甲基乙烯基硅橡胶的聚合过程

甲基乙烯基硅橡胶的聚合过程 潘怡凝 1 黄民 2 李佟茗 2 吴俊 2 1.迈图有机硅材料上海有限公司，上海市 200131 2.同济大学化学系，上海市 200092 摘要：本文研究有机硅间歇 工艺 钢结构制作工艺流程车尿素生产工艺流程自动玻璃钢生产工艺2工艺纪律检查制度q345焊接工艺规程 生产甲基乙烯基硅橡胶产品的聚合过程，通过理论研究、生产实践和计 算流体力学软件模拟分析甲基乙烯基硅橡胶的聚合机理。构建聚合反应釜的三维模型和反应动力学模型， 运用计算流体力学软件对全聚合反应釜内的流体进行数值模拟，根据生产数据确定聚合过程的边界条件。 关键词：甲基乙烯基硅橡胶；聚合机理；Pro/E；计算流体力学软件 中图分类号：TQ031.2 文献标识码：A 文章编号： Polymerization Process of Methylvinyl Silicone Rubber Pan Yining1 Huang Min2 Li Tongming2 Wu Jun2 1.Momentive Performance Materials, Shanghai 200131 China 2.Chemistry Department，Tongji University，Shanghai 200092 China Abstract: The batch Polymerization Process of Methylvinyl Silicone Rubber has been studied in this paper according to industry practice, The theory of the Methylvinyl Silicone Rubber Polymerization will be studied by theory analysis, production process and simulation. The simulation will be started after making three-dimensional model of the polymer kettle. The boundary condition will be supported by actual production data. Key word word文档格式规范word作业纸小票打印word模板word简历模板免费word简历 s: Methylvinyl Silicone Rubber; Polymerization; Pro/E 联系人：黄民. 第一作者：潘怡凝（1980-），男，迈图有机 硅材料上海有限公司，厂长，硕士研究生. Corresponding author: Pan Yining. E-mail: panyining8041@yahoo.cn 引 言 有机硅是一类性能优异的新型合成材料，兼备有机材料与无机材料的双重特性。它可制成数量繁多 的中间体、油状体、弹性体及树脂等产品。广泛应用于航空、宇航、电子、电气、纺织、轻工、建筑、 机械、医疗、食品等各个工业部门，在国民经济中发挥着积极作用[1]。因此，有机硅被视作合成材料中的 佼佼者，有人称它为“工业味精”，这实不过份。 1. 甲基乙烯基聚硅氧烷聚合理论 1.1甲基乙烯基硅橡胶合成机理 甲基乙烯基聚硅氧烷是高温硫化硅橡胶中的核心品种，具有低压缩永久形变、优异的绝缘性能、耐 臭氧、高透气性和生理惰性。其主要合成原料为有机硅单体——八甲基环四硅氧烷 (Octamethylcyclotetrasiloxane D4)，催化剂KOH，封端剂，乙烯基调节剂甲基乙烯基环硅氧烷(VMC)和反 应中止剂 [2]。其化学反应方程式如下： catalyst D4+VMC+chain stopper Polymer 八甲基环四硅氧烷在KOH的作用下开环聚合形成无色透明粘稠的碱胶，以甲基乙烯基环硅氧烷(VMC) 调节乙烯基含量，以封端剂封端，反应终止后抽真空脱除没有完全反应的小分子，得到生胶，生胶经过 填料补强（如气相法二氧化硅）后，在催化剂作用下硫化形成各种有机硅工业制品。本 论文 政研论文下载论文大学下载论文大学下载关于长拳的论文浙大论文封面下载 将结合甲基 乙烯基聚硅氧烷工艺，进行反应釜的模拟[3]仿真，依据仿真结果进一步研究聚合机理和控制因素。 1.2聚合釜的数学模型 在进行模拟的过程中，必须先建立流场中流体所依循的数学模型。为简化流场的复杂性而又不违反 聚合釜的真实物理性，本文做出以下假设： ① 考虑到反应物系的粘度较大，而搅拌速度较小，主要研究三维流动的层流场； ② 主要研究瞬态、不可压缩的牛顿流体； ③ 除了甲基乙烯基硅橡胶聚合过程，聚合釜内无任何其它化学反应； 基于上述的假设，在聚合釜内建立普遍化传递方程式： 连续性方程： 0u∇⋅ = (1) 运动方程（Navier-Strokes方程）： 2u u u p u g t ρ µ ρ∂ +∇ ⋅ = −∇ + ∇ + ∂  (2) 组分的质量守恒方程： ( ) ,( ) ( ( )) S S s eff S S w div uw div w S t ρ ρ ρ∂ + = Γ ∇ +∂ (3) 其中，组分方程对应的扩散项为 effs,Γρ ，源项 SS。 