聚合物合成工藝設(shè)備

本章主要內(nèi)容第一節(jié)聚合物合成設(shè)備第二節(jié)聚合物分離過程及設(shè)備213第三節(jié)聚合物干燥設(shè)備第一節(jié)聚合物合成設(shè)備1.1、釜式聚合反應(yīng)器在反應(yīng)器中，釜式反應(yīng)器(或稱作反應(yīng)釜)使用最為廣泛。反應(yīng)釜分不帶攪拌的和帶攪拌的反應(yīng)釜，其中帶攪拌的反應(yīng)釜使用更多。釜式聚合反應(yīng)器即為帶攪拌的反應(yīng)釜，由于設(shè)置有攪拌裝置，所以釜式聚合反應(yīng)器也常被稱為攪拌聚合釜。釜式聚合反應(yīng)器的總體結(jié)構(gòu)內(nèi)以下五部分組成。攪拌聚合釜的結(jié)構(gòu)示意圖聚合反應(yīng)釜結(jié)構(gòu)容器部分換熱裝置攪拌裝置聚合反應(yīng)釜結(jié)構(gòu)密封裝置其他結(jié)構(gòu)聚合反應(yīng)是放熱反應(yīng)，生產(chǎn)過程為控制產(chǎn)品平均分子量，要求反應(yīng)體系溫度變化小。各種單體的聚合熱（千卡/克分子）如何有效的排除聚合反應(yīng)熱，保持反應(yīng)溫度釜式聚合反應(yīng)器的排熱方式主要有：①夾套冷卻；②夾套附加內(nèi)冷管冷卻，③內(nèi)冷管冷卻；④反應(yīng)物料釜外循環(huán)冷卻，⑤回流冷凝器冷卻；⑥反應(yīng)物料部分閃蒸，⑦反應(yīng)介質(zhì)預(yù)冷。為使釜式聚合反應(yīng)器中的傳質(zhì)、傳熱過程正常進(jìn)行，聚合釜中必須安裝攪拌器。攪拌器螺帶式螺軸式槳式渦輪式推進(jìn)器式錨式渦輪式平槳式和錨式螺帶式粘度1.2、管式聚合反應(yīng)器管式聚合反應(yīng)器由單根連續(xù)管或一根以上的管于平行排列構(gòu)成，它是使反應(yīng)流體通過細(xì)長(zhǎng)的管子而進(jìn)行反應(yīng)的裝置，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，單位體積所具有的傳熱面較大，適于作高溫、高壓裝置之用。例如高壓聚乙烯的生產(chǎn)和尼龍66的熔融縮聚的前期就是采用這種型式的反應(yīng)器。管式聚合反應(yīng)器結(jié)構(gòu)環(huán)管式反應(yīng)器結(jié)構(gòu)丙烯於漿聚合實(shí)例環(huán)管式反應(yīng)器優(yōu)點(diǎn)(1)單位體積的傳熱面較大，只要用冷卻水夾套即可滿足傳熱要求，故能耗較低。(2)單位體積生產(chǎn)能力高。如一臺(tái)66m3雙環(huán)管反應(yīng)器年生產(chǎn)能力可達(dá)4.5萬(wàn)噸左右，高于釜式反應(yīng)器的生產(chǎn)能力。(3)反廢物料在高速循環(huán)泵的推動(dòng)下，物料流動(dòng)線速度可達(dá)8m／s，可有效地防止聚合物在管壁的沉積，進(jìn)一步強(qiáng)化傳熱，并降低聚合物凝膠含量。(4)反應(yīng)單程轉(zhuǎn)化率高，可達(dá)95％以上，從而減少了單體的循環(huán)量。(5)物料在反應(yīng)器內(nèi)停留時(shí)間短，有利于不同牌號(hào)聚合物的生產(chǎn)切換。1.3、塔式聚合反應(yīng)器

