PVC聚合釜的模型研究及其应用

摘要

我国的聚氯乙烯(PVC)树脂以聚合法合成工艺为主，其中在间聚合发生的氯乙烯聚合反应是整个生产的核心技术，引发剂体系的确立是提高反应速度、减少聚合时间的关键。本文研究了在引发剂下氯乙烯的聚合反应机理，并建立了基于复合引发剂的聚合反应动力学模型。
　　本文详细介绍了VCM在单一引发剂下的动力学模型以及复合引发剂动力学模型，提出将复合引发剂动力学模型引入聚合反应动力学的Xie模型中，建立VCM在复合引发剂下的动力学模型;基于FORTRAN语言并用四阶Runge-Kutta法对该模型进行了模拟计算，得到了在复合引发剂体系下VCM转化率与时间的关系，通过与现场数据反算出的转化率进行对比，二者吻合较好，表明了该模型具有一定的准确性。
　　对复合引发剂的选择和用量及配比优化进行了研究。本文从活性、水溶性、安全性考虑，选择BNP和CNP作为PVC聚合的复合引发剂;在聚合反应中，聚合反应速率越均匀以及最高放热峰越低，聚合反应时间就越短，即提高了聚合生产强度;同时利用本文建立的基于复合引发剂体系的聚合动力学模型对复合引发剂BNP和CNP进行模拟计算，得出了最佳的复合引发剂用量和配比，最佳复合引发剂总用量为0.586％/VCM，最佳质量比BNP∶CNP=3∶1。
　　对聚合的传热进行了研究。选定合适的聚合内外壁和内冷管内外壁传热系数的计算方程，建立起了套、内冷管传热系数以及聚合的总传热系数计算方程，构成聚合模型中的传热模型;将传热模型计算出来的结果与现场数据反算而来的传热系数值对比，二者吻合较好，表明传热模型具有一定的准确性;利用传热模型与聚合模型的联立计算，探讨了传热系数随反应时间的关系以及套水流量和粘物的度对传热系数的影响。对于本文研究的聚合，最佳冷却水流量265m3/h;粘物的度在0.5mm以内，总传热系数迅速降低，因此应尽可能减少聚合内的粘物或者结垢物质。

目录

摘要

符号说明

1 文献综述

1．1 聚氯乙烯概述

1．1．1 PVC的生产状况

1．1．2 PVC的市场需求

1．1．3 PVC的应用

1．2 PVC的合成方法

1．2．1 乳液聚合法

1．2．2 本体聚合法

1．2．3 悬浮聚合法

1．3 悬浮聚合法合成PVC工艺

1．3．1 工艺流程

1．3．2 PVC成粒过程

1．3．3 悬浮聚合特征

1．3．4 悬浮聚合的影响因素

1．3．5 悬浮聚合的研究进展

1．4 PVC聚合釜的模型化研究及计算机模拟

1．4．1 模型的建立

1．4．2 模型的求解

1．4．3 Aspen Plus流程模拟软件

1．4．4 FORTRAN简介

1．4．5 PVC聚合过程的模型化研究现状

1．5 本论文课题的提出及创新点

1．5．1 课题的提出

1．5．2 研究内容及创新点

1．6 小结

2 氯乙烯聚合反应动力学模型

2．1 聚合过程分析

2．2 聚合反应机理

2．3 基本假设

2．4 模型的建立

2．4．1 引发剂的分解

2．4．2 单一引发剂模型

2．4．3 复合引发剂动力学模型

2．5 模型的求解及验证

2．5．1 模型的求解

2．5．2 计算结果与模型验证

2．6 小结

3 模型在引发剂工业优选中的应用

3．1 引发剂种类

3．2 引发剂性质

3．2．1 引发剂的引发效果

3．2．2 引发剂在水中的溶解度

3．3 引发剂的选用原则

3．3．1 基本要求

3．3．2 最高放热峰

3．3．3 PVC树脂质量

3．4 引发剂用量估算

3．5 复合引发剂体系的优化

3．5．1 单一引发剂下的聚合速率

3．5．2 复合引发剂的聚合速率

3．5．3 引发剂用量优化

3．5．4 配比优化

3．6 小结

4 聚合釜传热模型的提出及传热性能的研究

4．1 聚合釜的传热过程

4．2 传热能力

4．2．1 传热面积

4．2．2 传热温差

4．2．3 传热系数

4．3 传热系数的计算

4．3．1 釜内壁传热系数

4．3．2 釜外壁传热系数

4．3．3 内冷圆管外壁传热系数

4．3．4 内冷管内壁传热系数

4．4 传热负荷

4．4．1 总聚合热

4．4．2 平均热负荷

4．4．3 热负荷分布指数

4．4．4 最高热负荷

4．5 传热模型的提出

4．6 实例计算

4．6．1 纯组分的物性常数

4．6．2 悬浮液的物性计算

4．6．3 聚合釜传热系数的计算

4．7 传热性能研究

4．7．1 循环冷却水流量对夹套传热系数的影响

4．7．2 粘釜物对传热系数的影响

4．8 小结

5 结论与展望

5．1 结论

5．2 展望

参考文献

附录

致谢

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