第二章聚合反應(yīng)器

1、第二章第二章 聚合反應(yīng)器聚合反應(yīng)器第一節(jié)第一節(jié) 概述概述一、聚合反應(yīng)器作用一、聚合反應(yīng)器作用二、聚合反應(yīng)器的型式及特點(diǎn)二、聚合反應(yīng)器的型式及特點(diǎn)一、聚合反應(yīng)器的作用一、聚合反應(yīng)器的作用v作用作用：滿足聚合反應(yīng)工藝及產(chǎn)品質(zhì)量的要求。v聚合反應(yīng)特點(diǎn)聚合反應(yīng)特點(diǎn)： -聚合方法多樣，反應(yīng)機(jī)理復(fù)雜； -隨反應(yīng)進(jìn)行，體系粘度急劇上升,易粘壁等； -有的需要加熱，有的放熱激烈。v設(shè)計(jì)和選型依據(jù)設(shè)計(jì)和選型依據(jù)：充分考慮單體、聚合物、催 化劑的性質(zhì)和狀態(tài)性質(zhì)和狀態(tài)，聚合反應(yīng) 機(jī)理機(jī)理，以及聚合過程中體系的 物性變化物性變化。v帶有攪拌裝置的反應(yīng)器帶有攪拌裝置的反應(yīng)器攪拌聚合釜攪拌聚合釜l 帶有攪拌裝置的容器帶有

2、攪拌裝置的容器原料配制槽、溶解槽原料配制槽、溶解槽二、聚合反應(yīng)器的型式及特點(diǎn)二、聚合反應(yīng)器的型式及特點(diǎn)v管式（塔式）反應(yīng)器管式（塔式）反應(yīng)器l 特種反應(yīng)器特種反應(yīng)器v聚合釜的結(jié)構(gòu)聚合釜的結(jié)構(gòu)夾套（傳熱裝置）夾套（傳熱裝置）密封裝置密封裝置攪拌器攪拌器釜體釜體料孔料孔溫度計(jì)孔溫度計(jì)孔視鏡孔視鏡孔人孔人孔攪拌孔攪拌孔傳動(dòng)裝置傳動(dòng)裝置第二節(jié)第二節(jié) 攪拌釜式反應(yīng)器攪拌釜式反應(yīng)器一、釜體一、釜體包括：直立圓筒、上下封頭、接管、 法蘭、支座等v封頭： 上，平蓋形、橢圓形、球形； 下，橢圓形、球形、錐形 v材質(zhì)：碳鋼、不銹鋼、復(fù)合鋼板、或非金屬材料（搪瓷、塑料、橡膠襯里）等，據(jù)物料特性物料特性選用v釜 蓋

3、為 橢 圓 封 頭 、 端 部 法 蘭 式 結(jié) 構(gòu)釜 蓋 為 橢 圓 封 頭 、 端 部 法 蘭 式 結(jié) 構(gòu)特點(diǎn)：開式結(jié)構(gòu)、釜蓋重量較輕，適用特點(diǎn)：開式結(jié)構(gòu)、釜蓋重量較輕，適用壓力較壓力較低、容積較小低、容積較小的反應(yīng)釜選用。的反應(yīng)釜選用。v釜 蓋 為 平 蓋 、 端 部 法 蘭 式 結(jié) 構(gòu) 釜 蓋 為 平 蓋 、 端 部 法 蘭 式 結(jié) 構(gòu) 特點(diǎn)：開式結(jié)構(gòu)、結(jié)構(gòu)緊湊、外形尺寸較小、釜蓋特點(diǎn)：開式結(jié)構(gòu)、結(jié)構(gòu)緊湊、外形尺寸較小、釜蓋重量較小、造價(jià)較高，適用于重量較小、造價(jià)較高，適用于壓力較高、容積小壓力較高、容積小的的反應(yīng)釜選用。反應(yīng)釜選用。v閉式、留人孔式結(jié)構(gòu)閉式、留人孔式結(jié)構(gòu)特點(diǎn)：閉式結(jié)構(gòu)、

