悬浮聚合生产工艺课件

第二章悬浮聚合的生产工艺第一节概述1、概念：将不溶于水的单体在强烈机械搅拌作用下分散成珠状液悬浮于水相介质中，为使聚合过程稳定，在聚合体系中加入分散剂，然后，在引发剂分解生成的自由基作用下，聚合成颗粒状高聚物。这种在悬浮状态下进行的聚合成之为悬浮聚合。

悬浮聚合的基本配方：单体

水

引发剂分散剂第二章悬浮聚合的生产工艺悬浮聚合均相聚合：生成的聚合物可溶于单体者非均相聚合：生成的聚合物不溶于单体而析出者悬浮聚合均相聚合：生成的聚合物可溶于单体者非均相聚合：生成的2、悬浮聚合的特点优点：（1）工艺路线成熟，方法简单、经济（2）易移出反应热（3）提高反应速度，强化生产自由基聚合方程式：Rp=Kp[M]m[I]n[I]Rp

（4）提高产品纯度（相对于乳液聚合来说）2、悬浮聚合的特点缺点：（1）不容易进行连续化生产（2）产品纯度不高（相对于本体聚合）缺点：3、悬浮聚合引发剂的类型及选择原则：（1）引发剂的类型对于自由基聚合引发剂过氧化物偶氮化合物（ABIN和ABVN）氧化——还原引发体系无机过氧化物(过硫酸盐，如，）有机过氧化物有机过氧化物和偶氮类化合物属于油溶性引发剂，常用于悬浮聚合、本体聚合及溶液聚合。3、悬浮聚合引发剂的类型及选择原则：引发剂过氧化物偶氮化合物1)过氧化物a.有机过氧化物

有机过氧化物可以看作是过氧化氢的衍生物。通式为：R-O-O-H或

R—O—O—R’R、R’可以是烷基、芳基、酰基、碳酸酯基、磺酰酯基等，两者可以相同也可以不同。随着结构的不同，活性差别很大。1)过氧化物烷基(或芳基)过氧化氢：R-O-O-H过酸：过氧化二烷基(或芳基)：R-O-O-R过氧化二酰基过酸酯、过氧化碳酸二酯、过氧化磺酸酯等烷基(或芳基)过氧化氢：R-O-O-H如：过氧化十二酰（LPO）

过氧化二碳酸二异丙酯（IPP）

过氧化二碳酸二乙基己酯（EHP）如：过氧化十二酰（LPO）过氧化二酰基和过氧化碳酸酯等化合物在分解时除产生自由基外，还放出CO2气体。有机过氧化物的共同特点是分子中均含有-O-O-键，受热后键断裂而生成相应的两个自由基。BPO过氧化二酰基和过氧化碳酸酯等化合物在分解时除产生自由基外，还b.无机过氧类引发剂过硫酸盐，如过硫酸钾K2S2O8

和过硫酸铵(NH4)2S2O8等，能溶于水，多用于乳液聚合和水溶液聚合。b.无机过氧类引发剂过硫酸盐，如过硫酸钾K2S2O8过氧化物的不稳定性(a)过氧化二烷基化合物：烷基为直链结构不稳定。烷基为低级者易爆炸，而烷基具有多支链则较稳定。(b)过酸化合物：不怕震击，受热时易爆炸，常温可分解出O2。(c)过氧化二酰基化合物：纯粹状态下受热或受碰击时，可引起爆炸。用30%水分以保持湿润或溶于邻苯二甲酸二丁酯等溶剂。(d)过氧化碳酸酯对热、摩擦、碰击都很敏感，不能蒸馏，要求在低温下(10℃以下)贮存。最好加有稳定剂如多元酚、多元硝基化合物。过氧化物的不稳定性(a)过氧化二烷基化合物：烷基为直链结构不主反应:副反应:(a)夺取溶剂或已生成聚合物分子中H的反应，此时产生新的自由基，其活性末消失，甚至增大。而且自由基数目未变化。产生支链主反应:副反应:(a)夺取溶剂或已生成聚合物分子中H的反应，(b)两个初级自由基偶合反应。主要是有些过氧化二酰基化合物，受热分解产生自由基R-COO·，它易脱除CO2产生R·

