以聚酯与聚酰胺为例的缩聚产品行业的发展已经不再局限于传统的纺织服装产业的范畴,高技术纤维、合成新材料等新产品的应用已经扩展至航空航天、农业、建筑业、交通、水利、环境保护等国民经济的各个方面。气液相缩聚预反应过程,诸如聚酯酯化阶段或聚酰胺盐初步聚合阶段,对整个缩聚流程的能量消耗以及聚合物产品质量的影响很大。因此该过程的强化有着重要的研究价值与广阔的工业应用前景。反应单体的溶解现象、小分子的气液相平衡、气液接触方式、沸腾传热等因素的变化使气液相缩聚预反应过程变得非常复杂。如何通过准确高效的建模手段对该过程进行分析,有效控制反应的进程,是气液相缩聚预反应过程强化的基础。论文分别从流程尺度与反应单元尺度入手,对气液相缩聚预反应过程进行深入研究。建立了对于一般气液相缩聚反应过程具有普适性的流程尺度模拟方法和涉及非理想多相流动特性与相间传递的反应单元尺度模拟方法。并进一步建立了联结两种尺度模型的协同模拟方法,获得了以下几个方面的结果:利用理想流动模型建立了包括共缩聚反应动力学、挥发性小分子气-液平衡和单体固-液平衡的流程尺度综合数学模型,用于定量描述一种新的共酯化-共缩聚合成可生物降解PBST聚酯的方法。采用该模型模拟了 2万吨规模PBST共酯化反应操作条件对反应性能的影响并成功实现了工业化试生产。模拟结果表明,在共酯化阶段,适当的负压操作有助于提高产物的分子量并降低副产物的产率,较高的温度有助于提高酯化率。以理想反应器组合的方式探究了 PET酯化反应器的不同气液接触方式影响的作用机制。建立两种具有新的气液接触方式的反应器策略,并与其他四种现有的工业反应器策略进行对比评估。研究了进料组成与操作参数的影响,发现多级塔式反应器表现出比单个CSTR反应器更好的反应性能;气液逆流操作的塔式反应器具有良好的反应性能,并且通过改善出口位置可以进一步提高其生产效率;气液并流操作的反应器策略平衡了反应性能和能量消耗。从反应器单元尺度对内部具有复杂流动的非理想缩聚反应器展开研究。从概念设计与气液接触方式对气液相缩聚预反应过程的影响机制出发,构建了多种构型的一体化多级气液相并流塔式反应器,用于反应体系黏度较低的缩聚预反应阶段。通过冷模实验与计算流体力学(CFD)模拟证明了塔盘内部液体在气体剧烈鼓泡的湍动作用下混合良好,通过RTD实验得知由3层塔盘串联而成的反应器整体虚拟级数N在3到3.4之间,验证了气液并行流动在该结构反应器内的可行性。为了研究气液相缩聚预反应器单元内部的反应特性,采用CFD耦合气液相传递模型以及缩聚反应动力学模型,建立了求解升温沸腾过程中气液相传质、传热以及液相内不同组分含量和聚合产物聚合度等各项指标的数学模型。以工业规模尼龙66生产流程中的管式反应器为研究对象进行模拟。模拟结果表明,管式反应器前段和中段由于水沸腾蒸发的扰动,液相呈现周期性的涡流,液相组分变化平缓;反应器后段由于水的剧烈沸腾湍动破坏了涡流的周期性,液相流动往全混流发展;中后段过渡区域组分变化迅速,聚合度迅速上升。利用ActiveX和COM技术以及通过编写CFD软件支持的GUI和TUI命令流的方式在Matlab环境下实现了流程尺度与反应单元尺度的模块化数据交互,建立了准确、可控的缩聚过程模拟方法。该方法成功实现了利用非理想流动反应单元替代常规流程模拟中的理想反应单元进行协同模拟。以年产万吨级的工业化PA66连续缩聚流程为例,研究了新型无机械搅拌内循环反应器的结构和操作条件的影响。模拟结果表明,该反应器液相出口的组分含量与产物性能能够达到工业管式反应器出口产物的类似水平;反应器的操作温度以及反应器的结构均对其内部的循环流动产生显著影响,进而影响反应效率。