聚碳酸酯(Polycarbonate,PC)作为一种性能优良的工程塑料,广泛应用于汽车工业、电子电器、航空航天、光学媒介等领域。随着市场进一步扩大,聚碳酸酯已经成为需求增长最快的工程塑料之一。工业上聚碳酸酯的生产方法主要有界面缩聚法和熔融酯交换法两种,其中,熔融酯交换法实现副产物的循环利用,同时使用剧毒光气,成为近年来研究的热点。该生产工艺在高温低压下进行,聚合反应过程复杂,成为该工艺的核心问题。本文以聚合过程为研究对象,借助Aspen软件与MS软件对聚合过程进行建模与分析。主要内容如下:(1)结合聚碳酸酯聚合机理,以四面体中间物模型为基础,将聚合反应归纳为分子碎片之间的反应,结合Aspen中数据库,将聚合反应归纳为6个主要反应。同时,根据现有的聚碳酸酯连续化生产工艺和聚合反应过程特点,提出组合建模的思想,采用多釜串联、前全混流后降膜反应器的反应流程模型。与已有的实验数据进行比对,检验模型的准确性。(2)在聚合模型的基础上,分析聚合生产中的进料比、聚合压力、聚合温度以及停留时间的对聚碳酸酯数均分子量的影响,提出聚合生产的最佳工艺条件:预聚温度保持在190℃至195℃,缩聚温度保持在270℃至280℃;进料比保持在1.01-1.03;预聚压力0.4bar-0.7bar,缩聚阶段压力越低越有利于聚碳酸酯分子量增长;预聚阶段停留时间保持在0.8h,缩聚阶段单个降膜蒸发反应器时间保持在0.2-0.3h,最终产品数均分子量在1.4万左右。同时,针对生产过程提出建设性意见。(3)缩聚阶段,聚合反应受苯酚扩散控制,苯酚在聚碳酸酯内扩散系数成为缩聚反应研究的重要因素,也是制约缩聚反应器设计的关键,针对聚合反应中的聚碳酸酯苯酚分子的扩散,以MS软件为平台,采用分子动力学与分子力学,建立聚碳酸酯聚合物与苯酚体系晶胞模型。计算不同条件下苯酚分子扩散系数,研究表明:在190℃-310℃,扩散系数随温度增加而增大,晶胞苯酚浓度对其本身扩散系数无影响;聚合度越高,苯酚扩散系数越小,短链较长链,为苯酚提供更大的自由体积。实际生产,缩聚阶段高温与膜状流动更有利于聚合反应进行。