淺談化工工藝生產中的聚合過程

張允強

摘 要：目前，全世界聚合物的年生產能力按體積計可與金屬材料相當，并且它們以二倍于鋼鐵生產的速度（每年增加12%～15%）逐步代替金屬、木材及水泥等結構材料。對聚合過程主要是研究從小試放大到工業規模的聚合過程，以聚合動力學和聚合物系傳遞為基礎，進行聚合反應器操作特性的分析和放大設計、聚合過程反應規劃和技術開發等應用性基礎研究。

關鍵詞：化工； 工藝；聚合過程； 研究方向

由低分子單體合成聚合物的反應稱為聚合反應。可分為加聚反應和縮聚反應，前者指以含有重鍵的低分子化合物為單體，在光照、加熱或引發劑、催化劑等作用下，打開重鍵而相互加成聚合成高分子化合物的反應，后者指以具有兩個或兩個以上官能團的低分子化合物為單體，通過這些官能團的反應，逐步結合形成高分子化合物的反應。按聚合機理或動力學可將聚合反應分為連鎖聚合和逐步聚合。

目前，全世界聚合物的年生產能力按體積計可與金屬材料相當，并且它們以二倍于鋼鐵生產的速度（每年增加12%～15%）逐步代替金屬、木材及水泥等結構材料。對聚合過程主要是研究從小試放大到工業規模的聚合過程，以聚合動力學和聚合物系傳遞為基礎，進行聚合反應器操作特性的分析和放大設計、聚合過程反應規劃和技術開發等應用性基礎研究。

1.聚合動力學和模型化

模型化可以節省實驗時間，減少昂貴的設備，因此可以說模型化是反應工程的靈魂。自由基聚合和縮聚反應機理比較成熟，成為模型化研究的主要對象。聚合動力學可分為微觀和宏觀兩類。高分子化學側重低轉化率時的微觀動力學研究，其目的是揭示機理，提供基元反應速率常數。聚合反應工程則側重伴有傳遞因素在內的高轉化率下的宏觀動力學，目的在于過程控制。

動力學模型化主要是建立操作參數與聚合速率、聚合物質量間的定量關系。反應器模型化除此之外，還可能包括黏度變化模型、流動模型、混合模型及傳熱模型等。聚合動力學模型化的最終目的是便于工業上計算機控制。正確的聚合機理和可靠的動力學、熱力學數據是模型化成功的基礎。

模型化一般經下列步驟：提出機理，列出物料衡算方程組；實驗驗證，應用于工業控制；對模型做出修正。模型化工作往往是不斷考核和修正的過程。

2.改進聚合反應器的性能

現今合成高聚物工廠單線生產能力可達每年50萬噸，聚合反應釜的容積已達200m3。聚合過程的另一個研究方向是使所設計的反應器能夠滿足預定聚合物質量和產量的要求。這將涉及操作特性、選擇性、穩定性和安全性問題。

3.攪拌聚合釜的放大設計

80%以上的聚合反應器是攪拌釜，約80%攪拌釜用作聚合反應器，其他在一般化工、石油化工、精細化工、生物化工等部門也得到廣泛的應用。因此攪拌聚合釜的放大技術是研究聚合過程的方向之一。

聚合釜是聚合物生產的關鍵設備，其放大設計合理與否影響到聚合過程的成敗，如生產能力、產品質量、經濟效益乃至安全事故。欲使聚合釜放大成功，首先需了解混合對聚合過程的影響。聚合速率等于或快于混勻速率，或伴有傳質的聚合反應時要求加快混勻，即要求快速混勻。傳熱、互溶液體的混合、固體懸浮以及慢反應等對攪拌混合要求則不甚高。

4.計算機在聚合過程中的應用

隨著計算機技術的發展，計算機逐漸引入聚合反應工程這一領域，無論在理論基礎，還是工業實際應用方面，均獲得了豐碩的成果。計算機已成為聚合過程分析、設計、控制的重要手段和工具，使聚合反應工程研究不斷深化和發展。計算機的應用可概括為三個方面：計算機輔助設計（CAD）、計算機輔助監測（CAM）和計算機控制。

全世界聚合物的年生產能力按體積計可與金屬材料相當，并且它們以二倍于鋼鐵生產的速度（每年增加12%～15%）逐步代替金屬、木材及水泥等結構材料。對聚合過程主要是研究從小試放大到工業規模的聚合過程，以聚合動力學和聚合物系傳遞為基礎，進行聚合反應器操作特性的分析和放大設計、聚合過程反應規劃和技術開發等應用性基礎研究。

參考文獻：

[1]李鈺，李懋星.石油化工生產的設計[J].化學設備與管道，2008，（3）.

[2]張安.化工工藝聚合過程的研究[J].河南化工，2005， （22）.