摘 要：本文从聚合反应的MonteCarlo模拟，聚合釜搅拌流场分析以及计算机用于聚合工段的安全检测三个方面对化工工艺聚合过程的研究方向进行探讨。
关键词：化工工艺；MonteCarlo模拟；聚合釜搅拌流场；计算机
由低分子单体合成聚合物的反应称为聚合反应。可分为加聚反应和缩聚反应，前者指以含有重键的低分子化合物为单体，在光照、加热或引发剂、催化剂等作用下，打开重键而相互加成聚合成高分子化合物的反应，后者指以具有两个或两个以上官能团的低分子化合物为单体，通过这些官能团的反应，逐步结合形成高分子化合物的反应。
1 聚合反应的MonteCarlo模拟
就MonteCarlo模拟化学反应类型而言，主要有两种类型。一种是向网格中随机抛洒反应物及反应通道的反应动力学模拟方法，以抽样次数为时间变量，思想较为简单，通常用于简单反应动力学的研究；另一种动力学模拟方法是基于Gillespie提出的对祸合反应体系主导方程。该方法建立微观物种间各反应通道，并对物种和反应通道随机抽样，进行并记录各个微观反应，求算各个微观反应发生时间。各物理量的宏观统计结果可以直接和实验数据进行比较，具有完全对应性。而正是这种对应性，使得高分子聚合动力学研究中主要采用第二种类型。高分子聚合动力学研究此前主要集中在缩聚反应和自由基聚合反应方面。缩聚反应体系较为简单，且有较为成熟的高分子统计理论对其聚合动力学得出了解析解。
2 聚合釜搅拌流场分析
2.1 搅拌流场数值模拟
应用FLUENT流场分析软件对PVC聚合釜搅拌系统做优化设计，考察了不同挡板附件及桨叶结构对流动各项参数的影响，为聚合釜内的搅拌过程提供了优化參考方案。
计算模型以聚合釜内流体域为计算域，网格划分采用六面体和四面体网格相结合的方法，并对桨叶区的网格进行了局部加密处理。文中各计算条件流动均处于完全湍流状态，湍流模型采用RANS的标准k-ԑ模型。桨叶区的动静祸合采用近似稳态的多重参考系（MRF）法。固壁采用无滑移固壁条件并采用标准壁面函数处理近壁区域流动。采用有限体积法对控制方程进行离散，分离式求解器求解，压力和速度的祸合采用SIMPLE算法，对流项的离散使用二阶迎风差分格式。收敛残差设定为10-4，计算直至收敛。
计算结果表明，优选的三层二叶径向搅拌桨叶具有较好的搅拌效果。聚合过程要求的两大关键因数是桨叶对液体的剪切率达2.58和釜内液体的循环次数达4.45次/min。分析表明在搅拌转速60～100转/min的范围内，该桨型在釜内的高剪切区几乎充满整个流体范围。
2.2 搅拌模拟试验
采用冷态模拟法测量聚合釜的搅拌特性，有机玻璃实验釜结构尺寸与耐聚合釜保持几何相似，桨叶和挡板均为可拆结构，以便对不同型式的桨叶和挡板进行对比试验。
搅拌测试采用扭矩转速传感器，测定搅拌器的扭矩、转速和功率等，循环特性测定采用浮动粒子法，搅拌混合时间采用褪色法，流动状态观察采用示踪粒子目测法。
3 计算机用于聚合工段的安全检测
3.1 计算机辅助安全检测
在聚合工段要涉及种类繁多的易燃、易爆、有毒、有害的化学品，常常会造成设备、人员和环境危害。为了有效地管理和监督，就需要很强的专业知识和众多的人力，而在有的聚合工段限制了人员的数目和工作时间。故就需要借助计算机安全检测这种手段。经过多年的发展，已获得了大量的安全检测技术成果。荷兰科学家在1989年开发设计出了SAVE且系统软件包，可对工厂可能出现的火灾、爆炸、毒物泄漏危险进行评价，以及事故预防等的风险评估，系统建认了强大的数据库，并且允许用户根据实际需要添加危险物质的种类、特殊气象条件以及出现的事故对附近人口的影响，有毒有害物质在扩散区域的可能分布。
3.2 聚合工段安全检测的方法
3.2.1 道化学法
道化学通过开发的“火灾、爆炸危险指数评价法”可对化工生产进行检测，它是以已往的事故统计资料及物质的潜在能量和现行安全措施为依据，定量地对工艺装置及所含物料的实际潜在火灾、爆炸和反应危险性行分析评价。众多企业的应用结果表明，这种方法成效显著。该法的主要步骤包括：确定评价的工艺单元、求取单元内的物质系数MF，按单元的工艺条件，选用适当的危险系数、得出一般工艺危险系数和特殊工艺危险系数、用一般工艺危险系数和特殊工艺危险系数相乘、求出工艺单元危险系数、将工艺单元危险物质系数相乘，求出火灾、爆炸危险指数（F&EI）、用火灾、爆炸指数查出单元的暴露区域半径，并计算暴露面积、查出单元暴露区域内的所有设备的更换价值，并确定破坏系数，求出基本最大可能财产损失MPPD、应用安全措施补偿系数乘以基本MPPD，确定实际MPPD，根据实际最大可能财产损失，确定最大可能工作日损失（停工天数买MPDO）、用停产损失工作日MPDO确定停产损失。
3.2.2 ICI蒙德法
ICI蒙德法是在美国道化学公司（DOW）火灾、爆炸危险指数评价法第三版的基础下进行改进，使评价结果更加切合实际。ICI蒙德法扩充的内容包括：增加了毒性的概念和计算、发展了某些补偿系数、增加了几个特殊工程类型的危险性、能对较广范围内的工程及储备设备进行研究。
4 结语
按聚合机理或动力学可将聚合反应分为连锁聚合和逐步聚合。目前，全世界聚合物的年生产能力按体积计可与金属材料相当，并且它们以二倍于钢铁生产的速度（每年增加12%-15%）逐步代替金属、木材及水泥等结构材料。
参考文献：
[1]朱晓东.浅析化工工艺设计中安全危险的问题[J].化学工程与装备，2011（6）.
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