聚合物制备工程chapter02

1、第二章 聚合反应工程基础“聚合物制备工程”20152016年度2nd semester第2章 聚合反应工程基础2.1概述2.2化学反应工程基础2.2.1化学反应与反应器分类2.2.2均相化学反应动力学基础2.2.3理想反应器设计2.2.4理想混合反应器的热稳定性2.2.5连续反应器的停留时间分布2.3聚合反应过程与聚合反应器2.3.1聚合反应过程2.3.2聚合反应器2.4聚合反应工程分析2.5聚合物制备工程的辅助过程与设备2.6聚合物合成工艺设计基础重点内容内容对于后续课程有帮助2.4 聚合反应工程分析聚合反应工程分析考虑的因素：1.聚合反应机理2.聚合物制备方法3.操作形式4.粘度的影响等结

2、合聚合反应动力学，反应器设计方程可以进行工程分析第2章 聚合反应工程基础a. 间歇反应：重均分子量数均分子量P 为反应程度b. 理想混合连续反应器：因此：分子量分布窄时，选用间歇反应器/接近平推流的塔式反应器第2章 聚合反应工程基础2.4 聚合反应工程分析2.4.1 缩合聚合(1) 瞬时分子量分布a. 间歇反应：b.理想混合连续反应器：歧化终止偶合终止歧化终止偶合终止第2章 聚合反应工程基础2.4 聚合反应工程分析2.4.2 自由基聚合(2)间歇与连续理想混合反应器对分子量分布的影响原因：物料的停留时间和浓度经历不同 活性种寿命远小于停留时间：停留时间影响不大，但M影响大理想混合：浓度均一，分

3、布窄间歇反应器/平推流反应器：浓度一直变化，瞬时分布不均，累积分布提高 活性种寿命大于停留时间：停留时间与M均有又影响理想混合：活性种浓度不均一，分布宽间歇反应器/平推流反应器：活性种浓度均一，分布窄第2章 聚合反应工程基础2.4 聚合反应工程分析2.4.2 自由基聚合(3) 共聚合第2章 聚合反应工程基础2.4 聚合反应工程分析2.4.2 自由基聚合共聚合：主要控制聚合物的组成分布间 歇聚 合：一次加料，浓度变化，组成不均一；长链支化及交联少半连续聚合：控制进料维持组成的均一化及交联程度提高；随反应器级数增加，接近间歇聚合a. 全部低活性单体部分高活性单体，其余高活性单体连续加入b. 维持单

4、体浓度不变 连续聚合：浓度恒定组成均一；浓度低时，长链支乳液、悬浮聚合：控制粒径分布以乳液聚合为例：乳胶粒生成及停留时间分布有影响间歇聚合：乳胶粒基本同时生成，粒径分布窄连续聚合：单釜：粒径最宽；多釜：相对窄(4) 非均相聚合乳液等第2章 聚合反应工程基础2.4 聚合反应工程分析2.4.2 自由基聚合原料精制与准备催化剂配制聚合过程分离后处理回收过程第2章 聚合反应工程基础2.5 聚合物制备工程的辅助过程与设备原料精制与准备催化剂配制聚合过程分离后处理回收过程第2章 聚合反应工程基础2.5 聚合物制备工程的辅助过程与设备2.5.1分离过程及其设备聚合物分离过程包括：分离过程聚合反应器聚合物残留

5、单体其他助剂引发剂（催化剂）残渣反应介质（水或溶剂）后处理引发剂（催化剂）、其他助剂、低聚物脱 除残留单体反应介质脱除 回收第2章 聚合反应工程基础2.5 聚合物制备工程的辅助过程与设备2.5.1分离过程及其设备聚合物分离过程聚合物分离过程影响聚合物产品性能第2章 聚合反应工程基础2.5 聚合物制备工程的辅助过程与设备2.5.1分离过程及其设备聚合物分离过程不同聚合方法对应的分离过程：本体聚合与熔融聚合：高粘度熔体直接进行后处理悬浮聚合：闪蒸脱单，离心分离离子聚合与配位聚合：催化剂残渣处理（高效催化剂无需），闪蒸脱单，离心（过滤）分离溶液聚合：树脂采用沉析分离；橡胶蒸气脱单、凝聚过滤乳液聚合：

