مدل سازی و شبیه سازی فرآیند پلیمریزاسیون تعلیقی وینیل کلراید تحت مسیرهای دمایی از پیش تعریف شده

در این تحقیق به منظور افزایش بهره¬وری پلیمریزاسیون تعلیقی وینیل کلراید، فرآیند s-pvc تحت مسیرهای دمایی متغیر با در نظر گرفتن k-value از پیش تعیین شده و ظرفیت سرمایشی راکتور شبیه¬سازی گردید. یک نرم¬افزار شبیه¬ساز تحت عنوان «شبیه¬ساز فرآیند s-pvc» ارائه شد که قابلیت شبیه¬سازی فرآیند پلیمریزاسیون تعلیقی وینیل کلراید تحت مسیرهای دمایی از پیش تعریف شده (ثابت و متغیر) را دارد. از میان مدل¬های ارائه شده برای توصیف فرآیند s-pvc، تلفیقی از مدل¬های کی¬پاری¬سیدس و زی ارائه گردید و شبیه¬سازی فرآیند بر اساس آن انجام شد. طراحی نرم¬افزار «شبیه¬ساز فرآیند s-pvc» به گونه ای است که پس از اِعمال ورودی¬های راکتور، شروع به حل معادلات و روابط کرده و نتایج شبیه¬سازی، شامل پارامترهای عملیاتی و سینتیکی و همچنین خواص مولکولی- ساختاری محصول نهایی را در اختیار کاربر قرار می¬دهد. معادلات دیفرانسیل موجود در مدل از روش رانگ- کاتای مرتبه چهارم حل شد، همچنین فشار راکتور بر اساس معادله¬ی فلوری- هاگینز و روابط سینتیکی مربوط به پدیده¬ی نفوذ کنترلی بر اساس تئوری حجم آزاد محاسبه گردید. پس از معرفی نرم¬افزار «شبیه¬ساز فرآیند s-pvc»، اعتبار آن از طریق مقایسه نتایج شبیه¬سازی با داده¬های آزمایشگاهی و واحدهای نیمه¬صنعتی و صنعتی ارزیابی شد و مشخص گردید که در صورت انتخاب صحیح بازده¬ی آغازگر که پارامتری وابسته به شرایط عملیاتی فرآیند است، نرم¬افزار می¬تواند پارامترهایی همچون مدت انجام فرآیند، فشار راکتور، تبدیل بحرانی، تبدیل نهایی، سرعت پلیمریزاسیون، k-value و متوسط وزن مولکولی را برای هر سه مقیاس آزمایشگاهی، نیمه¬صنعتی و صنعتی به خوبی شبیه¬سازی کند. نمی¬توان با اِعمال مسیر دمایی متغیر، سرعت پلیمریزاسیون را همواره در حد ماکزیمم نگه داشت، زیرا علیرغم کاهش زمان دست¬یابی به تبدیل نهایی و استفاده طولانی از حداکثر توان سرمایشی راکتور، گرید موردنظر از نظر وزن مولکولی تولید نمی¬شود. چند مسیر دمایی به منظور کاهش زمان تولید دو گرید s-70 و s-65 بر حسب زمان و تبدیل پیشنهاد گردید. مسیرهای دمایی متغیری که پیشنهاد شدند، علاوه بر کاهش زمان فرآیند باید محدودیتِ ظرفیت سرمایشی راکتور و دست¬یابی به k-value از پیش تعیین شده را ارضاء کنند و همچنین خواص ساختاری محصول نهایی را تغییر ندهند. با بررسی تأثیر مسیرهای دمایی مختلف بر پیشرفت فرآیند و مشخصات محصول نهایی مشخص شد که دماهای پایین، پلیمری با k-value بالا و دماهای بالا محصولی با k-value پایین¬تر تولید می¬کنند. بنابراین در صورت بالا بودن دما در ابتدای فرآیند لازم است که در ادامه¬ی فرآیند، دمای راکتور کاهش یابد تا علاوه بر جبران کاهش k-value، سرعت پلیمریزاسیون و نرخ گرمای آزاد شده نیز بیش ازحد افزایش نیابد. همچنین پیشنهاد گردید به منظور تولید پلیمر گرید s-70 بهتر است علاوه بر مسیر دمایی پیشنهادی از ترکیب دو نوع آغازگر نسبتاً تند و متوسط استفاده شود تا در ابتدای فرآیند سرعت¬ پلیمریزاسیون افزایش یابد. درنهایت، تقریب¬ صنعتی مربوط به مسیرهای دمایی پیشنهادی ارائه شد تا بتوان در صنعت با اِعمال تعداد رمپ دمایی کمتر، فرآیند s-pvc را بهبود بخشید و به محصول موردنظر دست یافت. با اِعمال مسیر دمایی از پیش تعریف شده و ترکیب دو نوع آغازگر، زمان دست¬یابی به تبدیل نهایی در فرآیند تولید گرید s-70 از 306 دقیقه به 187 دقیقه کاهش یافت. همچنین اِعمال مسیرهای دمایی همراه با پیش¬گرمایش و بدون پیش¬گرمایش به ترتیب موجب افزایش بهره-وری فرآیند تولید گرید s-65 به میزان 28% و 40% گردید.