本发明涉及一种聚酯纤维聚合过程的分段建模预测方法，预测模型由气液平衡方程、反应速率方程、物料平衡方程和质量守恒方程联立得到，包括酯化阶段的动态机理模型、预缩聚阶段的动态机理模型和终缩聚阶段的动态机理模型。在静态机理模型的基础上，增加时间维度，建立偏微分方程组，采用MOL直线法对偏微分方程组进行求解得到酯化、预缩聚或终缩聚阶段液相中端羧基的浓度、端羟基的浓度和二甘醇的浓度，从而实现对酯化、预缩聚或终缩聚阶段酯化率、产物聚对苯二甲酸乙二醇酯平均分子量、产物聚对苯二甲酸乙二醇酯平均聚合度和产物聚对苯二甲酸乙二醇酯中二甘醇含量百分比的预测。本发明实现了实时预测聚合过程各个反应物的生产变化情况。