熟悉和掌握聚合反应器内的物理传递过程和化学反应过程对聚合反应器的设计与放大具有重要意义,然而聚合机理、传递过程、反应器结构与操作条件如何影响聚合物产品质量一直是聚合反应工程领域亟待解决的难题。因此,对聚合过程的分子量分布(MWD)以及共聚组成分布(CCD)进行计算流体力学(CFD)模拟,可以建立“化工过程工程—聚合物产品质量”之间的定量关系,从而揭示聚合过程的传递与反应规律,对于工业聚合过程具有十分重要的理论意义和应用前景。论文以溶液聚合过程为研究对象,采用CFD与聚合反应动力学相结合的方法,分别对苯乙烯自由基聚合、丁二烯配位聚合以及钒系Ziegler-Natta催化乙丙聚合等过程进行建模,面向聚合物的分子量分布和共聚组成分布,从实验室尺度到工业尺度、从均相均聚到非均相共聚,建立了耦合流动混合过程、传质传热过程和聚合反应过程的CFD模型,实现了对分子量分布等聚合物产品质量指标的求解。首先,针对均相聚合过程的高黏变黏特性,以实验室尺度的苯乙烯溶液聚合过程为研究对象,采用矩方法将聚合反应动力学与CFD模型相结合,获得了高黏变黏聚合过程的分子量及其分布,揭示了流动混合对自由基聚合过程产品质量的影响规律。模拟表明,在搅拌槽入口和顶部,非理想混合对苯乙烯聚合过程的影响尤为明显;当搅拌转速增加时,连续搅拌槽内的聚合行为越来越趋于理想全混流反应器,单体转化率和聚合物分子量降低。其次,将该方法应用于工业尺度的顺丁橡胶溶液聚合过程,通过CFD建模对我国目前的釜式聚合工艺进行了较全面的工程剖析。结果发现,在反应釜中上部,现行聚合装置中双螺带桨的流动混合行为非常接近理想全混流反应器,但是在釜底入口进料区,其搅拌效率不足,存在明显的混合不良区;釜底较大的温度梯度和浓度梯度是造成现行装置偏离理想全混流反应器的重要原因,可在釜底安装一涡轮式搅拌器,改善釜底混合效果。然后,在均相稳态均聚过程的基础上引入乙丙非均相动态共聚过程,从流体力学特性、气液传质和聚合反应等方面考察了不同操作条件对钒系Ziegler-Natta催化乙丙聚合过程的共聚物分子量及共聚组成的影响规律。结果表明,聚合速率主要由液相中的乙烯浓度决定;在传质、反应与混合的联合作用下,液相中的乙烯浓度在鼓泡塔顶部出现极大值;气相混合物高速连续进料使得气相单体在液相中很快达到饱和,进而使聚合前后的共聚物组成基本保持不变。最后,在乙丙共聚物分子量和共聚组成的基础上,引入Flory分布理论和Stockmayer分布理论,针对乙丙气液共聚体系建立了利用CFD求解聚合反应器内MWD分布和CCD分布的方法,考察了乙丙共聚过程中共聚物MWD分布及CCD分布的时空变化规律。研究发现,随着聚合过程的进行,MWD分布越来越窄,而CCD分布越来越宽;在反应器底部,由于进料组成波动较大因而MWD和CCD分布均较宽,而在反应器顶部,流动混合与聚合趋于充分所以MWD和CCD分布均较窄。