聚合反應(yīng)工程基礎(chǔ)：第六章-攪拌聚合釜的傳熱與傳質(zhì)

第六章攪拌聚合釜的傳熱與傳質(zhì)第一節(jié)聚合過程的傳熱問題(1)減速型(2)加速型(3)勻速型常用放熱不均勻系數(shù)表示放熱特性。第二節(jié)攪拌聚合釜的幾種傳熱方式夾套內(nèi)冷件回流冷凝器第三節(jié)攪拌聚合釜的傳熱計算體系流體溫度載熱體的溫度影響釜內(nèi)壁傳熱膜系數(shù)聚合釜內(nèi)物料性質(zhì)（如體系粘度）和攪拌條件如攪拌槳葉形式、尺寸、流動形態(tài)、擋板條件。降低體系粘度和改善攪拌效果是提高和總傳熱系數(shù)K值的主要途徑。

的因素：釜外壁傳熱膜系數(shù)的因素：隨冷卻水的流況而定。以夾套冷卻時，固體的導(dǎo)熱系數(shù)：為了降低釜壁固體導(dǎo)熱部分總熱阻，應(yīng)盡可能采用導(dǎo)熱系數(shù)較高的材質(zhì)。例：用懸浮法生產(chǎn)聚氯乙烯，試求在聚合轉(zhuǎn)化速率達到高峰時，攪拌釜夾套中通入冷卻水的溫度應(yīng)該是多少度？符號說明單位數(shù)值V聚合釜容積m314.0A夾套傳熱面積m226.9V/A釜容積／傳熱面積比m3/m20.52VR工作容量，裝料系數(shù)為90％，VR＝0.9V12.6ν進料中單體體積比0.39ρM氯乙烯的密度kg/m3898.0W單體進料量VRνρMkg/批4400CR總轉(zhuǎn)化率批－10.9θR總反應(yīng)時間h/批12CR/θR平均轉(zhuǎn)化速率h-10.075dC/dθ最高轉(zhuǎn)化速率h-10.2R高峰轉(zhuǎn)化速率與平均轉(zhuǎn)化速率之比2.67HR聚合熱kcal/kg366K總傳熱系數(shù)kcal/(h)(m2)(℃)268tR反應(yīng)溫度℃50解：每批生產(chǎn)的聚氯乙烯量設(shè)為P，平均生產(chǎn)率（以小時計）為：聚合過程中平均放熱量為：利用放熱速率與轉(zhuǎn)化率之間的比例關(guān)系：∴根據(jù)可得：轉(zhuǎn)化速率達高峰時所要求的冷卻水溫度tc為：均相液體傳熱的一些定性結(jié)論P182第四節(jié)攪拌釜內(nèi)的傳質(zhì)過程固相-液相發(fā)生的傳質(zhì)過程：（1）擴散努塞爾準(zhǔn)數(shù)（謝爾烏特準(zhǔn)數(shù)Nsh）：（2）擴散普蘭德準(zhǔn)數(shù)：對幾何相似體系，傳質(zhì)過程有如下關(guān)系：或：對于氣液體系對于小氣泡對于大氣泡液液體系分散相傳質(zhì)膜系數(shù)連續(xù)相傳質(zhì)膜系數(shù)兩相溶質(zhì)的平衡常數(shù)液固體系伴有相間傳質(zhì)的聚合反應(yīng)相界面?zhèn)鬟f阻力＋化學(xué)反應(yīng)阻力傳質(zhì)速率遠小于聚合反應(yīng)速率時，實際反應(yīng)速率完全取決于傳遞過程速率。擴散控制聚合反應(yīng)速率遠小于傳質(zhì)速率時，實際反應(yīng)速率完全取決于反應(yīng)速率。動力學(xué)控制介于二者之間？按照相態(tài)分：擴散反應(yīng)式：反應(yīng)速率項相間傳質(zhì)聚合反應(yīng)如何簡化？聚合反應(yīng)可視為不可逆反應(yīng)體系中活性鏈濃度不變當(dāng)引發(fā)劑濃度一定時，聚合反應(yīng)速率可簡化為擬一級反應(yīng)。擬一級反應(yīng)的分類快速反應(yīng)單位面積液膜內(nèi)的最大反應(yīng)速率大于純物理傳質(zhì)速率的2～3倍，這時主要受擴散控制。其傳質(zhì)速率式為：反應(yīng)速率常數(shù)擴散系數(shù)反應(yīng)物的界面濃度傳質(zhì)速率中速反應(yīng)慢速反應(yīng)此時反應(yīng)甚慢，反應(yīng)對傳質(zhì)系數(shù)的影響可以忽略，反應(yīng)基本上在液相本體內(nèi)進行。傳質(zhì)的氣膜與液膜阻力和液相本體的化學(xué)反應(yīng)阻力起串聯(lián)阻力作用：無限慢反應(yīng)由于反應(yīng)速度極慢，屬于動力學(xué)控制，可以不考慮傳質(zhì)對聚合反應(yīng)的影響，只需將與氣相壓力P相平衡的濃度C代入化學(xué)動力學(xué)方程式即可計算伴有相間傳遞過程的聚合速率。如何來判斷屬于哪種反應(yīng)？判據(jù)？液膜傳質(zhì)系數(shù)氣液相界面積攪拌轉(zhuǎn)速的改變當(dāng)KLa的改變不會引起聚合速率的改變時，即可認為是受動力學(xué)控制的無限慢反應(yīng)。當(dāng)聚合速率的改變正比于界面積的改變時，可認為屬于擴散控制的快速反應(yīng)。若不能確認，則只能認為是中速反應(yīng)或慢速反應(yīng)。在非均相聚合中采取何種措施以獲得較理想的的分子量以及分子量分布？聚合反應(yīng)釜的安全操作加強密閉防漏，防止有毒、易燃、易爆物料的的泄漏，以保證操作人員的安全，防止發(fā)生燃爆。反應(yīng)釜應(yīng)裝有安全泄壓裝置，對低壓操作的反應(yīng)釜可裝簡單的防薄膜。一旦反應(yīng)失控，應(yīng)采取以下措施：安全用電1）用終止劑來終止反應(yīng)2）懸浮聚合或乳液聚合反應(yīng)釜應(yīng)留有充分的自由空間，以便在反應(yīng)失控時向釜內(nèi)注入冷水。聚合反應(yīng)器