自由基，偶合后则不能再分解产生自由基，降低引发剂效率。(c)本分子歧化反应。如过氧化二叔丁基分解的自由基，不影响自由基数目，但产生不能参加聚合反应的小分子化合物。(d)与未分解的引发剂作用使之发生诱导分解反应。此反应降低了引发剂效率(initiatorefficiency)。‘笼闭效应’

—

‘cageeffect’

(b)两个初级自由基偶合反应。主要是有些过氧化二酰基化合物，2）.偶氮类化合物最常用的有：偶氮二异丁氰（ABIN）偶氮二异庚氰（ABVN）其中—CN基团有助于偶氮化合物稳定。2）.偶氮类化合物最常用的有：其中—CN基团有助主反应：副反应：四甲基丁二腈(I)占84％丁二腈(II)占3.5％2,3,5-三氰基-2,3,5-三甲基己烷(III)占9％发泡剂主反应：副反应：四甲基丁二腈(I)占84％丁二腈(II)占3)氧化还原引发体系在还原剂存在下，过氧化氢、过酸盐和有机过氧化物的分解活化能显著降低。低温或常温条件下进行自由基聚合时，常采用过氧化物-还原剂的混合物作为引发体系。氧化-还原体系产生自由基的过程是单电子转移过程，即一个电子由一个离子或由一个分子转移到另一个离子或分子上去，因而生成自由基。(a)过氧化氢-亚铁盐氧化-还原体系Fe+2+H2O2Fe+3+OH-+·OHH2O2H++HO2-Fe+3+HO2-

Fe+2+H-O-O·3)氧化还原引发体系在还原剂存在下，过氧化氢、过酸盐和有机过(b)过硫酸盐-亚硫酸盐氧化-还原体系，体系PH降低。(c)过硫酸盐-Fe+2氧化-还原体系，体系pH降低。(d)过氧化二苯甲酰-二甲苯胺引发体系，引发效率较差。(b)过硫酸盐-亚硫酸盐氧化-还原体系，体系PH降低。(c)（2）、引发剂的选择原则对引发剂的选择，除要注意到贮运安全、成本低廉、在单体中溶解度、分解副反应等外，还应该着重考虑在合适的聚合温度下的聚合速率、分子量及其分布、聚合物的质量等几个主要因素。1）引发剂的溶解性能要好2）引发剂的活性要高，热负荷分布指数要小3）引发剂在聚合物中的残留量要低4）选择引发剂要无毒、安全、贮运方便（2）、引发剂的选择原则1）引发剂的溶解性能要好悬浮聚合应选择油溶性引发剂。原因：①从悬浮聚合的机理出发。悬浮聚合是在单体液滴内进行的本体聚合（被分散的单体含有引发剂，所用的单体和单体混合物必须是不溶于水而成为分散相。）②为了减轻粘釜。1）引发剂的溶解性能要好2）引发剂的活性要高，热负荷分布指数要小引发剂活性的高低是用半衰期τ1/2来衡量。

半衰期（τ1/2）：引发剂分解至起始浓度一半时所用的时间。

τ1/2与分解速率常数Kd有如下关系：τ1/2=0.693/Kd2）引发剂的活性要高，热负荷分布指数要小分解速率常数与温度服从Arrlenius方程式：

Kd=Ade-Ed/RT

式中Ad——频率因子

Ed——分解活化能

R——通用气体常数1.987卡/mol.k8.314J/mol.kT——

绝对温度分解速率常数与温度服从Arrlenius方程式：取对数针对式：τ1/2=0.693/Ade-Ed/RTLnτ1/2=Ln(0.693/Ad)+Ed/RT

令A=Ed/RTB=-Ln(0.693/Ad)

