[拼音]：juhe fanying gongcheng

[外文]：polymerization reaction engineering

化学反应工程的一个分支，是高分子化学、聚合物工艺和化学工程间新兴的边缘学科。它以工业聚合过程为主要研究对象，以聚合动力学和传递理论为基础，研究聚合反应器的设计、操作和优化诸问题。

促成该分支学科建立的背景是石油化工的蓬勃发展。石油化工为化学工业所提供的丰富原料，绝大部分用来生产聚合物。20世纪40年代以来，聚合物生产迅速发展，领先于理论研究，工业反应器的设计在相当程度上依靠经验，仅有少数几篇关于聚合反应器型式对聚合物分子量分布影响的论文。随着高分子化工的发展，对聚合过程的开发和聚合反应器的可靠设计提出了迫切要求，化学反应工程的理论研究，大型电子计算机和凝胶渗透色谱的应用为聚合反应工程的研究提供了有效的方法和工具。

在1970年第一届国际化学反应工程讨论会上，已出现全面地讨论聚合反应动力学和聚合反应器设计的文章，以后陆续出版了聚合反应工程的专著。故聚合反应工程仅有20年左右的历史，由于聚合动力学和聚合反应器中的传递过程的复杂性，目前该分支仍不成熟，正处在发展阶段。

聚合是一类特殊的复杂反应，反应产物具有多分散性，即为分子量不同的许多同系列大分子所组成的混合物。因此，聚合反应动力学不仅研究反应速度及其影响因素，还要研究与聚合物的特性密切关系的指标（包括平均分子量、共聚物组成、颗粒大小、支化度和它们的分布等）以及各种因素对这些指标的影响。

聚合反应按其机理可分为链式聚合和逐步聚合两大类，在高分子化学领域中已对这两类反应的动力学进行了大量的研究，提出了理论的分子动力学模型，但由于聚合反应系统的复杂性，这些理论模型本身及其应用都有局限性。工业上，按照聚合机理、动力学历程和聚合工艺，可列出引发剂、单体、活性链和聚合物的物料衡算式和热量衡算式。通常是一组微分方程组，用数值法进行求解，得出温度、压力、浓度等操作参数对于聚合速率和聚合物性能的定量影响。实际上，反应速率和聚合物性能都与反应器型式、操作方式和操作条件等密切相关。要制备特定性能的聚合物，不仅要依靠化学手段，还要依靠反应工程。聚合反应工程与聚合物性能之间的相互影响正引起人们越来越多的注意。从工程的角度看，需要掌握的是实际反应器中的反应规律，要研究并阐明包含传递过程在内的聚合反应过程的总特征，建立反应器中的聚合反应过程的数学模型，通过实验测定模型参数，从而确定定量关系。目前，这方面的研究非常活跃，但定量地用于生产尚需时日。

反应器中与聚合反应同时发生，并相互影响的各种传递过程(包括流动、传热和传质)。聚合反应是对温度和浓度十分敏感的化学反应，对流动和混合的要求比一般化学反应更为苛刻，传热问题也往往是控制聚合反应过程的一个关键问题。聚合物系的相态，除了液相均相体系外，还有各种两相和多相体系（包括气液、气固、液液、液固、固固、气液固、液液固以及液液液等体系）。在这样的聚合物系当中发生的各种传递过程都与聚合反应速度以及聚合物性能密切相关，因此研究聚合反应器中的传递规律非常重要，然而聚合物系的复杂性质给这些研究增添了困难。聚合后物系可粗分为两大类：一类是高粘度的牛顿型流体或非牛顿型流体；另一类是高固体含量的悬浮液和乳液。这两类物系的流变行为、混合、传热和传质有较大差异，而且在聚合过程中聚合物的物性往往有较大变化，准确的实验数据也不易获得。虽然化学工程中传热和传质的计算以及化学反应工程中发展的一些流动模型应能适用于聚合反应器中传递过程的计算，但却常常由于基本物性数据或参数的缺乏而影响计算的结果，甚至不能计算。例如，对于非理想流动的问题，原则上能用分散模型和多级全混流模型，但由于没有实测的参数而难于实际应用。

实现聚合反应过程的设备总称。聚合反应器按其操作方式可分为间歇式、连续式和半连续式（或称半间歇式）三种；按其结构又可分为釜式、管式、塔式以及其他特殊型式。后一分类方法便于进行聚合反应器的工程分析。例如针对某种型式反应器，分析其功率、混合时间、液滴化性能、传递等问题，以用于工业反应器的设计。

根据聚合反应的特点，物系的粘性及散热问题特别重要，因此搅拌反应器应用最为广泛。据统计，搅拌釜约占聚合反应器的70％以上，有关的技术资料也最多。塔式反应器约占10％。其他有管式以及特殊型式的聚合反应器，如环式、搅拌床式、卧式、流化床式、捏合式、挤出式等，也各有其应用之处。一般说来，特殊型式的反应器用于高粘度及发热量较大的聚合反应系统。由于聚合反应过程中粘度变化较大，反应速度也在变化，尤其是对于连续化过程，用单一的反应装置比较困难，常将多种反应器组合使用。在聚合后期，聚合物系粘度很高，流动和传热都很困难，对于缩聚反应，还必须除去小分子物，这时常需采用特殊型式反应器。例如：苯乙烯本体聚合先釜后塔，氯乙烯本体聚合先立式后卧式。

搅拌聚合釜是应用最广的一类聚合反应器，主要由釜体、釜盖、搅拌器、减速机和密封装置等组成。常用的约 30～50m³，100m³ 以上也颇普遍，最大的达200m³。搅拌器由桨叶(叶轮)和轴组成。其型式、尺寸、转速以及安装位置都对搅拌功率、混合、流动型式以及传热、传质有直接影响。桨叶型式主要有推进器式、透平式、桨式、锚式、框式、螺轴式（有时带导流筒）、螺带式以及有刮壁作用的搅拌器等。前三种适用高速搅拌低粘度液体，后几种则适用于低速搅拌高粘度液体。釜体有夹套，釜内有时装内冷管，大型釜的釜顶还有回流冷凝器，以供传热。

参考书目

1. (日)高分子学会编，王绍亭等译：《聚合反应工程》，化学工业出版社，北京，1982。（高分子学会編：《重合反応工学演習》，培風館，東京，1974。）