對工業(yè)聚合生產(chǎn)而言,其聚合反應(yīng)裝置的整組特性,在相當(dāng)程度上取決于并受制于聚合反應(yīng)方法和反應(yīng)器的結(jié)構(gòu)型式。按聚合方式分懸浮聚合反應(yīng)器乳液聚合反應(yīng)器溶液聚合反應(yīng)器本體聚合反應(yīng)器聚合反應(yīng)器按反應(yīng)器形式分聚合反應(yīng)器攪拌釜式反應(yīng)器管式或塔式反應(yīng)器流化床反應(yīng)器其他形式反應(yīng)器聚合反應(yīng)器均采用攪拌釜式反應(yīng)器一、攪拌釜式反應(yīng)器 釜(槽)式聚合反應(yīng)器是進行聚合反應(yīng)的主要反應(yīng)器形式，約占總聚合反應(yīng)器中的80％～90％。

它的主要特點是依靠攪拌器使物料得以良好混合。由于攪拌作用，使得物料處于流動狀態(tài)，由于物料的流動，物料與壁面間的傳熱系數(shù)也可以比較大。故釜式反應(yīng)器的一個重大優(yōu)點就在于它緩和了聚合熱的去除問題。此外，為了保持非均相聚合中粒子的懸浮，亦要依靠攪拌。攪拌釜式反應(yīng)器攪拌器型式和機構(gòu)的選擇和設(shè)計,無論對聚合反應(yīng)器還是對整個聚合反應(yīng)裝置系統(tǒng),其影響都是至關(guān)重要的1.懸浮聚合反應(yīng)器懸浮聚合過程一般是在水中分散單體液滴,并以油溶性引發(fā)劑進行的.懸浮聚合可以直接得到直徑5-1000μm的球形顆粒,廣泛應(yīng)用于對顆粒形態(tài)及粒徑、粒徑分布有很高要求的高分子材料的生產(chǎn)。反應(yīng)器的大型化是懸浮聚合的工程特點之一采用大型懸浮聚合反應(yīng)器具有很多優(yōu)點：