4、無法蘭、結(jié)構(gòu)簡單、特點(diǎn)：閉式結(jié)構(gòu)、無法蘭、結(jié)構(gòu)簡單、造價(jià)較低，適用容積大的反應(yīng)釜。造價(jià)較低，適用容積大的反應(yīng)釜。二、攪拌裝置的型式與選擇二、攪拌裝置的型式與選擇v攪拌過程目的攪拌過程目的：使組分混合均勻，強(qiáng)化 傳質(zhì)傳熱。 作用：使體系各部分均相混合成均質(zhì)狀態(tài)，增大分散相的有效接觸面積，降低分散相周圍液膜阻力，提高傳質(zhì)傳熱速度。機(jī)械能液體運(yùn)動(dòng)能（一）攪拌器型式（一）攪拌器型式 按按槳葉構(gòu)形槳葉構(gòu)形分：分：槳式、錨式槳式、錨式( (或框式或框式) )、推進(jìn)、推進(jìn)式、渦輪式及螺桿式、螺帶式攪拌器等。式、渦輪式及螺桿式、螺帶式攪拌器等。1、 槳式槳式平葉槳平葉槳折葉槳折葉槳平槳平槳1、 槳式槳式v平葉

5、槳式：槳面與運(yùn)動(dòng)方向垂直，低速 運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)，環(huán)向環(huán)向流動(dòng)，轉(zhuǎn)速提高 徑向徑向流增大。v折葉槳式：產(chǎn)生較大軸向軸向流動(dòng)，利于攪 拌混合。 平槳平槳折葉式比平葉式功耗少，操作費(fèi)用低，故折折葉式比平葉式功耗少，操作費(fèi)用低，故折葉槳使用較多。葉槳使用較多。丙烯腈溶液聚合反應(yīng)器2、錨式（框式）、錨式（框式）低速運(yùn)行，低剪切，但循環(huán)能力強(qiáng)，不易產(chǎn)生死區(qū)（漿葉與釜壁隔隙?。?。刮掃作用可防滯流防滯流層，利于傳熱，去除沉積物。 高能耗高能耗。錨式攪拌器3、推進(jìn)式攪拌器（也稱螺旋漿式）、推進(jìn)式攪拌器（也稱螺旋漿式）v結(jié)構(gòu)簡單，以整體鑄造葉輪最常見，適于液體粘度較低，液量較大的攪拌，湍流湍流。v需較小的攪拌功率通過高速

6、旋轉(zhuǎn)的槳葉獲得較好的攪拌效果。（低剪切、強(qiáng)循環(huán)、高速運(yùn)行、低能耗低剪切、強(qiáng)循環(huán)、高速運(yùn)行、低能耗）帶有穩(wěn)定環(huán)，在高速情況下靠液體的阻尼能起到扶正系統(tǒng)作用 4、渦輪式攪拌器（透平攪拌器）、渦輪式攪拌器（透平攪拌器）v應(yīng)用較廣泛，能處理粘度范圍較寬粘度范圍較寬液體.剪切力較大，使液體微團(tuán)分散很細(xì)，適用于低、中等粘度適用于低、中等粘度液體的混合、液-液分散、液-固懸浮及促進(jìn)良好的傳熱、傳質(zhì)或化學(xué)反應(yīng)。v據(jù)槳葉葉片形狀和位置，又有平直葉片、彎曲葉片、傾斜葉片、圓盤平直葉片、圓盤彎葉、圓盤斜葉等。 常用常用5、 螺桿式攪拌器（螺軸式攪拌器）螺桿式攪拌器（螺軸式攪拌器）v液體粘度大于10Pa.s時(shí)常用 。