所以，Lnτ1/2=A/T-B

取对数针对式：τ1/2=0.693/Ade-Ed/RT常用引发剂的半衰期及A、B值（在氯乙烯中测定）活性引发剂代号τ1/2

A

B506070低ABIN74175

1536143．250LPO50123．21536143．640中BPP205．51．61395640．200BPPO73．3

1415041．413ABVN6．51．7

1461543．367高IPP4．51．10．31485444．491DCPD4．11．00．271485444．609EHP4．0

0．261510845．484TBCP3．60．90．261510845．484特高ACSP1．30．30．0072030564．067常用引发剂的半衰期及A、B值（在氯乙烯中测定）活性引发剂代根据60℃时半衰期的长短将引发剂分成三类：高活性引发剂：τ1/2〈1hr中活性引发剂：1hr〈τ1/2〈6hr低活性引发剂：τ1/2>6hr根据60℃时半衰期的长短将引发剂分成三类：第二章--悬浮聚合生产工艺课件高低两种活性引发剂聚合速率的比较：聚合率，%反应时间，hr

IPP—LPO聚合速率曲线100050

IPP—过氧化二碳酸二异丙酯

LPO—过氧化十二酰高低两种活性引发剂聚合速率的比较：聚合率，%反应时间，hr

如果一味地采用高活性引发剂，引发剂效率高，放热大，易产生爆聚。所以我们不应单从化学角度即单考虑活性，同时应考虑工程上的因素，及应考虑传热效果。应用单一引发剂，放热情况往往出现高峰，这个高峰称之为——洪峰放热。

洪峰放热——在聚合过程中，某一时间内聚合速率最快，放热量最大，这时的放热叫洪峰放热。如果一味地采用高活性引发剂，引发剂效率高，放热大，易产在研究聚合过程传热时，常用放热量热负荷分布指数R值来表征聚合体系反应过程的均匀与否。热负荷分布指数（R）R=Qmax/QmQmax——单位时间最大放热量[KJ/hr]Qm——聚合时间平均放热量[KJ/hr]下图为应用单一引发剂，出现洪峰放热时的情况应用复合引发体系，出现洪峰放热时的情况在研究聚合过程传热时，常用放热量热负荷分布指数R值来表征聚合从以上各图，得出如下结论：高活性引发剂：①单位时间转化率高②热负荷分布指数小③引发剂在聚合物中残留量低④未达到要求转化率往往先失去活性，反应速率前期快，后期慢。从以上各图，得出如下结论：低活性引发剂：①单位时间转化率低②热负荷分布指数大③引发剂在聚合物中残留量高④达到要求转化率时间长，反应速率前期慢，后期快。低活性引发剂：复合引发剂：①单位时间转化率较高②热负荷分布指数最小③引发剂在聚合物中残留量适中④保持整个聚合过程在一定速度下进行复合引发剂：3）引发剂在聚合物中残留量低引发剂在聚合物中的残留量对产品质量的影响是很重要的。残留的引发剂主要有两类：过氧类：易氧化，影响色泽。偶氮类：有氰，剧毒，使产品带有毒性，加工或使用均不安全。3）引发剂在聚合物中残留量低引发剂的残留量与聚合时间和引发剂的加入量有关。

A）聚合时间间歇聚合:τ≥

2τ1/2

连续聚合:①τ1/2<τ,则引发剂在反应器内近于完全分解;②τ1/2

≈

τ,则有相当多的引发剂未分解.所以,连续聚合过程中应当根据物料在反应器中的停留时间选择适当的引发剂.引发剂的残留量与聚合时间和引发剂的加入量有关。

在搅拌均匀的反应器中,未分解的引发剂与停留时间的关系可用经验公式计算：V=Ln2τ/τ1/2+Ln2式中V——残存的引发剂量

τ——物料在反应器中的停留时间若τ=6τ1/2，则有10%未分解的引发剂带出反应器，这是最经济合理的数值，此时V=10%。在搅拌均匀的反应器中,未分解的引发剂与停留时间的关系可用B）引发剂的加入量引发剂的用量是影响聚合速率和聚合物分子量的两大重要因素。自由基聚合时，引发剂分为消耗和残留两部分。消耗部分系通过一级分解，诱导分解或其它副反应形成自由基，大部分可引发单体聚合，成为大分子的端基；另一部分可能与阻聚物质不起作用。残留部分则指未反应的部分。B）引发剂的加入量关于引发剂的用量通过一道例题来说明。例：某厂生产，单体投料量5吨，用ABIN作引发剂，其加入量5.5Kg(M=164.1），要求转化率达90%，聚合时间共用9.5hr，聚合温度54℃，求引发剂理论消耗量是多少？[mol/吨单体]关于引发剂的用量通过一道例题来说明。通过计算，得出如下结论：