設(shè)備的生產(chǎn)效率高,產(chǎn)品均勻性好,

基建費、設(shè)備維修費用低等。懸浮聚合反應(yīng)器懸浮聚合反應(yīng)器該釜除采用與歐美懸浮聚合釜相類似的雙層后掠葉式攪拌器外,最大的特點是采用了結(jié)構(gòu)獨特的內(nèi)部夾套,其傳熱系數(shù)可達1160W/m2K，比通常的PVC聚合釜提高了一倍。懸浮聚合反應(yīng)器懸浮聚合反應(yīng)器懸浮聚合反應(yīng)器的傳熱 根據(jù)傳熱速率關(guān)聯(lián)式Q=KA△tm，強化傳熱的方法主要有:

增加傳熱面積A擴大溫差△tm 提高傳熱系數(shù)K

另：30-40m3

聚合反應(yīng)器一般可增設(shè)內(nèi)冷管

50-60m3以上的需考慮設(shè)釜頂冷凝器a夾套夾套傳熱面的總熱阻可用下式表示式中,和分別為聚合反應(yīng)器內(nèi)筒體內(nèi)壁和外壁的膜傳熱系數(shù),又為聚合反應(yīng)器內(nèi)筒傳熱熱阻,為厚度,為導(dǎo)熱系數(shù)。懸浮聚合反應(yīng)器的傳熱 上式中 為攪拌雷諾數(shù),為普蘭特數(shù),為內(nèi)部物料粘度與近壁處粘度之比,隨水油比、轉(zhuǎn)化率等因素而變化,常數(shù)C與聚合反應(yīng)器內(nèi)的流動狀況有關(guān)。

懸浮聚合反應(yīng)器的傳熱攪拌強度增加可使

上升,但攪拌狀況是由工藝決定的。 由夾套形式、進水方式和流速決定,其大小順序依次為:普通夾套、螺旋折流擋板夾套、微渦夾套、半圓管夾套。 的計算式有多種。但由于半圓管夾套的優(yōu)良性能,為許多大型懸浮聚合反應(yīng)器所采用。懸浮聚合反應(yīng)器的傳熱由于聚合物的導(dǎo)熱系數(shù)很小,粘釜將導(dǎo)致夾套傳熱系數(shù)大幅度下降,因此清釜技術(shù)也是夾套傳熱的關(guān)鍵為防止夾套結(jié)垢而使熱阻上升,大型懸浮聚合反應(yīng)器均應(yīng)注意夾套循環(huán)水的質(zhì)量管理懸浮聚合反應(yīng)器的傳熱b內(nèi)冷卻構(gòu)件 由于懸浮聚合對攪拌和防粘釜有嚴(yán)格要求,一般均不單獨為傳熱目的而設(shè)內(nèi)冷卻構(gòu)件,但仍可盡量利用擋板等內(nèi)部通冷卻介質(zhì)以加強傳熱,雖然傳熱面積不可能太大,但由于幾乎為反應(yīng)器壁的2倍,仍可帶走相當(dāng)大的熱量。懸浮聚合反應(yīng)器的傳熱

c釜頂冷凝器 釜頂冷凝器是利用懸浮聚合反應(yīng)器內(nèi)單體和水的蒸發(fā)冷凝——回流帶走熱量,熱阻分析與夾套相似,該反應(yīng)器內(nèi)無不凝性氣體時總傳熱系數(shù)可與夾套相當(dāng)，

由于其傳熱面積可不受限制,對解決傳熱是一種有效的手段。懸浮聚合反應(yīng)器的傳熱懸浮聚合設(shè)備的主要發(fā)展方向有三個：1均勻混合,并使攪拌釜中剪切率分布均一化以使聚合物粒子的粒徑均一2強化傳熱效率,提高單位容積反應(yīng)器的生產(chǎn)強度3開發(fā)防粘釜技術(shù)懸浮聚合反應(yīng)器發(fā)展方向2.乳液聚合反應(yīng)器乳液聚合技術(shù)在合成橡膠乃至高分子材料工業(yè)中均占有重要地位。在工業(yè)裝置中實現(xiàn)乳液聚合,必須解決以下基本問題