與釜式聚合反應(yīng)器相比，塔式聚合反應(yīng)器構(gòu)造簡(jiǎn)單．型式也較少，是一種長(zhǎng)徑比較大的垂直圓筒結(jié)構(gòu)，可以是擋板式或固體填充式，也可以是簡(jiǎn)單的空塔。根據(jù)塔內(nèi)結(jié)構(gòu)的不同而具有不同的特點(diǎn)。在塔式反應(yīng)器中，物料的流動(dòng)接近平推流，返混較小。同時(shí)，根據(jù)加料速度的快慢，物料在塔內(nèi)的停留時(shí)間可有較大變化，塔內(nèi)物料溫度可沿塔高分段控制。塔式裝置多用于連續(xù)生產(chǎn)且對(duì)物料的停留時(shí)間有一定要求的情況。常用于一些縮聚反應(yīng)，對(duì)于本體聚合和溶液聚合也有應(yīng)用。在合成纖維工業(yè)中，塔式聚合反應(yīng)器所占的比例有30％左右。第一節(jié)連鎖聚合反應(yīng)的工業(yè)實(shí)施方法苯乙烯塔式反應(yīng)器110~130OC130~180OC180~225OC塔式反應(yīng)器原料聚苯乙烯冷卻、切粒、包裝80OC80OC預(yù)聚釜1.4流化床聚合反應(yīng)器流化床聚合反應(yīng)器是一種垂直圓筒形或圓錐形容器，內(nèi)裝催化劑或參與反應(yīng)的細(xì)小固體顆粒，反應(yīng)流體從反應(yīng)器底部進(jìn)入，而反應(yīng)產(chǎn)物則從頂部引出。流體在器內(nèi)的流速要控制到固體顆粒在流動(dòng)中浮動(dòng)而不致從系統(tǒng)中帶出，在此狀態(tài)下，顆粒床層有如液體沸騰一樣。這種反應(yīng)器傳熱好，溫度均勻且容易控制，但催化劑的磨損大，床內(nèi)物料返混大，對(duì)要求高轉(zhuǎn)化率的反應(yīng)不利。由于具有流程簡(jiǎn)單的優(yōu)勢(shì)，使用日益普遍。結(jié)構(gòu)及實(shí)例1.5聚合反應(yīng)釜的選用原則1．聚合反應(yīng)器的操作特性2.聚合反應(yīng)及聚合過程的特性3．聚合反應(yīng)器操作特性對(duì)聚合物結(jié)構(gòu)和性能的影響4．經(jīng)濟(jì)效益第二節(jié)聚合物分離過程及設(shè)備2.1、脫揮發(fā)分分離過程及設(shè)備聚合物生產(chǎn)過程中，脫揮發(fā)分分離主要是分離未反應(yīng)單體和低沸點(diǎn)溶劑。揮發(fā)分的脫除和回收在工業(yè)上主要有兩種方法，即閃蒸法和汽提法。所謂閃蒸就是在減壓的情況下除去物料中的揮發(fā)性組分過程。閃蒸法脫除單體即是將處于聚合壓力的聚合物溶液(或常壓下的聚合物溶液)，通過降低壓力和提高溫度改變體系平衡關(guān)系，使溶于溶液中的單體析出。汽提法系將聚合物膠液用專門的噴射器分散于帶機(jī)械攪拌并以直接蒸汽為加熱介質(zhì)的內(nèi)盛熱水的汽提器中。膠液細(xì)流與熱水接觸，溶劑及低沸點(diǎn)單體被汽化。聚合物在攪拌下成為懸浮于水中的顆粒，或聚集為琉松碎屑。溶劑及單體蒸汽由汽提器頂部逸出，冷凝后收集。固體聚合物顆?；蛐鯛钗锝柩h(huán)熱水的推動(dòng)由汽提器側(cè)部或底部導(dǎo)出，經(jīng)過濾振動(dòng)篩分離，得到具有一定含水量的粗產(chǎn)品。2.2、凝聚分離過程及設(shè)備對(duì)有些聚合物體系(如溶液聚合體系)，不僅要除去未反應(yīng)單體，還需將溶劑脫除。溶劑的脫除主要可采取三種方法：一是通過脫揮發(fā)分進(jìn)行濃縮的方法(類似于單體的脫除)．適用于低沸點(diǎn)溶劑的脫除。例如溶液丁苯膠的生產(chǎn)，聚合后膠液經(jīng)閃蒸單元蒸出部分溶劑，使膠液濃度增高至25％；二是通過機(jī)械離心力作用，使聚合物沉淀、分層，進(jìn)而與溶劑分離的物理方法；三是在聚合物膠液體系中加入凝聚劉、沉淀劑等．使固體聚合物從膠液中析出的化學(xué)凝聚力法。2.3、離心分離過程及設(shè)備離心分離是在液相非均勻體系中，利用離心力來達(dá)到液液分離，液固分離的方法，通稱為離心分離。分為離心沉降和離心過濾。離心機(jī)是在高速旋轉(zhuǎn)的轉(zhuǎn)鼓中，藉慣性離心力的作用，過濾、澄清懸浮液，或?qū)煞N輕重不同、互不溶解的液體分離的設(shè)備。碟片式離心機(jī)第三節(jié)聚合物干燥設(shè)備3.1干燥要求▲適應(yīng)被干燥物料的多樣性和不同產(chǎn)品規(guī)格要求；▲能耗的經(jīng)濟(jì)性；▲還應(yīng)便于操作、控制等。

