四氟乙烯聚合反应动态过程的分析

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1、四氟乙烯聚合反应动态过程的分析曹琴孙京诰（华东理工大学信息学院，上海200237）摘要针对PTFE工业生产中广泛采用的半连续反应过程，根据聚合反应动力学，运用Dynamicplus建立了完整的聚合反应动态模型。本文主要是对反应过程中的重要参数随时间的变化情况进行分析，并且通过改变物料中APS的含量来观察其对整个反应过程的影响，从而找出对模拟结果最优的APS进料量，结果表明本模型可以准确的记录每个反应阶段的实时动态，并且且对于此反应，最优的APS的进料量为0.005kg。关键词半连续DynamicPlus实时动态MatlabTheAnaly

2、sisfortheDynamicProcessofTetrafluoroethylenePolymerizationCAOQIN,SUNJINGGAO（DepartmentofAutomation,EastChinaUniversityofScienceandTechnology,Shanghai,200237,China）Abstract:Forthesemi-batchreactionprocesswhichiswidelyusedinindustrialproductionforPTFE,wedependingonthepolyme

3、rizationkineticsanduseDynamicplustoestablishadynamicmodelofthepolymerizationreaction.Thisarticleanalyzethevariationoftheimportantvariableinthereactionovertime,meanwhile,wevarythecontentofAPSandobserveitseffectonthewholereactionprocesstoidentifytheoptimalfeedamountofAPS,th

4、eresultshowsthatthismodelcanaccuratelyrecordthereal-timedynamicresponseofeachstage,andforthisreaction,theoptimumfeedamountofAPSis0.005kilogram.Keywords:Semi-batch;DynamicPlus;Real-timedynamic;Matlab聚四氟乙烯（PTFE）在氟塑料中是应用最广产量最大的高分子聚合物，具有电绝缘优异，不黏附以及低摩擦系数等优点[1]，由于极优的耐化学试剂性和耐溶剂性

5、而被冠以“塑料之王”的称号[2]，并被广泛应用于电气航空航天等重要领域。本文根据工业上的生产方式——半连续生产，通过首先在AspenPlus[3,4]建立相应的TFE的聚合全流程的稳态模型，导入到DynamicPlus建立对应的动态模型进行模拟分析，科学技术相对发达的国家都有属于自己的一套完成的PTFE聚合体系，对性能以及应用方面都有很详细的研究和介绍，但是对于工艺的条件以及配方甚是保密，除了少量的专利略有报道之外，其它的文章很少涉及，因此本文四氟乙烯分散聚合的研究对于国内工业上的工艺过程的生产具有实际重要的意义。1工艺简介本设计采用乳液

6、聚合的方法，运用半连续的加料方式(助剂以及水一次性加入，单体连续加入)，以过硫酸铵（APS）为引发剂，由于引发剂是在酸性条件下分解的，因此需要加入冰醋酸（CH3COOH）来调节反应器内液体的酸性，另外还需加入稳定剂石蜡和调节分子量的链转移剂十二碳硫醇DDM，主要的工艺过程可以概述为先向聚合釜内按比例加入无离子水以及事先配好的定量的辅助试剂（引发剂、稳定剂、调节剂、链转移剂），抽空升温并搅拌使其温度达到70℃左右，检测含氧量合格后（小于30ppm），加入TFE单体，并将釜温压力升到规定温度以及压力，搅拌使物料在釜内进行聚合，同时反应期间要补

7、加单体使压力尽量稳定在一定的值，反应一段时间后，连续均匀的加入定量的乳化剂全氟辛酸铵溶液，反应结束后，停止搅拌，回收单体，降温出料，产品送至后续处理[5]。2动态模型的建立2.1聚合反应动力学四氟乙烯的聚合属于自由基聚合，它是一种典型的加成聚合，其反应动力学主要包括链引发、链增长、链转移、链终止四个主要的基元反应，动力学方程步骤表示如下：（1）链引发：;（2）链增长：;（3）链转移：向单体转移：;向调节剂转移：;向链转移剂转移：;（4）链终止：第（1）步链引发包含了两个部分，引发剂分解形成离子自由基，并与单体结合形成单体自由基。第（2）步

8、为链增长过程，第（3）步为向单体、链转移剂和调节剂转移的三个方程式，第（4）步为偶合终止过程。由于聚四氟乙烯工艺的多样性，聚合动力学数据也是各不相同，同时技术的保密性使得获取完整的动力学参数更