1聚合熱的撤除 2良好的物料混合 3維持一定的停留時間 4控制連續(xù)聚合過程的返混程度 5粘壁和掛膠乳液聚合反應(yīng)器乳液聚合按操作方式可分為間歇式或半連續(xù)式和連續(xù)式兩大類。間歇和半連續(xù)聚合設(shè)備一般采用攪拌釜式反應(yīng)器,連續(xù)聚合設(shè)備則常采用多級連續(xù)攪拌釜式反應(yīng)器(CSTR）a間歇乳液聚合釜

間歇乳液聚合釜操作的最大特點是轉(zhuǎn)化率高,接近于完全反應(yīng),聚合產(chǎn)物分子量分布窄,故特別適于涂料和粘合劑等多品種小批量乳液的生產(chǎn)。下面是典型的間歇乳液聚合釜的結(jié)構(gòu)和參數(shù)該釜的最大容積為75m3。內(nèi)設(shè)螺旋擋板夾套,底伸式二葉斜槳攪拌器,當(dāng)容積大于50m3

時,應(yīng)采用雙層槳式攪拌器。再則,視需要擋板還可通冷卻介質(zhì)。b乳液聚合CSTR對于高放熱體系,反應(yīng)器的大型化會使單位容積的傳熱面減少,致使撤熱問題更加突出,故需配置內(nèi)冷管以增加傳熱面面積。下圖為日本生產(chǎn)采用的乳液聚合釜。6-8級CSTR是連續(xù)乳液聚合生產(chǎn)SBR的典型流程,

其他如ABS樹脂等的生產(chǎn)也與之相類似c螺帶式攪拌聚合釜生產(chǎn)羧基改性膠乳的聚合反應(yīng)器可采用下圖的螺帶式攪拌聚合釜。該聚合釜的上下分別設(shè)置有多個 折流擋板,較特殊的是攪拌器采 用均相中高粘度體系常用的螺帶 式。據(jù)稱,設(shè)置多個折流擋板后,該螺帶式攪拌器也適用于低粘體 系,且可使乳液聚合產(chǎn)物凝膠含 量少,膠乳粒子勻整。聚合熱撤除和傳熱措施溫控是乳液聚合操作的關(guān)鍵因素之一。

間歇乳液聚合釜必須考慮峰值反應(yīng)速率期間的撤熱能力。

CSTR的最大放熱速率,則集中在轉(zhuǎn)化率最高的反應(yīng)器中,即反應(yīng)器傳熱速率為 式中,U為總傳熱系數(shù);A為傳熱面面積;△T為冷卻水與反應(yīng)物料溫差;分別為物料溫度和夾套溫度其最大放熱速率為式中,

,為物料體積,為油水比,為密度,為反應(yīng)熱,為最大放熱速率和平均放熱速率之比,為轉(zhuǎn)化率,為反應(yīng)時間據(jù)此： 其中△T即為峰值反應(yīng)速率期間所需溫差,反映了反應(yīng)器的最大生產(chǎn)能力。聚合熱撤除和傳熱措施聚合熱撤除和傳熱措施

增加傳熱面面積、提高總傳熱系數(shù),有助于提高撤熱能力。 而提高油水比,縮短反應(yīng)時間,反應(yīng)速率的不均勻和反應(yīng)器大型化將引起傳熱條件惡化。傳熱夾套半管傳熱夾套結(jié)構(gòu)如下圖所示，是一種高效的傳熱元件。 其優(yōu)點如下：由于無泄流、短路,其傳熱性能遠高于螺旋擋板夾套,特別對大型聚合釜尤為適用對設(shè)備具有很高的結(jié)構(gòu)強度增強作用, 故可降低聚合釜的壁厚,既可降低制造 成本,又可進一步提高傳熱效果 設(shè)有多個進出口,因而夾套可分為多個 傳熱區(qū),并行連接時夾套壁側(cè) 的溫度分布均勻,壓力降小,同時還可視需要自由調(diào)節(jié)傳熱面面積傳熱夾套對半管傳熱夾套在湍流域的傳熱膜系數(shù)，Bondy提出可按下式計算

