浅谈化工工艺设计流程和规范.ppt
张允强
摘 要：目前，全世界聚合物的年生产能力按体积计可与金属材料相当，并且它们以二倍于钢铁生产的速度（每年增加12%～15%）逐步代替金属、木材及水泥等结构材料。对聚合过程主要是研究从小试放大到工业规模的聚合过程，以聚合动力学和聚合物系传递为基础，进行聚合反应器操作特性的分析和放大设计、聚合过程反应规划和技术开发等应用性基础研究。
关键词：化工； 工艺；聚合过程； 研究方向
由低分子单体合成聚合物的反应称为聚合反应。可分为加聚反应和缩聚反应，前者指以含有重键的低分子化合物为单体，在光照、加热或引发剂、催化剂等作用下，打开重键而相互加成聚合成高分子化合物的反应，后者指以具有两个或两个以上官能团的低分子化合物为单体，通过这些官能团的反应，逐步结合形成高分子化合物的反应。按聚合机理或动力学可将聚合反应分为连锁聚合和逐步聚合。
目前，全世界聚合物的年生产能力按体积计可与金属材料相当，并且它们以二倍于钢铁生产的速度（每年增加12%～15%）逐步代替金属、木材及水泥等结构材料。对聚合过程主要是研究从小试放大到工业规模的聚合过程，以聚合动力学和聚合物系传递为基础，进行聚合反应器操作特性的分析和放大设计、聚合过程反应规划和技术开发等应用性基础研究。
1.聚合动力学和模型化
模型化可以节省实验时间，减少昂贵的设备，因此可以说模型化是反应工程的灵魂。自由基聚合和缩聚反应机理比较成熟，成为模型化研究的主要对象。聚合动力学可分为微观和宏观两类。高分子化学侧重低转化率时的微观动力学研究，其目的是揭示机理，提供基元反应速率常数。聚合反应工程则侧重伴有传递因素在内的高转化率下的宏观动力学，目的在于过程控制。
动力学模型化主要是建立操作参数与聚合速率、聚合物质量间的定量关系。反应器模型化除此之外，還可能包括黏度变化模型、流动模型、混合模型及传热模型等。聚合动力学模型化的最终目的是便于工业上计算机控制。正确的聚合机理和可靠的动力学、热力学数据是模型化成功的基础。
模型化一般经下列步骤：提出机理，列出物料衡算方程组；实验验证，应用于工业控制；对模型做出修正。模型化工作往往是不断考核和修正的过程。
2.改进聚合反应器的性能
现今合成高聚物工厂单线生产能力可达每年50万吨，聚合反应釜的容积已达200m3。聚合过程的另一个研究方向是使所设计的反应器能够满足预定聚合物质量和产量的要求。这将涉及操作特性、选择性、稳定性和安全性问题。
3.搅拌聚合釜的放大设计
80%以上的聚合反应器是搅拌釜，约80%搅拌釜用作聚合反应器，其他在一般化工、石油化工、精细化工、生物化工等部门也得到广泛的应用。因此搅拌聚合釜的放大技术是研究聚合过程的方向之一。
聚合釜是聚合物生产的关键设备，其放大设计合理与否影响到聚合过程的成败，如生产能力、产品质量、经济效益乃至安全事故。欲使聚合釜放大成功，首先需了解混合对聚合过程的影响。聚合速率等于或快于混匀速率，或伴有传质的聚合反应时要求加快混匀，即要求快速混匀。传热、互溶液体的混合、固体悬浮以及慢反应等对搅拌混合要求则不甚高。
4.计算机在聚合过程中的应用
随着计算机技术的发展，计算机逐渐引入聚合反应工程这一领域，无论在理论基础，还是工业实际应用方面，均获得了丰硕的成果。计算机已成为聚合过程分析、设计、控制的重要手段和工具，使聚合反应工程研究不断深化和发展。计算机的应用可概括为三个方面：计算机辅助设计（CAD）、计算机辅助监测（CAM）和计算机控制。
全世界聚合物的年生产能力按体积计可与金属材料相当，并且它们以二倍于钢铁生产的速度（每年增加12%～15%）逐步代替金属、木材及水泥等结构材料。对聚合过程主要是研究从小试放大到工业规模的聚合过程，以聚合动力学和聚合物系传递为基础，进行聚合反应器操作特性的分析和放大设计、聚合过程反应规划和技术开发等应用性基础研究。
参考文献：
[1]李钰，李懋星.石油化工生产的设计[J].化学设备与管道，2008，（3）.
[2]张安.化工工艺聚合过程的研究[J].河南化工，2005， （22）.