6、闪蒸脱单（浓缩）添加助剂絮凝过滤分离过程：脱除挥发分（残留单体，溶剂等）聚合物的分离（凝聚、离心）分离过程设备：1.脱挥设备2.凝聚设备3.离心设备第2章 聚合反应工程基础2.5 聚合物制备工程的辅助过程与设备2.5.1分离过程及其设备聚合物分离过程第2章 聚合反应工程基础2.5 聚合物制备工程的辅助过程与设备2.5.1分离过程及其设备聚合物分离过程 脱挥设备闪蒸釜或闪蒸塔闪蒸：在减压的情况下除去物料中的挥发性组分的过程 闪蒸设备：釜汽提：将聚合物胶液用专门的喷射器分散于机械搅拌并以直接蒸汽为加热介质的内盛热水的汽提器中，脱除挥发性组分的过程。 汽提设备：釜式、塔式其他各种形式的蒸发器(最重要

7、)（A）聚丙烯闪蒸釜 （B）苯乙烯汽提塔第2章 聚合反应工程基础2.5 聚合物制备工程的辅助过程与设备2.5.1分离过程及其设备聚合物分离过程 脱挥设备釜或塔蒸发器：包括薄膜型蒸发器，流下液滴、液柱型蒸发器，冷凝器内置式薄膜蒸发器均是表面更新原理薄膜型蒸发器：流下液膜式蒸发器与搅拌成膜式蒸发器降膜式蒸发器第2章 聚合反应工程基础2.5 聚合物制备工程的辅助过程与设备2.5.1分离过程及其设备聚合物分离过程 脱挥设备 表面更新蒸发器第2章 聚合反应工程基础2.5 聚合物制备工程的辅助过程与设备2.5.1分离过程及其设备聚合物分离过程 脱挥设备通式蒸发器流下液滴、液柱型蒸发器结构示意图第2章 聚合

8、反应工程基础2.5 聚合物制备工程的辅助过程与设备2.5.1分离过程及其设备聚合物分离过程 蒸发器高粘度体系的双轴表面更新型蒸发器第2章 聚合反应工程基础2.5 聚合物制备工程的辅助过程与设备2.5.1分离过程及其设备聚合物分离过程凝聚过程溶液聚合凝聚过程：干法和湿法干法：即胶液闪蒸，残留单体与溶剂通过间接加热脱除，得到无水分的橡胶半成品；湿法：胶液注入热水中，水蒸气汽提，橡胶凝聚成为小颗粒。常见：顺丁、SSBR、EPR等乳液聚合凝聚过程：破乳（加入破乳剂或冷冻等物理方法），凝聚；常见ESBR等凝聚釜示意图 第2章 聚合反应工程基础2.5 聚合物制备工程的辅助过程与设备2.5.1分离过程及其设

9、备聚合物分离过程凝聚设备闪蒸法凝聚流程图 离心：为物理分离如：卧式刮刀卸料离心机 螺旋沉降式离心机1-机座；2-机壳；3-轴承；4-轴；5-转鼓体；6-底板；7-拦液板；8-油缸；9-刮刀；10-加料管；11-斜槽；12-振动器（E）卧式刮刀卸料离心机1-差速器：2-扭矩控制器；3-螺旋输送器；4-外转鼓；5-外壳；6-电机；7-进料管（F）卧式螺旋沉降式离心机第2章 聚合反应工程基础2.5 聚合物制备工程的辅助过程与设备2.5.1分离过程及其设备聚合物分离过程离心设备第2章 聚合反应工程基础2.5 聚合物制备工程的辅助过程与设备2.5.1分离过程及其设备聚合物分离过程分离过程及设备选择简要原