式中,為夾套壁對聚合釜內(nèi)流體的給熱系數(shù) 為帶折流擋板夾套橫面的當(dāng)量直徑為導(dǎo)熱系數(shù) 為準(zhǔn)數(shù) 為準(zhǔn)數(shù)為聚合釜半徑內(nèi)冷構(gòu)件工業(yè)乳液聚合釜的容積一般達數(shù)十立方米,當(dāng)體系放熱量大時,傳熱問題就相當(dāng)突出,故除設(shè)置傳熱夾套外,還必須設(shè)置內(nèi)冷構(gòu)件以增加傳熱面面積。對此,可選用如下不同方案： ⑴采用內(nèi)冷擋板 ⑵取消擋板,設(shè)置直立內(nèi)冷管 ⑶向攪拌槳葉內(nèi)通冷卻介質(zhì)低溫冷劑和沸騰換熱

強化傳熱的另一途徑是采用低溫冷劑,以增大傳熱溫差。但采用低溫冷劑需增加冷凍能耗,且溫度過低時會導(dǎo)致反應(yīng)器壁溫與本體溫度溫差過大,使聚合物容易粘壁。因此,目前國外多采用低溫冷劑和沸騰換熱相結(jié)合的換熱方式,使較小的溫差即可具有很大的換熱能力?；亓骼淠骱透鉄峤粨Q器這些措施僅適用于聚合物膠乳在釜壁粘結(jié)較輕的情形?；亓骼淠魈貏e適用于單體、引發(fā)劑和表面活性劑連續(xù)補加的半連續(xù)乳液聚合。而使用釜外熱交換器,則要求聚合物膠乳在反應(yīng)過程中應(yīng)具有良好的機械穩(wěn)定性,否則循環(huán)泵將引起膠乳破乳。為便于清理,釜外熱交換器以選用板式換熱器為宜。3.溶液聚合反應(yīng)器該類聚合反應(yīng)器一般分為間歇式或半連續(xù)式溶液聚合反應(yīng)器和連續(xù)式溶液聚合反應(yīng)器兩大類a間歇式或半連續(xù)式溶液聚合反應(yīng)器這類反應(yīng)器的最大特點是反應(yīng)物系在聚合過程中的粘度變化大聚合開始時,物系粘度接近于溶劑粘度,一般小于數(shù)十毫帕秒,而聚合后期則粘度可升至數(shù)千至數(shù)萬、甚至數(shù)十萬毫帕秒間歇式或半連續(xù)式溶液聚合反應(yīng)器若聚合后期體系的粘度不太高,溶液聚合不難實現(xiàn),其反應(yīng)器的結(jié)構(gòu)也較簡單。右圖為日本綜研化學(xué)公司用于生產(chǎn)涂料的丙烯酸溶液聚合釜

若釜內(nèi)物料的粘度很大, 則它與由冷凝冷卻器流下的 低粘溶劑或單體的混合也是 十分困難的,這時僅用這種簡 單的攪拌器就不可能獲得好 的效果了。強化混合和傳熱效率的措施 要使間歇式和半連續(xù)式聚合反應(yīng)器在寬的粘度范圍和液面有較大波動的情況下始終保持高的混合和傳熱效率,可采取如下兩種措施。⑴采用特殊型式的適應(yīng)寬粘度域的攪拌器⑵采用具有兩個不同槳徑、不同轉(zhuǎn)速的攪拌葉片的組合式攪拌器間歇式或半連續(xù)式溶液聚合反應(yīng)器⑴采用特殊型式的適應(yīng)寬粘度域的攪拌器 右圖是日本住友重機械公司開發(fā)的攪拌器,稱作最大葉片式攪拌器，它的特點是攪拌葉片又寬又長。其適用粘度范圍很廣,由于其槳徑與釜徑比大,故對高粘流體其傳熱能力也高還由于其葉片長,故對液面波動的適應(yīng)能力也強下面2個圖分別是最大葉片式攪拌器的混合速率和傳質(zhì)系數(shù)與傳統(tǒng)攪拌器的對比圖⑴采用特殊型式的適應(yīng)寬粘度域的攪拌器但這些新型攪拌器須與變速電機（最好是恒功率輸出型變速電機）配合,

