. Phys. 10:51–61.
Friis N, Hamielec AE. (1976). Gel effect in emulsion polymerization of vinyl monomers. ACS Symp. Ser. 24:82-91.
Flores-Tlacuahuac A, Grossmann IE. (2006). An effective mido approach for the simultaneous cyclic scheduling and control of polymer grade transition operations. Comput. Aided Chem. Eng. 21:1221-1226.
Gopalan MR, Santhappa M. (1957). Methyl ethyl ketone peroxide as an initiator in the polymerization of vinyl monomers. J. Polym. Sci. 25(110):333-349.
Huggins ML. (1941). Solutions of long chain compounds. J. Chem. Phys. 9(5):440.
Jiang XL. (2013). Preparation of poly(methyl methacrylate) with narrow molecular weight distribution by continuous polymerization. University of Zhejiang, China.
78
Mahabadi HK, O’Driscoll KF. (1977). Absolute rate constants in free-radical polymerization. III. determination of propagation and termination rate constants for styrene and methyl methacrylate. J. Macromol. Sci. A. 11(5):967-976.
Marten FL, Hamielec AE. (1979). High conversion diffusion-controlled polymerization. ACS Symp. Ser. 104:43-70.
Maschio G, Moutier C. (1989). Polymerization reactor: the influence of “gel effect” in batch and continuous solution polymerization of methyl methacrylate. J. Appl. Polym. Sci. 37(3):825-840.
Mo H, Hu Y, Li H, Lei L. (2020). Simulation of methyl methacrylate polymerization process and optimization. J. Pet. Technol. 49(4):373-377.
Okullo A, Tibasiima N, Barasa J. (2017). Modeling and simulation of an isothermal suspension polymerization reactor for pmma production using python. Adv. Chem. Eng. Sci. 7(4):408-419.
Ross RT, Laurence RL. (1976). Gel effect and free volume in the bulk polymerization of methyl methacrylate. Adv. Chem. Eng. Sci. 72:74-79.
Rosa JND. (2011). Modeling and simulation of a lab-scale polymerization reactor. University of Coimbra, Portugal.
Schmidt AD, Ray WH. (1981). The dynamic behavior of continuous polymerization reactors—I: isothermal solution polymerization in a cstr. Chem. Eng. Sci. 36(8):1401-1410.
Seyedi A, Najafi M, Russell GT, Mohammadi Y, Vivaldo-Lima E, Penlidis A. (2020). Initiator feeding policies in semi-batch free radical polymerization: a monte carlo study. Processes. 7(10):656.
Tobolsky AV, Baysal B. (1953). A review of rates of initiation in vinyl polymerization: styrene and methyl methacrylate. J. Polym. Sci. 11(5):471-486.
電子全文 電子全文(網際網路公開日期:20250315)
連結至畢業學校之論文網頁點我開啟連結
註: 此連結為研究生畢業學校所提供,不一定有電子全文可供下載,若連結有誤,請點選上方之〝勘誤回報〞功能,我們會盡快修正,謝謝!
QRCODE
 
 
 
 
 
                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                               
第一頁 上一頁 下一頁 最後一頁 top