第二章 聚合反应器

1、第二章第二章 聚合反应器聚合反应器第一节第一节 概述概述一、聚合反应器作用一、聚合反应器作用二、聚合反应器的型式及特点二、聚合反应器的型式及特点一、聚合反应器的作用一、聚合反应器的作用v作用作用：满足聚合反应工艺及产品质量的要求。v聚合反应特点聚合反应特点： -聚合方法多样，反应机理复杂； -随反应进行，体系粘度急剧上升,易粘壁等； -有的需要加热，有的放热激烈。v设计和选型依据设计和选型依据：充分考虑单体、聚合物、催 化剂的性质和状态性质和状态，聚合反应 机理机理，以及聚合过程中体系的 物性变化物性变化。v带有搅拌装置的反应器带有搅拌装置的反应器搅拌聚合釜搅拌聚合釜l 带有搅拌装置的容器带有

2、搅拌装置的容器原料配制槽、溶解槽原料配制槽、溶解槽二、聚合反应器的型式及特点二、聚合反应器的型式及特点v管式（塔式）反应器管式（塔式）反应器l 特种反应器特种反应器v聚合釜的结构聚合釜的结构夹套（传热装置）夹套（传热装置）密封装置密封装置搅拌器搅拌器釜体釜体料孔料孔温度计孔温度计孔视镜孔视镜孔人孔人孔搅拌孔搅拌孔传动装置传动装置第二节第二节 搅拌釜式反应器搅拌釜式反应器一、釜体一、釜体包括：直立圆筒、上下封头、接管、 法兰、支座等v封头： 上，平盖形、椭圆形、球形； 下，椭圆形、球形、锥形 v材质：碳钢、不锈钢、复合钢板、或非金属材料（搪瓷、塑料、橡胶衬里）等，据物料特性物料特性选用v釜 盖

3、为 椭 圆 封 头 、 端 部 法 兰 式 结 构釜 盖 为 椭 圆 封 头 、 端 部 法 兰 式 结 构特点：开式结构、釜盖重量较轻，适用特点：开式结构、釜盖重量较轻，适用压力较压力较低、容积较小低、容积较小的反应釜选用。的反应釜选用。v釜 盖 为 平 盖 、 端 部 法 兰 式 结 构 釜 盖 为 平 盖 、 端 部 法 兰 式 结 构 特点：开式结构、结构紧凑、外形尺寸较小、釜盖特点：开式结构、结构紧凑、外形尺寸较小、釜盖重量较小、造价较高，适用于重量较小、造价较高，适用于压力较高、容积小压力较高、容积小的的反应釜选用。反应釜选用。v闭式、留人孔式结构闭式、留人孔式结构特点：闭式结构、

4、无法兰、结构简单、特点：闭式结构、无法兰、结构简单、造价较低，适用容积大的反应釜。造价较低，适用容积大的反应釜。二、搅拌装置的型式与选择二、搅拌装置的型式与选择v搅拌过程目的搅拌过程目的：使组分混合均匀，强化 传质传热。 作用：使体系各部分均相混合成均质状态，增大分散相的有效接触面积，降低分散相周围液膜阻力，提高传质传热速度。机械能液体运动能（一）搅拌器型式（一）搅拌器型式 按按桨叶构形桨叶构形分：分：桨式、锚式桨式、锚式( (或框式或框式) )、推进、推进式、涡轮式及螺杆式、螺带式搅拌器等。式、涡轮式及螺杆式、螺带式搅拌器等。1、 桨式桨式平叶桨平叶桨折叶桨折叶桨平桨平桨1、 桨式桨式v平叶

5、桨式：桨面与运动方向垂直，低速 运转时，环向环向流动，转速提高 径向径向流增大。v折叶桨式：产生较大轴向轴向流动，利于搅 拌混合。 平桨平桨折叶式比平叶式功耗少，操作费用低，故折折叶式比平叶式功耗少，操作费用低，故折叶桨使用较多。叶桨使用较多。丙烯腈溶液聚合反应器2、锚式（框式）、锚式（框式）低速运行，低剪切，但循环能力强，不易产生死区（浆叶与釜壁隔隙小）。刮扫作用可防滞流防滞流层，利于传热，去除沉积物。 高能耗高能耗。锚式搅拌器3、推进式搅拌器（也称螺旋浆式）、推进式搅拌器（也称螺旋浆式）v结构简单，以整体铸造叶轮最常见，适于液体粘度较低，液量较大的搅拌，湍流湍流。v需较小的搅拌功率通过高速

6、旋转的桨叶获得较好的搅拌效果。（低剪切、强循环、高速运行、低能耗低剪切、强循环、高速运行、低能耗）带有稳定环，在高速情况下靠液体的阻尼能起到扶正系统作用 4、涡轮式搅拌器（透平搅拌器）、涡轮式搅拌器（透平搅拌器）v应用较广泛，能处理粘度范围较宽粘度范围较宽液体.剪切力较大，使液体微团分散很细，适用于低、中等粘度适用于低、中等粘度液体的混合、液-液分散、液-固悬浮及促进良好的传热、传质或化学反应。v据桨叶叶片形状和位置，又有平直叶片、弯曲叶片、倾斜叶片、圆盘平直叶片、圆盘弯叶、圆盘斜叶等。 常用常用5、 螺杆式搅拌器（螺轴式搅拌器）螺杆式搅拌器（螺轴式搅拌器）v液体粘度大于10Pa.s时常用 。