7、將螺距一定的螺旋葉片固定在軸上，常增設(shè)離壁擋板或?qū)Я魍矒醢寤驅(qū)Я魍?，以提高攪拌?qiáng)度,造成一定循環(huán)流型。 、 螺帶式攪拌器螺帶式攪拌器v適用于粘度較高粘度較高場合（如達(dá)103Pa.s以上),有單螺帶、雙螺帶、四螺帶、螺桿/螺帶式等 v 外螺帶可以與釜內(nèi)壁很好地吻合，直接刮掃釜壁上的液體，有利于夾套式攪拌釜的傳熱與去除釜壁處的沉積物雙螺帶攪拌器（二）攪拌器的選型（二）攪拌器的選型v攪拌過程涉及流體的流動(dòng)、傳熱和傳質(zhì)，問題比較復(fù)攪拌過程涉及流體的流動(dòng)、傳熱和傳質(zhì)，問題比較復(fù)雜。目前主要依靠實(shí)踐和經(jīng)驗(yàn)總結(jié)。雜。目前主要依靠實(shí)踐和經(jīng)驗(yàn)總結(jié)。攪拌器選用的一般原則：攪拌器選用的一般原則：v 保證物料充分混合

8、，利于傳熱、傳質(zhì)；v 動(dòng)力消耗問題；v 結(jié)構(gòu)便于操作和維修。1.以液體粘度和反應(yīng)釜體積為依據(jù)選型以液體粘度和反應(yīng)釜體積為依據(jù)選型2.以流動(dòng)狀態(tài)、攪拌目的為依據(jù)選型以流動(dòng)狀態(tài)、攪拌目的為依據(jù)選型（三）攪拌附件（三）攪拌附件1、擋板、擋板v目的：目的：消除釜內(nèi)液體的打漩現(xiàn)象v作用：作用：將流動(dòng)轉(zhuǎn)變?yōu)榱?動(dòng)，增大被攪液體湍動(dòng)程度，改 善攪拌效果。？錨式（框式）安裝需檔板嗎？當(dāng)攪拌漿料時(shí)，擋板與釜壁之間應(yīng)留1/6板寬的空隙，以防止固體物料的沉積。如有必要，擋板也可做成空心狀，內(nèi)部能通入傳熱介質(zhì)，既可改善攪拌效果，又增加傳熱面積。、 導(dǎo)流筒導(dǎo)流筒v目的：控制回流速度和方向以確定某一特定流型；v作用：使所

9、有物料均可通過導(dǎo)流筒內(nèi)強(qiáng)烈混合區(qū)，提高混合效率，減少短路機(jī)會(huì)。三、密封裝置三、密封裝置v目的：目的：保證攪拌反應(yīng)器內(nèi)處于正常或真空狀態(tài)正?；蛘婵諣顟B(tài)，防止反應(yīng)器內(nèi)物料逸出或大氣雜質(zhì)滲入，影響反應(yīng)正常進(jìn)行。（一）填料密封（一）填料密封1、 結(jié)構(gòu)及工作原理結(jié)構(gòu)及工作原理v工作原理：工作原理：通過填料與攪拌軸之間的徑向壓力達(dá)到密封效果。 、 填料填料v要求要求：塑性、彈性、耐腐蝕、耐磨、耐溫，與軸的磨擦系數(shù)小等。v選用原則選用原則：據(jù)反應(yīng)器內(nèi)的介質(zhì)、操作壓力、操作溫度、攪拌軸轉(zhuǎn)速等l 較小正壓（0.2Mpa）且無毒，不易燃、不易爆場合，選用石棉制品（石棉繩、油浸石棉盤根），安裝時(shí)外涂工業(yè)黃油。l 壓

10、力較高或高真空和介質(zhì)有毒、易燃、易爆場合，常用浸漬聚四氟乙烯填料；l 高溫高壓下，常用金屬填料（鉛、鋁、紫銅及不銹鋼） 油浸石棉盤根浸四氟石棉盤根（二）機(jī)械密封（端面密封）（二）機(jī)械密封（端面密封）v1、 結(jié)構(gòu)及原理結(jié)構(gòu)及原理動(dòng)密封靜密封靜密封靜密封v2、 機(jī)械密封的材質(zhì)機(jī)械密封的材質(zhì) 耐磨、耐腐蝕，動(dòng)環(huán)硬度靜環(huán)硬度釜用機(jī)械密釜用機(jī)械密封基本結(jié)構(gòu)封基本結(jié)構(gòu)v（三）機(jī)械密封與填料密封比較（三）機(jī)械密封與填料密封比較四、傳動(dòng)裝置四、傳動(dòng)裝置v圖示：電機(jī)、減速器、聯(lián)軸器、機(jī)座等v電動(dòng)機(jī)功率計(jì)算：v減速器 兩級齒輪減速器 擺線針輪行星減速器 三角皮帶減速器 蝸輪蝸桿減速器五、傳熱裝置五、傳熱裝置v目的