低粘時采用高轉(zhuǎn)速

高粘時采用低轉(zhuǎn)速⑴采用特殊型式的適應(yīng)寬粘度域的攪拌器⑵采用組合式攪拌器⑵采用具有兩個不同槳徑、不同轉(zhuǎn)速的攪拌葉片的組合式攪拌器

右圖是德國Ekato公司生產(chǎn)的同軸線型組合式攪拌器，其內(nèi)層用的是多層透平式葉片,它適用于低中粘流體的混合而當(dāng)粘度升高時,則啟動外層的框式葉片,葉片上還裝有刮板以清除粘釜物和強化傳熱。 右圖的組合式攪拌器稱作超級葉片式攪拌器,其內(nèi)層是采用能適應(yīng)很寬粘度域的最大葉片式結(jié)構(gòu),外層再配以低轉(zhuǎn)速的螺帶式葉片,使之能在更高的粘度下具有高的混合和傳熱效率

⑵采用組合式攪拌器 下圖比較了超級葉片式攪拌器與其他型式攪拌器的混合速率⑵采用組合式攪拌器⑵采用組合式攪拌器 這些組合式攪拌器的兩臺電機中,至少帶動外層大槳徑葉片的須是變速電機。有些先進的組合式攪拌器,還具有自動判斷物料粘度并能在粘度超過某一定值時自動啟動外層大槳徑葉片的功能。b連續(xù)式溶液聚合反應(yīng)器連續(xù)式溶液聚合反應(yīng)器在工程上除要考慮混合和傳熱外,還須考慮停留時間分布。對像鋰系低順式聚丁二烯（LCPB）生成活性聚合物的體系,流動狀態(tài)與分子量分布則密切有關(guān),若要獲得分子量分布窄的聚合物,就必須采用平推流。以采用裝有多層葉片的攪拌塔式聚合反應(yīng)器為好。異戊橡膠(IR)聚合反應(yīng)器 IR的溶液聚合體系不易產(chǎn)生粘釜物,故其反應(yīng)器的設(shè)計相對比較簡單,可采用多釜串聯(lián)使流動接近于平推流,再按各釜的粘度情況配置相應(yīng)的攪拌器 若在過渡流域(Re=50~1000)操作,可選用MIG式或多層開啟式透平與擋板的組合式攪拌器 若在層流域(Re<50)操作,則可選用適于高粘流體混合的螺帶式攪拌器。連續(xù)式溶液聚合反應(yīng)器鎳系順丁橡膠（NiBR）聚合反應(yīng)器

NiBR的聚合機理屬慢終止型,通常采用三 釜或五釜串聯(lián)流程。雖然該物系的粘度比IR低, 但由于易生成粘釜物,故解決傳熱問題要困難得多

首釜可使用組合式攪拌器,且長徑比應(yīng)大一點,釜底需設(shè)一高速回轉(zhuǎn)的透平式葉輪攪拌器,以促使快速混合,又因聚合屬慢終止型,為使流動更接近于平推流,抑制軸向返混,故首釜的主攪拌器應(yīng)具有徑向混合好而軸向返混弱的功能,且?guī)в泄伟?；至于二、三?由于粘度較高,可采用帶刮板的螺帶式攪拌器連續(xù)式溶液聚合反應(yīng)器丁基橡膠(IIR)聚合反應(yīng)器 聚合時IIR比NiBR更易產(chǎn)生凝膠,聚合速率極快,且聚合溫度非常低(約-95℃),故其聚合反應(yīng)器在保證高效的混合和傳熱上都須有獨特的設(shè)計。連續(xù)式溶液聚合反應(yīng)器右圖是前蘇聯(lián)采用的IIR聚合反應(yīng)器的示意圖

