[发明专利]蒙特卡洛模拟预测微管式反应器内自由基共聚的方法

摘要

本发明涉及高分子聚合技术领域，具体为一种蒙特卡洛模拟预测微管式反应器内自由基共聚的方法。本发明从共聚反应的基元反应出发，描述单体、引发剂等原料进入微管中反应一段时间后流出的全过程，用模拟的方法得到流出的产物组分的组成，高分子链的聚合度和序列分布等随时间的变化。考察微管式反应器的工艺条件对聚合反应的影响，得到最佳的投料比。该方法简便可行。

主权项

一种蒙特卡洛模拟预测微管式反应器内自由基共聚的方法，其特征在于具体步骤如下：（1）确定聚合体系中所有的基元反应和扩散反应，从聚合物手册中查出各速率常数的数值，确定各种基元反应的速率常数Kmac和扩散速率常数Kdiff_mac，再将所述的所有的基元反应的宏观速率常数Kmac转化为蒙特卡洛模拟的微观反应速率常数Kmicro、扩散反应的宏观扩散速率常数Kdiff_mac转化为蒙特卡洛模拟的微观速率常数Kdiff_micro，其中：对于一级反应，Kmac=Kmicro；对于不同物种之间的二级反应，Kmicro=Kmac/(VNa)；对于同一物种之间的二级反应，Kmicro=2Kmac/(VNa)，Na为阿伏伽德罗常数，大小为6.02×1023，V为反应体系的体积，Kmicro=Kmac*n2/L2，n为子体系的个数，L为体系的总长度；（2）预设微管式反应器的工艺条件：包括微管式反应器的容积、加入管中反应的不同原料的进料量和管内流体的流速；（3）基于各种基元反应和预设微管式反应器工艺条件，使用蒙特卡洛算法，建立自由基共聚反应的算法，其动力学的蒙特卡洛模拟步骤为：（a）输入步骤（1）中所有基元反应的微观反应速率常数及所有种类化学物种的扩散微管扩散系数，将时间t设定为0；（b）将微管分为n个单元，计算每个单元的容积、并计算每个单元内的所有种类的化学物种的分子个数，和各种基元反应、扩散反应的速率以及速率加和，计算各反应概率和各单元反应的总概率；（c）产生两个单位区间内均匀分布的随机数，判断下一步反应位于哪一单元；（d）产生两个单位区间内均匀分布的随机数，判断下一步将发生何种基元反应或者何种扩散反应，相应的调整反应所涉及的化学物种的分子个数，计算时间间隔，累加到时间t上去；（e）根据步骤（2）中的所述的预设的微观式反应器的工艺条件，在设定的时间点上加入一定比例的原料改变相应的化学物种的分子个数，并根据流速计算因为流动而改变的化学物种的分子个数； （f）多次重复步骤（b）（c）（d）（e），即得到各化学物种随时间的变化情况；将所述化学物种的变化分别记录在不同数组中，并进行统计，得到模拟结果；其中：步骤（3）中所述化学物种为引发剂、单体、进入共聚物的单体和共聚物；步骤（f）中所述将所述化学物种的变化记录在不同数组中，即将各种单体分子的个数，引发剂分子的个数，各种链自由基的个数，各种链自由基的长度，共聚物中不同单体的链段的长度，聚合物的分子量分别储存到相应的数组里，其中各个链自由基都用下述四个参数：标号、链长、自由基种类和链段分布来标记；（4）对步骤（3）得到的模拟结果进行统计，得到序列分布随时间变化的曲线；（5）根据得到的序列分布结果考察预设的微管式反应器的工艺条件的合理性，重新设定工艺条件，重复步骤（3）、（4）直到得到满意的序列分布结果和相对应的分批加料的工艺条件，将这个工艺条件应用于共聚反应的试验中。