聚合反應(yīng)工程分析課件

1、聚合反應(yīng)工程和聚合反應(yīng)的實(shí)施聚合反應(yīng)工程聚合反應(yīng)工程和聚合反應(yīng)的實(shí)施聚合反應(yīng)工程1 概述聚合反應(yīng)實(shí)施小試研究階段： 確定聚合機(jī)理和聚合方法 工業(yè)化生產(chǎn) 聚合反應(yīng)設(shè)備（放大） 聚合反應(yīng)工藝流程 聚合反應(yīng)工程聚合反應(yīng)工藝（配方、操作） 聚合反應(yīng)工程實(shí)施經(jīng)驗(yàn)化學(xué)反應(yīng)工程理論1 概述聚合反應(yīng)實(shí)施小試研究階段： 確定聚合機(jī)理和聚合方法 1 概述工業(yè)化學(xué)反應(yīng)過程中發(fā)生的物料過程： （1）返混不同停留時(shí)間物料的混合 （2）動量傳遞不同流動速度物料間的混合；（3）質(zhì)量傳遞不同濃度物料間的混合；（4）熱量傳遞不同溫度物料間的混合。 這些物理過程會影響到化學(xué)反應(yīng)的濃度和溫度在時(shí)間和空間上的分布，從而影響到化學(xué)反應(yīng)

2、的結(jié)果。 1 概述工業(yè)化學(xué)反應(yīng)過程中發(fā)生的物料過程： （1）返混不1 概述 與低分子反應(yīng)相比，聚合反應(yīng)和聚合物生產(chǎn)有以下特點(diǎn)：1、反應(yīng)機(jī)理多樣，動力學(xué)關(guān)系復(fù)雜，重現(xiàn)性差，微量雜質(zhì)影響大。2、聚合過程中，除轉(zhuǎn)化率外，需要考慮聚合度、分布、共聚物組成、分布和序列分布、聚合物結(jié)構(gòu)、及聚合物性能。3、多數(shù)聚合體系粘度很高，有的是多相體系，他們的流動、混合、傳質(zhì)、傳熱和低分子體系有很大不同，同時(shí)反應(yīng)器的結(jié)構(gòu)需要作一些專門的考慮。4、聚合物體系和聚合產(chǎn)品種類多，化工數(shù)據(jù)缺乏，進(jìn)一步研究“三傳”比較困難，使得反應(yīng)器的設(shè)計(jì)和放大受到限制，聚合反應(yīng)工程的發(fā)展比較緩慢。1 概述 與低分子反應(yīng)相比，聚合反應(yīng)和聚合物

3、生產(chǎn)有以下特點(diǎn)：1 概述聚合反應(yīng)過程的實(shí)施的特點(diǎn)： 1.聚合反應(yīng)有多種多樣的聚合反應(yīng)機(jī)理；采用不同的聚合方法。 2.聚合反應(yīng)的結(jié)果除了要對反應(yīng)的轉(zhuǎn)化率和選擇率進(jìn)行考察外，還要考察分子量和分子量分布、分子的結(jié)構(gòu)以及高分子的立構(gòu)規(guī)整性等等； 3.聚合體系多樣的流變行為使物料的流動、攪拌、混合等方面都產(chǎn)生一系列問題；4.聚合反應(yīng)過程中始終存在著放熱和散熱的尖銳矛盾，這個(gè)矛盾往往成為過程開發(fā)的關(guān)鍵所在。 1 概述聚合反應(yīng)過程的實(shí)施的特點(diǎn)： 1.聚合反應(yīng)有多種多樣的2 聚合反應(yīng)的裝置工業(yè)聚合反應(yīng)過程的核心 ：聚合反應(yīng)器2 聚合反應(yīng)的裝置工業(yè)聚合反應(yīng)過程的核心 ：聚合反應(yīng)器2 聚合反應(yīng)的裝置1 .釜式聚合

4、反應(yīng)器應(yīng)用： 低粘度的的懸浮聚合過程、乳液聚合過程 高粘度的本體聚合和熔融縮聚等過程 操作方式： 間歇操作 半連續(xù)操作 單釜和多釜的連續(xù)操作2 聚合反應(yīng)的裝置1 .釜式聚合反應(yīng)器應(yīng)用： 低粘度的的懸2 聚合反應(yīng)的裝置 釜式聚合反應(yīng)器長經(jīng)比 按照長經(jīng)比的不同，釜式聚合反應(yīng)器可以分為瘦長型和矮胖型或者介于之間； 攪拌裝置 平槳式、推進(jìn)式、渦輪式、三葉后掠式及布魯馬金式槳葉（低粘度系統(tǒng)） 錨式、螺帶式、帶導(dǎo)流筒的螺桿式及其它特殊形式的攪拌（高粘度體系） 釜式聚合反應(yīng)器的除熱 采用夾套和各種內(nèi)冷構(gòu)件，如內(nèi)冷擋板、蛇管等。 當(dāng)釜內(nèi)除熱不足于除去反應(yīng)熱時(shí)，可以考慮采用釜外回流冷凝器和釜外循環(huán)冷卻器。 釜式