它采用高速的軸流式攪拌器與導(dǎo)流筒的組合,強制流體在釜內(nèi)進行高速循環(huán)以保證釜內(nèi)均勻的混合,釜內(nèi)各點溫差小于1℃。根據(jù)該聚合物系易產(chǎn)生粘釜物的特點,還采用了三重刮壁機構(gòu),使釜內(nèi)壁和導(dǎo)流筒內(nèi)外表面不斷更新,從而保證傳熱面有高的傳熱系數(shù)。為獲得聚合所需的低溫,采用液態(tài)乙烯在夾套和旋轉(zhuǎn)著的導(dǎo)流筒中蒸發(fā)以析出聚合熱連續(xù)式溶液聚合反應(yīng)器上述反應(yīng)器的傳熱系數(shù)與轉(zhuǎn)速的平方根成正比,即這種攪拌器不僅適用于中等粘度的溶液聚合,也適用于易產(chǎn)生粘釜物的低粘物系的懸浮聚合,若物系的粘度很高,則可將底部的推進式攪拌器改成螺桿式攪拌器連續(xù)式溶液聚合反應(yīng)器4.本體聚合反應(yīng)器液相本體聚合有兩種情況：

若聚合物溶于單體,則聚合后期物系粘度很高 若聚合物不溶于單體,則只要有足夠量的單體存在,物系的粘度是不高的在高粘本體聚合含縮聚反應(yīng)器中,粘度可達數(shù)萬至數(shù)十萬毫帕秒為保證高粘流體能有效地混合和傳熱,且能使流動狀態(tài)盡量接近平推流,以提高反應(yīng)的轉(zhuǎn)化率,通常本體聚合反應(yīng)器的結(jié)構(gòu)都很復(fù)雜,且包含許多技術(shù)訣竅本體聚合反應(yīng)器就目前本體聚合反應(yīng)器來看，有螺桿—導(dǎo)流筒攪拌器的立式反應(yīng)器攪拌塔式反應(yīng)器臥式攪拌釜式反應(yīng)器設(shè)螺帶式攪拌器的立式反應(yīng)器………就換熱方式看，有間接換熱靠單體氣化回流冷凝………本體聚合反應(yīng)器下圖是日本日立公司裝有眼鏡式葉片的臥式雙軸表面更新型攪拌器本體聚合反應(yīng)器5.釜式氣液固三相聚合反應(yīng)器國內(nèi)典型的釜式氣液固三相聚合反應(yīng)器有丙烯液相本體聚合反應(yīng)器和高密度聚乙烯（HDPE）反應(yīng)器。通常,有氣相存在的釜式反應(yīng)器都采用多層盤式透平型攪拌器,析熱方式除了采用夾套傳熱外,還采用釜頂冷凝冷卻器。近年來,攪拌釜中的氣液兩相或氣液固三相傳遞過程的基礎(chǔ)研究進展迅速,有許多新槳型和新的氣體分配器被開發(fā)。對于熱交換器,有惰性氣體存在,其傳熱系數(shù)肯定要降低；然而在攪拌釜中則規(guī)律有所不同,氣體的存在有時反而能使傳熱系數(shù)增高。預(yù)期在積累了大量基礎(chǔ)研究成果之后,必然會有高效的氣液固三相反應(yīng)器問世。釜式氣液固三相聚合反應(yīng)器二、管式聚合反應(yīng)器管式反應(yīng)器在聚合物生產(chǎn)中遠不及其他化工生產(chǎn)中用得那樣多。在尼龍-66的熔融縮聚生產(chǎn)中，其預(yù)聚合反應(yīng)器即為管式反應(yīng)器。另一個著名的例子是乙烯的高壓聚合。管式聚合反應(yīng)器右圖是乙烯的高壓聚合 管內(nèi)壓力可3000大氣壓 以上，管長可達1000m。 由于物料粘度高，易于 粘壁，故操作中常使壓 力作周期性的脈動(變化 幾十個大氣壓)以便把附 著于管壁處的物料沖刷 下來。

右圖是中壓法(2.5MPa) 聚烯烴生產(chǎn)中用的一種環(huán)管式聚合反應(yīng)器。單體及催化劑連續(xù)加入，聚合物的淤漿狀產(chǎn)物則連續(xù)地或半連續(xù)地從系統(tǒng)中取出。通常將兩個環(huán)串接成為一組進行操，如Phillip法生產(chǎn)聚乙烯時，就用了兩組分別為第一段及第二段聚合之用。管式聚合反應(yīng)器三、塔式聚合反應(yīng)器

