探究聚碳酸酯反应挤出过程模拟研究

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1、天津大学硕士学位论文聚碳酸酯反应挤出过程模拟研究姓名：曹文江申请学位级别：硕士专业：化学工艺指导教师：李复生20090601中文摘要熔融酯交换法制备聚碳酸酯的缩聚阶段，随着聚合物分子量的增大，反应体系粘度急剧增加，使得小分子的脱除变得极其困难，并成为控制反应能否继续进行的关键因素。为获得高分子量的聚合物，工业上多采用特殊设计的缩聚反应设备来增大气液接触面积，促进小分子的脱除。本课题组针对聚碳酸酯缩聚反应的特点，采用紧密啮合型同向双螺杆挤出机作为反应器，使物料在其各个区段传输过程中，完成物料混合、化学反应、小分子脱挥和熔体输送等一系列化工

2、单元操作，有望解决缩聚过程中因黏度急剧增加而导致的传质问题。本文目的是以挤出机反应器为基础，建立聚碳酸酯缩聚过程的数学模型并对其进行模拟计算与优化。本文首先对聚碳酸酯反应挤出过程进行系统分析，建立了缩聚反应的动力学模型，并根据反应体系的流动方程，热量恒算方程和相平衡方程，建立了反应挤出过程的数学模型。在此基础上，通过合理的简化，确定了双螺杆挤出机的物理模型，即带回流的理想全混釜串联模型。根据此物理模型推导出了物料在挤出机．Ⅳ中的理论RTD函数gⅣ(r)=∑A。exp(s。T)，该函数自变量为理想全混釜个数N；j和总回流比Y。接下来通过冷

3、模实验测定了不同螺杆转速及给料量下，物料在挤出机中的RTD函数。通过对实验RTD函数与理论RTD函数进行拟合，可获得实验RTD函数对应的理想模型参数N和Y。在Aspen平台上根据理想模型参数N和Y建立相应的模型，借助于Aspenplus的内置算法求解所建立的数学模型，进而实现对反应挤出过程的模拟计算。并将计算结果与在相同进料及反应条件下直接使用活塞流模型模拟反应挤出过程的结果作对比，相对误差在10％左右，表明在低转速小给料量的情况下，可近似使用活塞流模型模拟反应挤出过程。此外，还对反应温度、反应压力以及进料端基比例(T-DPC：T-BP

4、A)等过程参数进行了分析，为反应挤出过程设计提供了参考依据。关键词：聚碳酸酯缩聚反应反应挤出模拟计算ABSTRACTInthestageofpolymerizationforsynthesisofpolycarbonatebymelttransesterificationprocess．asthepolymermolecularweightincrease，themeltviscosityincreaSesrapidly，whichmakestheremovalofsmallmoleculesbecomeextremelydiffcul

5、t,anditbecomesthekeyfactortOcontrolthereactionwhethergoOilornot．Inordertoobtainhigllmolecularweightpolymer,peopleoftenusespecialdesignedequipmentsinindustrialforincreaSingthegaS·liquidcontactareaandpromotingtheremovalofsmallmolecules．Aimingatthecharacteristicsofpolycarbo

6、natepolycondensation，weusethecloselyintermeshingcorotatingtwinscrewextruderasareactorinordertOmakethematerialscompleteaseriesofchemicalunitoperation，suchaSmatericalsmixed,chemicalreaction，removalofby—productsandunreactedmonomerandmelttransport,indifferentsectionoftheextr

7、uder．ItisexpectedtOdealwimthemaSsU铷_sferproblem,whichduetOthesharpincreaseinviscosity．ThepurposeofthisarticleistOestablishamathematicalmodelbaSedOilreactiveextruderforsimulationandoptimization．Toestablishadynamicmodelofpolycondensation，thisarticlefirstlycarriesoutasystem

8、aticanalysisofthereactiveextrusionprocess．Inaccordancewiththeflowequation，heatbalanceequationandequilib