论文部分内容阅读
聚醋酸乙烯酯是一种重要的化工产品,主要作为中间产品生产聚乙烯醇和聚乙烯醇衍生物。在醋酸乙烯酯溶液聚合的工业化生产过程中,经常会出现粘釜、物料结块、阻塞管路等现象,影响产品的质量及生产的进行。现今关于醋酸乙烯酯聚合的研究更多的是集中在工艺配方上,而对聚合反应过程、反应动力学的研究较少,对工业化生产及相关设备的设计指导有限。本文在醋酸乙烯酯溶液聚合过程实验研究的基础上,采用CFD方法对工业化聚合过程进行数值模拟预测,并通过对聚合釜内流动状况的研究分析了工业生产中出现物料结块、阻塞管路的原因。具体的研究内容与结果如下:
(1)以醋酸乙烯酯(VAc)为单体、甲醇(MeOH)为溶剂、偶氮二异丁腈(AIBN)为引发剂进行醋酸乙烯酯溶液聚合反应的实验研究,探讨了甲醇质量分数、聚合时间对单体转化率及体系粘度的影响,通过正交实验结果分析回归得到醋酸乙烯酯溶液聚合反应的转化率方程(转化率与甲醇质量分数、反应时间的关系式)和粘度方程(体系粘度与甲醇质量分数、反应时间的关系),结果表明,粘度的对数值和转化率分别与聚合反应时间、甲醇质量分数呈线性关系,并通过单因素实验验证了转化率方程和粘度方程的正确性。
(2)在实验研究的基础上,对实验室条件下的醋酸乙烯酯溶液聚合反应过程进行CFD数值模拟,并就平均转化率和平均粘度与实验进行了比较,结果表明,CFD理论预测的转化率和粘度与实验值较为一致,从而验证了CFD技术模拟醋酸乙烯酯溶液聚合反应的可靠性。
(3)对实际工业化连续聚合过程中聚合一釜和聚合二釜的速度场、温度场、粘度场、停留时间、各组分的浓度场和产品转化率等进行数值模拟理论预测,并进行分析,研究表明,聚合釜及搅拌桨叶整体结构较为合理,但是在聚合二釜锚式搅拌桨中间存在死流区,该区偶然形成的大块粘釜物可能是造成出口阻塞的主要原因之一。针对这一问题,在锚式搅拌桨中间加上一对叶片,一定程度上改善了聚合釜的混合效果。此外,还研究了搅拌桨的转速与螺带式搅拌桨的螺距对聚合二釜混合效果的影响,结果表明,提高搅拌桨的转速和减小螺带式搅拌桨的螺距可以有效的提高聚合二釜的流动性和混合效果。
本研究成果对醋酸乙烯酯溶液聚合的工业化生产具有指导意义,为指导醋酸乙烯酯聚合反应釜的改进了提供了理论依据。