由于聚合過程非常復(fù)雜,聚合釜的溫度控制一直是流程工業(yè)中的一個(gè)難點(diǎn)。本文分析了聚合反應(yīng)的特點(diǎn),結(jié)合聚合速率隨引發(fā)劑衰變的規(guī)律及反應(yīng)釜熱交換的機(jī)理,建立起聚合釜的溫度控制的數(shù)學(xué)模型。其特點(diǎn)是穩(wěn)定反應(yīng)速率，從而穩(wěn)定控制反應(yīng)放熱，以此來穩(wěn)定控制產(chǎn)品的質(zhì)量。

　　1、反應(yīng)過程

　　氟橡膠生產(chǎn)的反應(yīng)釜，從工藝來看是半連續(xù)式的反應(yīng)器。首先加入助劑及初始單體，用夾套通蒸汽的方法將反應(yīng)釜溫度升至一定值，當(dāng)反應(yīng)釜釜內(nèi)壓力達(dá)到規(guī)定值時(shí)，加入一定量的引發(fā)劑，反應(yīng)開始進(jìn)行。在反應(yīng)過程中連續(xù)加入單體，單體的量由反應(yīng)釜壓力的控制來維持，從而使得釜內(nèi)單體的濃度恒定;整個(gè)反應(yīng)過程是一個(gè)放熱反應(yīng)，因此需要在反應(yīng)的同時(shí)給反應(yīng)釜夾套通入大量的冷卻水對(duì)反應(yīng)釜進(jìn)行降溫，從而保證反應(yīng)釜的溫度穩(wěn)定。經(jīng)過一段時(shí)間的反應(yīng)，反應(yīng)釜的單體進(jìn)料累積量達(dá)到一定的數(shù)量，同時(shí)反應(yīng)釜內(nèi)的液相中產(chǎn)物達(dá)到預(yù)定的濃度后停

　　止加入單體，停止反應(yīng)，一次性排出釜液，進(jìn)入后處理階段，這樣就完成一個(gè)操作周期。

　　通過對(duì)聚合反應(yīng)過程的了解，要很好地對(duì)氟橡膠產(chǎn)品質(zhì)量進(jìn)行穩(wěn)定控制，就得從反應(yīng)過程及機(jī)理來考慮。我們要做到很好的自動(dòng)控制的話，就應(yīng)該從反應(yīng)的源頭出發(fā)，以定量來控制定量，而不應(yīng)該以變量來應(yīng)對(duì)變量，這樣產(chǎn)生的誤差是可想而知的，并且是增加了控制的成本即產(chǎn)品的生產(chǎn)成本。因此我們首先應(yīng)該把反應(yīng)的速度穩(wěn)定下來，這樣我們用的冷卻水流量和溫度也就自然的穩(wěn)定了，也就得到了很好的穩(wěn)定控制。要穩(wěn)定反應(yīng)速度，我們就得從反應(yīng)機(jī)理來看。在整個(gè)反應(yīng)過程中，我們可以知道反應(yīng)單體的純度、壓力都比較穩(wěn)定，這些因素都可看成是不變的，影響反應(yīng)速度的因素就只有引發(fā)劑的濃度了。影響引發(fā)劑的濃度的變化的就是溫度，反應(yīng)溫度不穩(wěn)定直接影響引發(fā)劑的分解速率，溫度越高分解速率越快，也就是說引發(fā)劑越容易很快失效，所以引發(fā)劑的分解溫度(即反應(yīng)溫度)的穩(wěn)定是非常重要的。影響引發(fā)劑濃度的因素還與加入的時(shí)間和初始量有關(guān)，因此怎么樣去平衡這三者之間的關(guān)系也就是穩(wěn)定反應(yīng)速率的關(guān)鍵。由于引發(fā)劑的濃度變化實(shí)質(zhì)是引發(fā)劑的分解(衰變)而引起的。可由引發(fā)劑分解動(dòng)力學(xué)得出相關(guān)的關(guān)系：

　　通過上三式，我們可以知道引發(fā)劑的加入速率只有在等于引發(fā)劑衰變速率時(shí)，引發(fā)劑的濃度才能在反應(yīng)釜內(nèi)達(dá)到恒定，也即反應(yīng)速率恒定。(反應(yīng)釜的溫度考慮不變時(shí))

　　3、結(jié)論及評(píng)價(jià)

　　在整個(gè)模型中，要注意的幾個(gè)環(huán)節(jié)：

　　(1)由工藝提出引發(fā)劑的分解活化能和頻率因子，還有是要說明是否有其他助劑成分影響反應(yīng)速度或引發(fā)劑分解的。

　　(2)在反應(yīng)速度穩(wěn)定后，冷卻水進(jìn)出口溫差是否與冷卻水的量相對(duì)穩(wěn)定。

　　(3)如果反應(yīng)速度穩(wěn)定后，物料的進(jìn)料量與設(shè)定的物料進(jìn)料不符，則可能是反應(yīng)時(shí)間的設(shè)定上需要調(diào)節(jié)，或者有些參數(shù)就需要實(shí)踐去修正。

　　(4)以前所搞的連續(xù)補(bǔ)加之所以出現(xiàn)分子量小不符合標(biāo)準(zhǔn)，我想主要原因是引發(fā)劑的濃度在整個(gè)過程中的變化如圖2;一次加入的引發(fā)劑衰變的濃度變化圖如圖3;而我上面所提到的引發(fā)劑的濃度變化圖如圖4。由圖3可以知道一次性加入引發(fā)劑是不可行的，它只能維持到1.8h左右不能到反應(yīng)結(jié)束。由圖4知道補(bǔ)加時(shí)間間隔到1.8h后補(bǔ)加的量幾乎和初始加入量相同。

　　(5)在整個(gè)模型的分析中，在最初加入的引發(fā)劑濃度的計(jì)算是通過非線性擬合得到的，可能存在一定的偏差;還有就是聚合反應(yīng)熱焓的計(jì)算是考慮的所有反應(yīng)熱全部由冷卻水帶走的，這樣就沒有考慮反應(yīng)釜的自身散熱，因此在最后建立的數(shù)學(xué)模型要通過多次的試驗(yàn)才能得到最接近的熱焓，也可以讓工藝人員提供反應(yīng)熱焓，從而來修正計(jì)算出來的熱焓。

　　(6)現(xiàn)目前我們采用的控制方案已經(jīng)能將反應(yīng)溫度控制在0~1℃，(引發(fā)劑是半連續(xù)的加入，并且不是按引發(fā)劑半衰期來控制引發(fā)劑濃度)，若能采用上述方案的話，不僅能將反應(yīng)溫度控制范圍變小，提高到0~0.5℃以內(nèi)。

　　(7)這個(gè)控制方案不僅能節(jié)約大量的人力和物力，還能夠穩(wěn)定產(chǎn)品質(zhì)量，節(jié)約能源消耗。