5、聚合反應(yīng)器結(jié)構(gòu)構(gòu)成 2 聚合反應(yīng)的裝置 釜式聚合反應(yīng)器長經(jīng)比 按照長經(jīng)比的不同， 聚氯乙稀生產(chǎn)33立方米聚合釜結(jié)構(gòu)示意圖 聚氯乙稀生產(chǎn)33立方米聚合釜結(jié)構(gòu)示意圖 2 聚合反應(yīng)的裝置2.塔式聚合反應(yīng)器 一般用于連續(xù)生產(chǎn)且對物料的停留時(shí)間有一定要求的較高粘度的物料體系,主要是一些縮聚反應(yīng)。 苯乙烯本體聚合反應(yīng)器 己內(nèi)酰胺連續(xù)縮聚用的VK塔 2 聚合反應(yīng)的裝置2.塔式聚合反應(yīng)器 一般用于連續(xù)生產(chǎn)2 聚合反應(yīng)的裝置3. 管式聚合反應(yīng)器優(yōu)點(diǎn)：簡單，單位體積所具有的傳熱面積大，單位體積生產(chǎn)能力大、 單程轉(zhuǎn)化率高，適用高溫、高壓操作。 缺點(diǎn)： 容易發(fā)生聚合物的粘壁現(xiàn)象，造成管道堵塞； 當(dāng)物料的粘度很大時(shí)，壓

6、力損失也大。 應(yīng)用： 尼龍66的熔融縮聚 高壓聚乙烯及中壓聚烯烴 高壓聚乙烯生產(chǎn)管式反應(yīng)器2 聚合反應(yīng)的裝置3. 管式聚合反應(yīng)器優(yōu)點(diǎn)：簡單，單位體積所2 聚合反應(yīng)的裝置雙環(huán)管式聚合反應(yīng)器 環(huán)狀反應(yīng)器應(yīng)用：中壓聚烯烴（聚丙烯）；反應(yīng)器的容積：20100M3；管長：100150M；反應(yīng)器材質(zhì)：采用碳鋼管；反應(yīng)器內(nèi)部構(gòu)件：軸流泵 。2 聚合反應(yīng)的裝置雙環(huán)管式聚合反應(yīng)器 環(huán)狀反應(yīng)器2 聚合反應(yīng)的裝置4.臥式聚合釜帶刮板的臥式聚合釜 有螺帶的臥式聚合釜 應(yīng)用：物料粘度高而需要將小分子去除的物料體系，如：聚酯。 2 聚合反應(yīng)的裝置4.臥式聚合釜帶刮板的臥式聚合釜 有螺帶的2 聚合反應(yīng)的裝置4.臥式聚合釜表

7、面更新型臥式聚合釜 采用雙軸結(jié)構(gòu)的臥式聚合釜，可以有效地避免死區(qū)。2 聚合反應(yīng)的裝置4.臥式聚合釜表面更新型臥式聚合釜 2 聚合反應(yīng)的裝置5.捏和機(jī)式聚合裝置有強(qiáng)的剪切作用，可以達(dá)到物料捏和和混煉的作用。 二種形式的捏和機(jī)示意圖應(yīng)用：液固反應(yīng)，耐熱性聚合物芳香族聚酰亞胺 2 聚合反應(yīng)的裝置5.捏和機(jī)式聚合裝置有強(qiáng)的剪切作用，可以達(dá)2 聚合反應(yīng)的裝置5.捏和機(jī)式聚合裝置捏和機(jī)式聚合裝置常見的攪拌器形式有三種。捏和機(jī)式聚合裝置常見的攪拌器形式2 聚合反應(yīng)的裝置5.捏和機(jī)式聚合裝置捏和機(jī)式聚合裝置常見的2 聚合反應(yīng)的裝置6.螺桿擠壓機(jī)式聚合裝置 利用螺桿強(qiáng)烈的剪切和擠壓作用，將高粘度的物料體系強(qiáng)行地

8、混合、推進(jìn)、擠出。 雙螺桿聚合裝置應(yīng)用：尼龍66生產(chǎn)中作后聚器，聚碳酸酯 。聚合反應(yīng)加工一體化。2 聚合反應(yīng)的裝置6.螺桿擠壓機(jī)式聚合裝置 利用螺桿2 聚合反應(yīng)的裝置7.履帶式聚合裝置 履帶式聚合裝置示意圖應(yīng)用：聚合反應(yīng)速度很快，需要迅速排除熱量或小分子的聚合反應(yīng)。 如：聚異丁烯 、聚酯。 2 聚合反應(yīng)的裝置7.履帶式聚合裝置 履帶式聚合裝置示意圖應(yīng)2 聚合反應(yīng)的裝置8.流化床聚合裝置 適合于氣固聚合反應(yīng)系統(tǒng)，已經(jīng)用于聚烯烴（如乙烯、丙烯或它們與丁烯的共聚物）的生產(chǎn) 。 UNIPOL法生產(chǎn)聚烯烴流化床過慮層催化劑加料器出料旋風(fēng)分離器共聚單體乙烯氫催化劑2 聚合反應(yīng)的裝置8.流化床聚合裝置 適合