VC悬浮聚合，转化率90%，引发剂理论耗量有如下经验值：

Nr=1±0.1%[mol/T（VCM）]意义：①对现有生产，有了这个概念，可验算现场工业配方，确定验证引发剂加入量是否合理。②对新配方设计，提供理论依据，可初步设计引发剂的加入量，以减少实验次数。通过计算，得出如下结论：4）选择引发剂要无毒、安全、贮运方便。4）选择引发剂要无毒、安全、贮运方便。第二节悬浮聚合机理（一）悬浮聚合反应机理服从自由基聚合机理，一般由链引发，链增长，链终止等基元反应组成。（二）悬浮聚合单体液滴的形成与稳定进行悬浮聚合时，单体形成为分散粒子的机理，由温斯洛(winslow)等人提出了如图所示情况：第二节悬浮聚合机理分散粒子由于分散剂的作用而稳定化由于分散剂生成的分子层保护胶体而稳定化油状单体搅拌剪切力表面张力黏合分散黏合黏合扩大12345分散粒子由于由于分散剂油状单体搅拌剪切力表面张力黏合分散黏合归纳起来：1）聚合前体系状态（未加引发剂）：单体受搅拌剪切力作用拉成细条形，由于单体具有表面张力，细条变成球形，而达小液滴，小液滴互相碰撞形成大液滴，过大液滴受搅拌作用又被打成小液滴。所以，单体在搅拌剪切力和表面张力的作用下，大小不同液滴处于分撒合一的动态平衡中。从宏观上观察，即大小不同的液滴分散在水中。归纳起来：2）聚合开始体系状态（加入引发剂）聚合过程中，单体转化率在20%——70%范围为粘稠液体状态，为结块危险阶段。为顺利渡过危险期，聚合体系加入分散剂，以防止发粘液滴合并，使液滴分散合一的动态平衡稳定。2）聚合开始体系状态（加入引发剂）结论：悬浮聚合过程中，搅拌是单体变成液滴的先决条件，分散剂是防止液滴结块使之稳定的必要条件。

搅拌器和分散剂是悬浮聚合至关重要的两个因素。结构转速种类用量结论：结转种用★粒子的大小与形态

主要取决于搅拌强度、分散剂性质和浓度、水-单体比，还取决于聚合温度、引发剂种类和用量、单体种类、添加剂等。搅拌强度↑，粒子直径↓。搅拌强度取决于搅拌器形式，转速等。分散剂的界面张力↑，粒子直径↓；分散剂用量↑，粒子直径↓；水-单体比↑，粒子直径↓，但生产能力低；水-单体比↓，粒子直径↑，生产能力↑，但容易结块，对传热不利。★粒子的大小与形态（三）悬浮聚合分散剂的种类和作用为使聚合反应能渡过危险期，得到良好质量的产品，应向反应体系中加入一种起“稳定”和“保护”作用的物质，其不仅能使单体分散更均匀，而且能保护这些发粘的珠滴，防止因相互粘结而引起的凝集结块。

（三）悬浮聚合分散剂的种类和作用通常可以通过以下途径使分散体系得到稳定和保护：（1）加入某种物质以形成珠滴的保护层；（2）增大水相介质的粘度，使液滴间发生凝聚时的阻力；（3）调整单体-水相界面的界面张力，加强单体液滴维持自身原有形状的能力；（4）减少水和粘稠珠滴的密度差，即使珠滴易于分散悬浮。通常可以通过以下途径使分散体系得到稳定和保护：能起稳定和保护作用的物质被称为“悬浮剂”，有时也称为“分散剂”或“稳定剂”。总体上分为两大类{水溶性的高分子化合物非水溶性的无机化合物（1）水溶性的高分子化合物{天然高分子化合物合成高分子化合物能起稳定和保护作用的物质被称为“悬浮剂”，有时也称为“分散剂（1）天然高分子化合物明胶：是一种蛋白质，由动物的皮或骨经熬煮而得的动物质。是具有两性基团的天然高分子化合物。Mn=30000--60000