11、：目的：依聚合反應(yīng)放熱或吸熱特點(diǎn)，嚴(yán)格控制反應(yīng)溫度，使恒定或嚴(yán)格按溫度曲線進(jìn)行。v要求要求：傳熱效率高、結(jié)構(gòu)簡單、避免易掛料的粗糙表面及結(jié)垢死角，易清洗。v方法：方法：間接 攪拌聚合釜的傳熱方式（夾套、釜內(nèi)傳熱夾套、釜內(nèi)傳熱件、釜外傳熱件、釜外傳熱）夾套傳熱夾套夾套 攪拌聚合釜的傳熱方式釜內(nèi)傳熱件：夾套和內(nèi)冷擋板特別適用于反應(yīng)速率較快的反應(yīng)，如乳液聚合 攪拌聚合釜的傳熱方式釜外傳熱六、其他型式的攪拌反應(yīng)器六、其他型式的攪拌反應(yīng)器1、臥式、臥式2、底部傳動(dòng)、偏心式、底部傳動(dòng)、偏心式新型攪拌釜式反應(yīng)器瑞士LIST公司最新開發(fā)成功的新型反應(yīng)器 第三節(jié)第三節(jié) 管式反應(yīng)器管式反應(yīng)器一、管式反應(yīng)器的工作原

12、理一、管式反應(yīng)器的工作原理v原理原理：物料在流動(dòng)中完成化學(xué)反應(yīng)。隨著物料 移動(dòng)，濃度逐漸降低，反應(yīng)速率逐漸減少。v特點(diǎn)特點(diǎn)： 1、穩(wěn)態(tài)操作 2、連續(xù)操作且兼具間歇特點(diǎn)，可控制時(shí)間， 可分段調(diào)控，利于大型化、連續(xù)化生產(chǎn)。 3、結(jié)構(gòu)簡單，單位體積傳熱面積大，適于高 溫高壓的聚合反應(yīng)器。二、管式反應(yīng)器的結(jié)構(gòu)二、管式反應(yīng)器的結(jié)構(gòu)、 管體管體、 擋液板擋液板v目的目的：使物料流動(dòng)狀態(tài)盡量接近平推流,使物料在管內(nèi)流速趨于一致。 、加熱裝置、加熱裝置 聯(lián)苯混合物作為熱載體第四節(jié)臥式反應(yīng)器第四節(jié)臥式反應(yīng)器 一、臥式反應(yīng)器的工作原理一、臥式反應(yīng)器的工作原理v工作原理工作原理：采用回轉(zhuǎn)圓盤等特殊裝置，使反應(yīng)物料盡可能展開，盡量除去體系內(nèi)生成的小分子，以滿足反應(yīng)不同階段的不同要求，達(dá)到預(yù)定的聚合度。二、臥式反應(yīng)器結(jié)構(gòu)二、臥式反應(yīng)器結(jié)構(gòu)出料裝置出料裝置（1）位差及壓差將物料排除：物料粘度不大、真空度不高時(shí)。（2）螺桿排料：體系中物料粘度大、真空度高時(shí)。v控制料位目的控制料位目的：上下波動(dòng)影響反應(yīng)時(shí)間 v控制方法控制方法：控制出料量。傳動(dòng)及密封裝置傳動(dòng)及密封裝置v傳動(dòng)：電動(dòng)機(jī)- 磨擦式變速器-擺線行星減速器- 鏈輪攪拌軸v轉(zhuǎn)速范圍：428r/min v密封：傳動(dòng)端： 1級：聚四氟乙烯石棉方繩； 2級：