9、于氣2 聚合反應(yīng)的裝置9.其他 （1）板框式聚合裝置（PMMA聚合后聚器）（2）靜態(tài)混合器反應(yīng)器（適合均相和多相體系，試驗(yàn)中）（3）鼓泡塔式反應(yīng)器（配位絡(luò)合催化劑的聚烯烴生產(chǎn)，氣液固三相反應(yīng)器）板框式聚合裝置Kenics靜態(tài)混合器2 聚合反應(yīng)的裝置9.其他 板框式聚合裝置Kenics靜態(tài)混3 聚合反應(yīng)的操作方式1.間歇式操作原料一次性投入，反應(yīng)結(jié)束后反應(yīng)物一次性從反應(yīng)器內(nèi)排出。 特點(diǎn)： (1)適用于小批量、多品種生產(chǎn)。 (2)產(chǎn)品的質(zhì)量波動較大。(3)間歇操作的一個(gè)周期中，非生產(chǎn)生產(chǎn)時(shí)間在其中占有一定的比例，從而造成生產(chǎn)效率的下降。(4)間歇操作物料的停留時(shí)間均一，在進(jìn)一步開發(fā)放大的技術(shù)上難度

10、較小。 (5)反應(yīng)的不同階段反應(yīng)熱的釋放程度又不均一，造成聚合反應(yīng)的操作是非穩(wěn)態(tài)操作。3 聚合反應(yīng)的操作方式1.間歇式操作原料一次性投入，反應(yīng)結(jié)束3 聚合反應(yīng)的操作方式2.連續(xù)式操作 物料連續(xù)地進(jìn)入反應(yīng)器，連續(xù)地排出反應(yīng)器，反應(yīng)條件控制穩(wěn)定。 特點(diǎn)： (1)適用于單一類產(chǎn)品的大批量生產(chǎn)。(2)連續(xù)式操作屬于穩(wěn)態(tài)操作，過程的描述比較簡單，便于控制和管理。產(chǎn)品的質(zhì)量亦比較穩(wěn)定，均一。 (3)非生產(chǎn)時(shí)間占的比例很小。(4)開停車期間，過程處于非穩(wěn)態(tài)，操作比較復(fù)雜，這一時(shí)期產(chǎn)品的質(zhì)量也在變化而不均一。 (5)在連續(xù)釜式反應(yīng)器內(nèi)物料的流動接近于全混流狀態(tài)，停留時(shí)間不均一，這將給過程的開發(fā)放大帶來相當(dāng)?shù)睦?/p>

11、難。 3 聚合反應(yīng)的操作方式2.連續(xù)式操作 物料連續(xù)地進(jìn)入反應(yīng)器，3 聚合反應(yīng)的操作方式3. 半連續(xù)式（半間歇式）操作 一部分物料是間歇地加入和排出反應(yīng)器，另一部分則連續(xù)地進(jìn)入反應(yīng)器。 特點(diǎn)： （1）適用于反應(yīng)熱很大的聚合反應(yīng); （2）對于某些反應(yīng)要求保持某一反應(yīng)物的濃度在低水平上，以利于產(chǎn)物的收率時(shí)，也宜于采用將該組份滴加（分批）加入的方法 ;（3）半連續(xù)式（半間歇式）操作在管理上比較麻煩，總的性質(zhì)和間隙式操作相近。3 聚合反應(yīng)的操作方式3. 半連續(xù)式（半間歇式）操作 3 聚合反應(yīng)的操作方式間隙操作和連續(xù)操作的本質(zhì)區(qū)別: 3 聚合反應(yīng)的操作方式間隙操作和連續(xù)操作的本質(zhì)區(qū)別: 3 聚合反應(yīng)的操作方式間隙操作和連續(xù)操作的本質(zhì)區(qū)別: 表面上比較簡單的間歇和連續(xù)二種操作形式，實(shí)際上卻包含著十分豐富、深刻和艱深的內(nèi)容。可以這樣說，研究和解決這四個(gè)方面的問題，是一切化學(xué)反應(yīng)實(shí)施和反應(yīng)器開發(fā)過程中的共同問題，闡明這四個(gè)方面的問題的理論和方法是化學(xué)反應(yīng)工程精髓所在 。 3 聚合反應(yīng)的操作方式間