10、则明确分离目的本体聚合：一般脱挥过程与设备溶液聚合：浓缩（采用脱挥）；提纯聚合物（凝聚、沉淀）乳液聚合：类似溶液聚合悬浮聚合：类似溶液聚合；可采用离心分离分离残留单体与低沸点溶剂：采用脱挥过程与设备分离高沸点溶剂、低聚物：可采用化学凝聚、沉淀分离物具有一定粒度：离心分离明确分离体系的性状明确各种分离过程特点及分离设备的操作特性在满足要求的前提下，减少设备费用分离设备(脱挥设备)选择简要原则p921. 对所处理物料的加热时间要尽量短，可以提高温度，改善高粘度物料的参数；2. 设备的单位体积的传热面积和传质面积要大；3. 设备尺寸小，结构简单第2章 聚合反应工程基础2.5 聚合物制备工程的辅助过程

11、与设备2.5.1分离过程及其设备聚合物分离过程原料精制与准备催化剂配制聚合过程分离后处理回收过程第2章 聚合反应工程基础2.5 聚合物制备工程的辅助过程与设备2.5.2 后处理过程及其设备潮湿的粉状合成树脂干燥干燥的粉状合成树脂干燥干燥的粉状合成树脂包装粉状合成树脂商品稳定剂等混炼造粒粒状塑料均匀化包装粒状塑料商品第2章 聚合反应工程基础2.5 聚合物制备工程的辅助过程与设备2.5.2 后处理过程及其设备树脂的后处理过程聚合物溶液聚合物乳液浓缩涂料、粘合剂等凝聚沉淀干燥压块包装商品第2章 聚合反应工程基础2.5 聚合物制备工程的辅助过程与设备2.5.2 后处理过程及其设备橡胶的后处理过程脱水：

12、将水分从初始含量脱除到（515wt）的过程。干燥：进一步将剩余水分和少量其他挥发分脱除至0.5wt一下，使聚合物作为产品的过程。两者可以分成两个步骤，也可以联合为一个连续过程第2章 聚合反应工程基础2.5 聚合物制备工程的辅助过程与设备2.5.2 后处理过程及其设备脱水与干燥粉状、粒状聚合物：离心脱水橡胶类产品： 长网机洗涤脱水：少 振动筛脱水 挤压脱水：主要方式第2章 聚合反应工程基础2.5 聚合物制备工程的辅助过程与设备2.5.2 后处理过程及其设备脱水设备1-机座；2-机体；3-螺杆；4-调压装置；5-加料斗；6-减速箱；7-切刀；8-笼条；9-机头；10-拉杆（a）Anderson 型

13、挤压脱水机结构示意图(b)French 型挤压脱水机（C）Welding型挤压脱水机（C）Welding型挤压脱水机第2章 聚合反应工程基础2.5 聚合物制备工程的辅助过程与设备2.5.2 后处理过程及其设备挤压脱水设备1-主轴：1-轴承；3-进料口；4-壳体；5-螺旋；6-键槽；7-光套；8-螺套；9-锥套；10-切刀挤压脱水：多为单螺杆挤压机，主要分为Anderson型和Welding型气流干燥与气流干燥器流态化干燥与流化床干燥器喷雾干燥与喷雾干燥器箱式干燥器闪蒸膨胀干燥及挤压膨胀干燥机滚筒干燥器第2章 聚合反应工程基础2.5 聚合物制备工程的辅助过程与设备2.5.2 后处理过程及其设备干

14、燥设备第2章 聚合反应工程基础2.5 聚合物制备工程的辅助过程与设备2.5.2 后处理过程及其设备其他干燥设备明确被干燥聚合物的性质和类型及各类聚合物在干燥过程中应注意的问题；各种干燥设备的干燥方式和干燥过程及其操作特点和使用范围；在满足要求的前提下，减少设备费用第2章 聚合反应工程基础2.5 聚合物制备工程的辅助过程与设备2.5.2 后处理过程及其设备干燥过程及设备选择简要原则根据前述原则，干燥设备分为如下三类：第2章 聚合反应工程基础2.5 聚合物制备工程的辅助过程与设备2.5.2 后处理过程及其设备干燥过程及设备选用分类用于树脂类聚合物干燥的，包括气流干燥设备和沸腾床干燥器用于溶液、乳液及糊状物料干燥的设备，喷雾干燥器；用于橡胶类聚合物的设备，包括箱式干燥器、滚筒干燥器和挤压膨胀干燥器聚合物合成工艺设计：涉及聚合、聚合物改性的化工工艺设计