塔式聚合反應(yīng)器多用于連續(xù)生產(chǎn)且對物料的停留時間有一定要求的情況。在合成纖維工業(yè)中，塔式聚合器所占的比例有30％左右，主要是一些縮聚反應(yīng)。對于本體聚合及溶液聚合，應(yīng)用也很多。塔式聚合反應(yīng)器右圖是生產(chǎn)聚己內(nèi)酰胺(尼龍-6) 的VK塔(VK為德文“連續(xù)”二字的字頭)的多種型式中的一種。單體己內(nèi)酰胺從頂部加入，這時粘度還小，縮聚的初始階段所生成的水變成氣泡從頂部離去， 而物料則沿塔下流。由于依靠壁外 夾套中的加熱，使物料粘度不致太 高，所以使物料得以依靠重力而流 動。塔內(nèi)還裝有橫向碟形擋板，使 物料返混減少，停留時間均一。對 于聚己內(nèi)酰胺的VK塔，結(jié)構(gòu)上還有 不少變種。左圖是本體法生產(chǎn)聚苯乙烯 的塔式反應(yīng)器。物料在攪拌 釜內(nèi)經(jīng)預(yù)聚轉(zhuǎn)化到30％～40％ 以后送入塔中，然后一面往 下流動，一面繼續(xù)聚合。塔 段內(nèi)外都分別有盤管及夾套， 內(nèi)通導(dǎo)熱油以調(diào)節(jié)溫度，使 得物料在分子量增高的同時， 得以保持適當(dāng)?shù)牧鲃有?。塔式聚合反?yīng)器四、流化床聚合反應(yīng)器由于流態(tài)化技術(shù)具有流動性好、傳熱傳質(zhì)效率高、溫度均一等優(yōu)點,加之高效聚合催化劑開發(fā)成功,它在聚合物生產(chǎn)中已得到了廣泛的應(yīng)用用流化床生產(chǎn)烯烴聚合物,無需分離、回收、干燥等步驟,可直接得到產(chǎn)品,流程簡單如生產(chǎn)聚乙烯、聚丙烯及烯烴共聚物等流化床聚合反應(yīng)器國內(nèi)建成的流化床反應(yīng)器,有引進美國UCC技術(shù)用以生產(chǎn)LLDPE的,也有引進美國—意大利Himont丙烯液相本體聚合技術(shù)用以生產(chǎn)共聚物的。德國BASF公司帶攪拌器的PP流化床,也是成功的技術(shù)這里主要介紹一下流化床氣相聚合反應(yīng)器用流化床氣相聚合反應(yīng)器,催化劑細粒子要連續(xù)加入到流化床層,單體烯烴從流化床底部經(jīng)分布板進入流化床層,并在催化劑表面引發(fā)聚合。隨著聚合的進行,聚合物粒子逐漸增大,并從靠近分布板處連續(xù)或分批排出。流化床聚合反應(yīng)器流化床氣相聚合反應(yīng)器烯烴聚合為強放熱反應(yīng)。為了傳熱和維持床層的流態(tài)化,需大量的氣體循環(huán),否則會導(dǎo)致聚合物粒子的聚集和熔結(jié),影響產(chǎn)品粒度和形狀,甚至破壞流化床層的穩(wěn)定性。

針對大量氣體循環(huán)引起的缺點,人們在流化床內(nèi)安裝冷凝器來強化傳熱對于烯烴的氣相聚合,氣固兩相間的傳質(zhì)速率已足夠快,反應(yīng)總速率主要由催化劑表面的聚合速率決定。生產(chǎn)聚烯烴時,產(chǎn)品粒子的最終形成需要聚合物粒子有足夠的停留時間。若氣速很大,不僅增大了因維持大量氣體循環(huán)所需的能耗,而且使流化床內(nèi)的軸向溫度梯度和催化劑的損耗增大,導(dǎo)致產(chǎn)品質(zhì)量不均一。因此,在傳熱足夠的情況下,應(yīng)選擇合適的氣速。流化床氣相聚合反應(yīng)器除依靠大量氣體循環(huán)的一類流化床氣相聚合反應(yīng)器外,還有一類帶有攪拌裝置的流化床氣相聚合反應(yīng)器。它利用液化的烯烴原料吹入流化床層,借其汽化潛熱來移走反應(yīng)熱。這類反應(yīng)器的氣速較小,為了保證流化質(zhì)量,采機械攪拌裝置來混合