7、将螺距一定的螺旋叶片固定在轴上，常增设离壁挡板或导流筒挡板或导流筒，以提高搅拌强度,造成一定循环流型。 、 螺带式搅拌器螺带式搅拌器v适用于粘度较高粘度较高场合（如达103Pa.s以上),有单螺带、双螺带、四螺带、螺杆/螺带式等 v 外螺带可以与釜内壁很好地吻合，直接刮扫釜壁上的液体，有利于夹套式搅拌釜的传热与去除釜壁处的沉积物双螺带搅拌器（二）搅拌器的选型（二）搅拌器的选型v搅拌过程涉及流体的流动、传热和传质，问题比较复搅拌过程涉及流体的流动、传热和传质，问题比较复杂。目前主要依靠实践和经验总结。杂。目前主要依靠实践和经验总结。搅拌器选用的一般原则：搅拌器选用的一般原则：v 保证物料充分混合

8、，利于传热、传质；v 动力消耗问题；v 结构便于操作和维修。1.以液体粘度和反应釜体积为依据选型以液体粘度和反应釜体积为依据选型2.以流动状态、搅拌目的为依据选型以流动状态、搅拌目的为依据选型（三）搅拌附件（三）搅拌附件1、挡板、挡板v目的：目的：消除釜内液体的打漩现象v作用：作用：将流动转变为流 动，增大被搅液体湍动程度，改 善搅拌效果。？锚式（框式）安装需档板吗？当搅拌浆料时，挡板与釜壁之间应留1/6板宽的空隙，以防止固体物料的沉积。如有必要，挡板也可做成空心状，内部能通入传热介质，既可改善搅拌效果，又增加传热面积。、 导流筒导流筒v目的：控制回流速度和方向以确定某一特定流型；v作用：使所

9、有物料均可通过导流筒内强烈混合区，提高混合效率，减少短路机会。三、密封装置三、密封装置v目的：目的：保证搅拌反应器内处于正常或真空状态正常或真空状态，防止反应器内物料逸出或大气杂质渗入，影响反应正常进行。（一）填料密封（一）填料密封1、 结构及工作原理结构及工作原理v工作原理：工作原理：通过填料与搅拌轴之间的径向压力达到密封效果。 、 填料填料v要求要求：塑性、弹性、耐腐蚀、耐磨、耐温，与轴的磨擦系数小等。v选用原则选用原则：据反应器内的介质、操作压力、操作温度、搅拌轴转速等l较小正压（0.2Mpa）且无毒，不易燃、不易爆场合，选用石棉制品（石棉绳、油浸石棉盘根），安装时外涂工业黄油。l压力较

10、高或高真空和介质有毒、易燃、易爆场合，常用浸渍聚四氟乙烯填料；l高温高压下，常用金属填料（铅、铝、紫铜及不锈钢） 油浸石棉盘根浸四氟石棉盘根（二）机械密封（端面密封）（二）机械密封（端面密封）v1、 结构及原理结构及原理动密封静密封静密封静密封v2、 机械密封的材质机械密封的材质 耐磨、耐腐蚀，动环硬度静环硬度釜用机械密釜用机械密封基本结构封基本结构v（三）机械密封与填料密封比较（三）机械密封与填料密封比较四、传动装置四、传动装置v图示：电机、减速器、联轴器、机座等v电动机功率计算：v减速器 两级齿轮减速器 摆线针轮行星减速器 三角皮带减速器 蜗轮蜗杆减速器五、传热装置五、传热装置v目的：目的

11、：依聚合反应放热或吸热特点，严格控制反应温度，使恒定或严格按温度曲线进行。v要求要求：传热效率高、结构简单、避免易挂料的粗糙表面及结垢死角，易清洗。v方法：方法：间接 搅拌聚合釜的传热方式（夹套、釜内传热夹套、釜内传热件、釜外传热件、釜外传热）夹套传热夹套夹套 搅拌聚合釜的传热方式釜内传热件：夹套和内冷挡板特别适用于反应速率较快的反应，如乳液聚合 搅拌聚合釜的传热方式釜外传热六、其他型式的搅拌反应器六、其他型式的搅拌反应器1、卧式、卧式2、底部传动、偏心式、底部传动、偏心式新型搅拌釜式反应器瑞士LIST公司最新开发成功的新型反应器 第三节第三节 管式反应器管式反应器一、管式反应器的工作原理一、

12、管式反应器的工作原理v原理原理：物料在流动中完成化学反应。随着物料 移动，浓度逐渐降低，反应速率逐渐减少。v特点特点： 1、稳态操作 2、连续操作且兼具间歇特点，可控制时间， 可分段调控，利于大型化、连续化生产。 3、结构简单，单位体积传热面积大，适于高 温高压的聚合反应器。二、管式反应器的结构二、管式反应器的结构、 管体管体、 挡液板挡液板v目的目的：使物料流动状态尽量接近平推流,使物料在管内流速趋于一致。 、加热装置、加热装置 联苯混合物作为热载体第四节卧式反应器第四节卧式反应器 一、卧式反应器的工作原理一、卧式反应器的工作原理v工作原理工作原理：采用回转圆盘等特殊装置，使反应物料尽可能展开，尽量除去体系内生成的小分子，以满足反应不同阶段的不同要求，达到预定的聚合度。二、卧式反应器结构二、卧式反应器结构出料装置出料装置（1）位差及压差将物料排除：物料粘度不大、真空度不高时。（2）螺杆排料：体系中物料粘度大、真空度高时。v控制料位目的控制料位目的：上下波动影响反应时间 v控制方法控制方法：控制出料量。传动及密封装置传动及密封装置v传动：电动机- 磨擦式变速器-摆线行星减速器- 链轮搅拌轴v转速范围：428r/min v密封：传动端： 1级：聚四氟乙烯石棉方绳； 2级：