由于聚合過程非常復雜,聚合釜的溫度控制一直是流程工業(yè)中的一個難點。本文分析了聚合反應的特點,結合聚合速率隨引發(fā)劑衰變的規(guī)律及反應釜熱交換的機理,建立起聚合釜的溫度控制的數學模型。其特點是穩(wěn)定反應速率，從而穩(wěn)定控制反應放熱，以此來穩(wěn)定控制產品的質量。

　　1、反應過程

　　氟橡膠生產的反應釜，從工藝來看是半連續(xù)式的反應器。首先加入助劑及初始單體，用夾套通蒸汽的方法將反應釜溫度升至一定值，當反應釜釜內壓力達到規(guī)定值時，加入一定量的引發(fā)劑，反應開始進行。在反應過程中連續(xù)加入單體，單體的量由反應釜壓力的控制來維持，從而使得釜內單體的濃度恒定;整個反應過程是一個放熱反應，因此需要在反應的同時給反應釜夾套通入大量的冷卻水對反應釜進行降溫，從而保證反應釜的溫度穩(wěn)定。經過一段時間的反應，反應釜的單體進料累積量達到一定的數量，同時反應釜內的液相中產物達到預定的濃度后停

　　止加入單體，停止反應，一次性排出釜液，進入后處理階段，這樣就完成一個操作周期。

　　通過對聚合反應過程的了解，要很好地對氟橡膠產品質量進行穩(wěn)定控制，就得從反應過程及機理來考慮。我們要做到很好的自動控制的話，就應該從反應的源頭出發(fā)，以定量來控制定量，而不應該以變量來應對變量，這樣產生的誤差是可想而知的，并且是增加了控制的成本即產品的生產成本。因此我們首先應該把反應的速度穩(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)定反應速度，我們就得從反應機理來看。在整個反應過程中，我們可以知道反應單體的純度、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間和初始量有關，因此怎么樣去平衡這三者之間的關系也就是穩(wěn)定反應速率的關鍵。由于引發(fā)劑的濃度變化實質是引發(fā)劑的分解(衰變)而引起的。可由引發(fā)劑分解動力學得出相關的關系：

　　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，引發(fā)劑的濃度才能在反應釜內達到恒定，也即反應速率恒定。(反應釜的溫度考慮不變時)

　　3、結論及評價

　　在整個模型中，要注意的幾個環(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速度或引發(fā)劑分解的。

　　(2)在反應速度穩(wěn)定后，冷卻水進出口溫差是否與冷卻水的量相對穩(wěn)定。

　　(3)如果反應速度穩(wěn)定后，物料的進料量與設定的物料進料不符，則可能是反應時間的設定上需要調節(jié)，或者有些參數就需要實踐去修正。

　　(4)以前所搞的連續(xù)補加之所以出現分子量小不符合標準，我想主要原因是引發(fā)劑的濃度在整個過程中的變化如圖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左右不能到反應結束。由圖4知道補加時間間隔到1.8h后補加的量幾乎和初始加入量相同。

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

　　(6)現目前我們采用的控制方案已經能將反應溫度控制在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，不僅能將反應溫度控制范圍變小，提高到0~0.5℃以內。

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