探索乳液丁苯工业聚合过程模拟

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1、浙江大学硕士学位论文乳液丁苯工业聚合过程模拟姓名：魏佑宝申请学位级别：硕士专业：化学工程指导教师：王凯;王钧周2001.4.1摘要乳聚J‘笨橡胶(E．SBR)／，j史悠久、产耗量最火，具有优良的物理机械性能和加]：性能。我国的丁苯橡胶产量不断上升，研究丁苯橡胶生产技术还有广阔的阿投。近年束圜外生产技术不断完善，而国内生产：技术与国外相比仍有较大差距，特刖是聚合的模型化等方面。目

2、j{『乳液丁苯聚合的动力学模型主要是Smith—Ewart理论模型和Gordon理论模型。Smith．Ewan理论模型是理想

3、的宏观模型，仅考虑体系在反应粒子全部形成、胶束全部消失单体液滴消失之前时问内的过程。Gardon理论模型是将聚合反应划分成分散阶段、阶段I(乳胶粒生成阶段)、阶段11(乳胶粒长大阶段)、阶段1II(或聚合反应完成阶段)四个阶段，并针对不同的阶段建立了相应的模型。如何依据现有的宏观和微观的理论模型建立适应实际生产需要的模型是本论文研究的重点。—1l通过对齐鲁丁苯橡胶乳液共聚生产E．SBR工艺过程进行深入的剖析，并对Sm蕊．Ewart理论模型和Gardon理论模型进行了详细的研究，考查了整个丁苯乳液聚合过

4、程的变化过程，通过研究乳液共聚的反应机理和反应动力学，利用物料衡算的方法，得到了1{}～8样聚合釜的丁苯乳液共聚理论模型。利用丁苯乳液共聚的理论模型可以考查I#～8拌聚合釜的稳态和动态时各组成的变化情况，并可以得到影响产品质量的聚合速率、乳胶粒子总数、乳胶粒粒径分布、转化率、共聚物组成、分子量及分子量分布。由于理论模型的计算比较复杂，在实际生产应用中有许多困难，而在丁苯橡胶实际生产中一般控制转化率、门尼粘度和结合苯乙烯三项指标来达到控制产品质量，因而本文在对乳液共聚理论模型的充分理解的基础上，对理论模

5、型进行相应简化建立了能反映齐鲁丁苯橡胶实际生产过程的框架模型。框架模型包括实际生产需要的转化率、结合苯乙烯及门尼粘度三个反映齐鲁丁苯橡胶装置的聚合控制指标。通过框架模型可以考查氧化还原剂、乳化剂、反应温度、停留时间对转化率的影响，苯乙烯加入量、转化率对结合苯乙烯的影响，分子量调节剂、转化率、停留时间对门尼粘度的影响。利用数值计算的方法对理论模型和装置框架模型进行了计算，模拟了理论模型稳态生产过程的转化率、平均胶粒粒径、结合苯乙烯、数均分子量、重均分子量及分子量分布，模拟了框架模型稳态生产过程的转化率、

6、结合苯乙烯、门尼粘度，模拟了框架模型动态停车过程的转化率、结合苯乙烯、门尼粘度，模拟结果与实验结果相符，从而验证了模型的合理性。通过稳态生产过程中的实际操作数据对框架进行了验证，证明了框架模型基本满足生产需要。利用理论模型对不同引发剂时的转化率、不同转化率时的分子量及分布、不同分子量调节剂时的分子量及分厕i进行了模拟计算，利用框架模型对不同引发剂时的转化率、不同温度时的转化率、不同苯乙烯』J

7、1入量时的结合苯乙烯含量、不同分子量凋节剂时的门尼粘度进行了计算，通过汁算从理论上对实际生产的控制进行了深入的

8、分折。利川框架模型对装胃进行控制策略的优化模拟，计算了SBR．1502与SBR—i712旺刷切换时的不问方案，汁饽了装㈤降低J。：艟毋f捉d‘i产㈣对的／fi同方案。通过汁算找⋯了比较合删的厅案，为令肝优化化J“：和．17-种JI：发捉供了川!论Im抛、‘少＼＼．_．小丈的{i】

9、=究农19J，利川PI!沦儆’弘和框架模JI'!均··J刈乳澉r术聚合灾li，J、乍J“：过程进行模拟汁仰。理沦模型模拟比较详细，州以似剑影响产-刚贡fjI的聚合逃牢、乳胶粒J，’总数、乳胶粒粒竹分mj、转化二钙、JL聚物组

10、成、分予量及分子}l；=分们，缺』,iJZ．-i．t-钟：过程比较复杂，JiLi．无法计算。典际，l!产·{t的门』己朴度。框架模碰汁弹比较简便，j1：L】．，rJ以计钟=车0化牢、结合苯厶烯、门尼柚度，缺点足尢法埘过程j∈它}11份进{J：汁算。但总体看来，框架模型毡术可以满足现有7L产装氍控制的需要。今后对框架模型的参数进一步验证硐I优化，_}fJj二现场DCS控制可以剥‘术术齐鲁_]苯橡胶的聚合过程进行优化控制，减少工艺波动，提高产-讯质量。关键词：乳液共聚丁苯橡胶过程建模过程仿真Summary

11、rIllcDroductionofemulsionstyrene-butadieneI．ubber(ESBR)hasalonghistollYandaverylargeyield，aswellasESBRhasgoodphysicalmechanicsandmachlningcapability．TheyieldofESBRinourcountryisincreasinggradually，SOtileroISawiderDrospecttoinvest