通式：

R——大分子基团特点：①具有两性基团②保胶能力强，树脂形态紧密，加工性差。明胶的用量一般为水用量的0.1-0.3%。（1）天然高分子化合物(2)合成高分子化合物a.纤维素醚类属于半合成的高分子化合物，由天然的纤维素，通式R（OH）3，纤维素分子羟基中的氢原子被R基取代后形成了纤维素醚。常用的有：甲基纤维素（MC），羟乙基纤维素（HEC），羟丙基纤维素（HPC），乙基羟乙基纤维素（EHEC）等。例：羟丙基甲基纤维素（HPMC）

甲基纤维素（MC）(2)合成高分子化合物特点：①具有两性基团②保胶能力差，树脂形态疏松多孔，吸收增塑剂能力强，因此加工性能良好。纤维素醚类的用量一般为水用量的0.04-0.2%。特点：①具有两性基团b.聚乙烯醇（PVA）

结构式：是目前工业上应用得极广泛的一种悬浮剂。是唯一不由单体聚合而成的高聚物。由聚乙酸乙烯酯在碱的存在下，部分醇解得到的聚乙烯醇。b.聚乙烯醇（PVA）一般生产上用来作悬浮剂的聚乙烯醇其规格为：平均聚合度n=1000～2000

平均醇解度DP=75～89%（醇解度:因醇解不完全仍有一定的酯基，将已醇解后的羟基含量称为醇解度醇解度DP=X100%)特点：类似于纤维素醚类。聚乙烯醇的用量一般为水用量的0.02-0.1%。nm+n一般生产上用来作悬浮剂的聚乙烯醇其规格为：nm+nc.其他水溶性高分子分散剂主要有苯乙烯—顺丁烯二酸酐共聚物的钠盐、聚甲基丙烯酸及其他聚丙烯酸的钠盐等。它们共同的特点是分散保护能力强，效率高，聚合物粒子的粒度均匀，吸水率少，粘釜现象轻微，在较高的温度范围使用不发生分解，性能稳定，因而能加快反应速率缩短生产周期。这类分散剂的用量一般为0.1-0.4%。c.其他水溶性高分子分散剂水溶性的高分子化合物分散剂的作用：①增加水相介质粘度，使液滴凝集阻力增加，液滴相对稳定；②在液滴表面形成保护膜，防止液滴合并；降低界面张力，使液滴相互合并趋势减弱，维持球形能力增强。水溶性的高分子化合物分散剂的作用：2.非水溶性的高分子化合物

作为非水溶性的高分散性无机粉状物质，主要有：MgCO3，CaCO3，BaCO3，硅藻土和滑石粉等。多用于甲基丙烯酸甲酯，乙酸乙烯酯，苯乙烯等单体的悬浮聚合。它们的分散保护作用很好能制得粒度均匀，表面光滑，透明度好的粒子。

作用：靠不溶于水的盐，起机械隔离作用。这类分散剂的用量较大，一般为1%--5%。

2.非水溶性的高分子化合物单体单体不溶于水的无机物的保护作用单体单体不溶于水的无机物的保护作用第三节悬浮聚合的物料组成悬浮聚合是多分散体系，其聚合体系由单体分散相（简称分散相）和水连续相（简称水相）组成。（一）单体相悬浮聚合单体相主要由单体和引发剂组成，必要时还有调节剂和其他一些特定的配合体。第三节悬浮聚合的物料组成1、单体氯乙烯、苯乙烯、甲基丙烯酸甲酯、乙酸乙烯酯和丙烯腈等均可通过悬浮聚合制取均聚物和共聚物，它们还可以与丙烯酸酯、含有多种取代基的苯乙烯单体、偏氯乙烯以及顺丁二烯二酸酐等进行制备共聚物。适用于悬浮聚合的单体有以下特点：1）在常温、常压下或不太高的压力下为液态，蒸汽压不太高。2）应不溶于水或溶解度很低，对水稳定而不发生水解反应。1、单体2、引发剂悬浮聚合采用油溶性引发剂。主要有{有机过氧化物偶氮化合物引发剂的种类、使用条件、用量及在不同单体中使用时，对反应速率、聚合转化率、反应系统中的放热过程、聚合物的分子量及其他性能均有影响。2、引发剂有机过氧化物偶氮化合物引发剂的种类3、其他组分分子量调节剂，发泡剂，染料或颜料，紫外光稳定剂，润滑剂等。为稳定聚合反应和提高产品质量，不宜加入过多的添加剂。3、其他组分（二）水相