▲設(shè)備的生產(chǎn)能力要高；

3.2、工業(yè)上常用干燥器（1）廂式干燥器（盤架式干燥器）原理：主要是以熱風(fēng)通過濕物料的表面，達(dá)到干燥的目的。廂式干燥器中的加熱方式有兩種：?jiǎn)渭?jí)加熱多級(jí)加熱◆廂式干燥器的優(yōu)點(diǎn)：構(gòu)造簡(jiǎn)單，設(shè)備投資少；適應(yīng)性強(qiáng)，物料損失小，盤易清洗。尤其適用于需要經(jīng)常更換產(chǎn)品、小批量物料的干燥。物料得不到分散，干燥時(shí)間長(zhǎng)；若物料量大，所需的設(shè)備容積也大；工人勞動(dòng)強(qiáng)度大；熱利用率低；產(chǎn)品質(zhì)量不均勻?！魩礁稍锲鞯闹饕秉c(diǎn)：（2）氣流式干燥器結(jié)構(gòu)：優(yōu)點(diǎn)：①氣、固間傳遞表面積很大，體積傳質(zhì)系數(shù)很高，干燥速率大；②接觸時(shí)間短，熱效率高，氣、固并流操作，可以采用高溫介質(zhì)，對(duì)熱敏性物料的干燥尤為適宜；③由于干燥伴隨著氣力輸送，減少了產(chǎn)品的輸送裝置；④氣流干燥器的結(jié)構(gòu)相對(duì)簡(jiǎn)單，占地面積小，運(yùn)動(dòng)部件少，易于維修，成本費(fèi)用低。缺點(diǎn)：①必須有高效能的粉塵收集裝置，否則尾氣攜帶的粉塵將造成很大的浪費(fèi)，也會(huì)對(duì)形成對(duì)環(huán)境的污染；②對(duì)有毒物質(zhì)，不易采用這種干燥方法。但如果必須使用時(shí)，可利用過熱蒸汽作為干燥介質(zhì)；③對(duì)結(jié)塊、不易分散的物料，需要性能好的加料裝置，有時(shí)還需附加粉碎過程；④氣流干燥系統(tǒng)的流動(dòng)阻力降較大，動(dòng)力消耗較大。

應(yīng)用：氣流干燥器適宜于處理含非結(jié)合水及結(jié)塊不嚴(yán)重又不怕磨損的粒狀物料，尤其適宜于干燥熱敏性物料或臨界含水量低的細(xì)?；蚍勰┪锪?。對(duì)粘性和膏狀物料，采用干料返混方法和適宜的加料裝置，如螺旋加料器等，也可正常操作。（3）流化床干燥器（沸騰床干燥器）●原理：流化床干燥器是流態(tài)化原理在干燥中的應(yīng)用，流態(tài)化原理已在上冊(cè)中敘述。在流化床干燥器中，顆粒在熱氣流中上下翻動(dòng)，彼此碰撞和混合，氣、固間進(jìn)行傳熱、傳質(zhì)，以達(dá)到干燥目的。加料單層圓筒沸騰床干燥器至分離器出料熱空氣分布盤氣體出口加料出料床內(nèi)分離器第一層第二層熱空氣多層流化床干燥器●優(yōu)點(diǎn)①與其它干燥器相比，傳熱、傳質(zhì)速率高；②由于傳遞速率高，氣體離開床層時(shí)幾乎等于或略高于床層溫度，因而熱效率高；③由于氣體可迅速降溫，所以與其他干燥器比，可采用更高的氣體入口溫度；④設(shè)備簡(jiǎn)單，無運(yùn)動(dòng)部件，成本費(fèi)用低；⑤操作控制容易。（4）噴霧干燥器●原理：在噴霧干燥器中，將液態(tài)物料通過噴霧器分散成細(xì)小的液滴，在熱氣流中自由沉降并迅速蒸發(fā)，最后被干燥為固體顆粒與氣流分離?！?/p>