能量守恒方程： ( ) ( ) ( ( )) T p T kdiv uT div T S t C ρ ρ∂ + = ∇ +∂ (4) 其中，能量方程的扩散项为 PCK / ，源项 ST。 2 聚合釜的数值模拟 2.1聚合釜的三维模型 本论文模拟的聚合釜源引于行业实际生产中常用聚合釜，聚合釜和搅拌桨的三维模型如下图： 图 1 聚合釜三维模型的立体示意图 Fig. 1 3D model of the polymerizer 图 2 螺旋桨式搅拌桨 Fig.2 4 blade marine type propeller 2.2 Pro/E构建搅拌桨三维造型 利用 Pro/ENGINEER 三维造型软件对聚合釜模型进行三维造型，其中最困难的部分是对搅拌桨的三 维造型。 本论文对搅拌桨采用 公式 小学单位换算公式大全免费下载公式下载行测公式大全下载excel公式下载逻辑回归公式下载 曲线来进行三维造型。在[CRV OPTION（曲线选项）]菜单中->单击[From Equation(从方程)] -> [Done（完成）]命令进入设置对话框->选择坐标系和坐标系类型->进入记事本编辑状 态，输入搅拌桨曲线方程[4]。 生成曲线之后还要生成曲面，使用 Pro/ENGINEER 建立曲面的命令(Surface)中的高级 (Advanced Boundaries)条目，生成叶片曲面。 2.3 聚合过程的模拟 2.3.1 模型的边界条件及初始条件 模拟时采用静止参考坐标系模型，流体网格在计算时保持相对静止 参考坐标系静止。桨叶定义为运动面，并相对中心坐标轴保持等速旋转。固体壁面与流体相接触的所有 界面上均采用无滑移的固壁条件。 ① 聚合釜筒壁的边界条件 聚合釜筒边界采用静止的固体壁面条件，其x、y和z方向的速度为恒定值0； ② 聚合釜顶部的边界条件 聚合釜顶部为溶液的上液面，采用开放界面的边界条件，其相对压强为0； ③ 搅拌桨 表 关于同志近三年现实表现材料材料类招标技术评分表图表与交易pdf视力表打印pdf用图表说话 pdf 面的边界条件 搅拌桨处于聚合釜内部，其边界采用运动的内部界面。搅拌桨绕中心轴以恒定的角速度Nimpeller（rpm） 进行圆周转动 运动方程的初始条件速度为恒定值，数值为 0m/s。 2.3.2 三维立体网格的建立 由于三维模型的桨叶区网格构建复杂，模型填充的网格采用四面体（Tetra） 非结构化网格，并对桨叶区的网格进行了加密。同时考虑到搅拌桨叶片的厚度很小，旋转区的网格尺寸 加密，其他区域则调整为稍大尺寸来减少计算量。 三维模型的网格参数为：总网格节点数为218771，Tetra单元数为1259464个，三角网格面数为110604， 总单元数为1376115。釜体的三维网格及桨叶表面的非结构化网格见图，构建如图4.1所示： 图 4 聚合釜模型的三维网格示意图 Fig. 4 3D mesh model of the polymerizer 2.4模拟结果 计算流体力学软件对聚合釜进行模拟，其流型如下图： 图 4 聚合釜模型的流线和流速示意图 Fig. 4 velocity and streamline in polymerizer simulation 3 结论 通过数值模拟，可以模拟出聚合釜中反应物的状态，为实际生产中的技术改进和操作条件的优化提 供指导方向。 符号说明 Cp——摩尔定压热容， 1 1J mol K− −⋅ ⋅ p——压强，Pa S ——源项，s-1 t——时间，s T——温度, K u——速度矢量， 1m s−⋅ Sw ——质量分数，％ ρ ——密度， 3kg m−⋅ µ ——溶液的粘度， 2 1m s−⋅ effΓ ——有效扩散系数， 2 1m s−⋅ Reference [1] Chenguang Chemical Engineering Institute, Silicone Team(晨光化工研究院，有机硅编写组)。Silicone Monomer and Polymer.Chemical Engineering Press,1986,12(1) [2] Xing Songmin(幸松民).Polymerization and Application of Silicone. Chemical Industry Press,1992 [3] Jin Longtai(靳龙泰)., Study on New Polymerization Process of Methylvinyl Silicone Rubber， 13(2):4，1999 [4] Liu Youlu(刘莜路). Pro/ENGINEER Surface Modeling Skills[M]. Posts & Telecom Press(Beijing),2005