水相主要由水、分散剂及其它介质组成。1、分散介质水水的作用{维持单体或聚合物粒子成分散状热交换介质水中的Ca2+，Mg2+，Fe2+即可见杂质能使聚合物带色并降低其机械及电性能。Cl–能破坏悬浮剂的分散和保护作用，使聚合粒子变粗。（二）水相维持单体或聚合物粒子成分散状热交换介质水中目前生产中多采用经离子交换树脂处理的去离子水和蒸馏水。根据聚合工艺和产品性能要求，对水质主要控制酸碱度、硬度、氯离子含量及机械杂质的。一般技术指标为

PH6～8可见机械杂质无硬度≤5（或无Ca2+，Mg2+）导电度1*10-5

～1*10-6Ω/cmCl–

≤10ppm目前生产中多采用经离子交换树脂处理的去离子水和蒸2、分散剂水溶性的高分子化合物非水溶性的高分子化合物水溶性的高分子化合物{天然高分子化合物合成高分子化合物总体上分为两大类{2、分散剂水溶性的高分子化合物非水溶性的高分子化合物水溶性的3、其他助剂1）抗氧剂2，6—二叔丁基4—甲基苯酚（抗氧剂—264），抗氧剂-2246，抗氧剂—1010等2）水相阻聚剂次甲基兰，水溶黑，硫化钠等。3、其他助剂聚合物粒的形态和结构聚合物粒子的形态是指粒子的外观、尺寸大小即粒径和粒子的内部结构状况。均相聚合过程得到的粒子是一些外观光滑、大小均匀、内部为实心及透明有光泽的小圆球珠。（不正常操作下，聚合物粒子的形态变坏）非均相聚合过程所生成的产物不同，聚合物粒子是不透明的，外表比较粗糙，内部有一些孔隙。聚合物粒的形态和结构第四节悬浮聚合控制因素悬浮聚合反应中，单体纯度、水油比、聚合反应温度、聚合反应时间、聚合反应压力、聚合装置（包括聚合釜的传热、搅拌、粘釜及清釜等）对聚合过程及产品质量都有影响，了解这些因素的变化规律为聚合反应的平稳控制和生产高质量的产品的奠定基础。第四节悬浮聚合控制因素1、单体的纯度（>99%)杂质能影响聚合反应速率和产品质量，根据其性质，可将其分为：1）机械杂质主要是与金属设备接触带入的，如铁和铁的化合物等。它们能延长诱导期，减缓聚合反应速率，并使聚合物的电性能和光学性能下降。

1、单体的纯度（>99%)2）低沸物和高沸物低沸物和高沸物多系单体在精馏中去除不尽的有机杂质。低沸物中醛类能延长诱导期，降低聚合反应速率；炔类能使单体产生链转移作用；低沸点的醇、醚、酮和酯能使悬浮聚合体系出现聚合物胶液及乳胶滴，增大结块倾向和使聚合物粒子内部产生气泡。高沸物能引起链转移反应而降低聚合物的分子量，并抑制聚合反应，降低其聚合速率。2）低沸物和高沸物3）还原性杂质主要是反应设备上的铜制件被腐蚀带入的铜和铜的化合物，但主要是加入的阻聚剂。单体中这类物质的含量大于百万分之几就能使聚合诱导期延长，聚合物分子量下降，并使产品着色和稳定性下降。4）氧在单体聚合反应过程中，氧在较低温度下能与引发剂或初始形成的聚合物活性链作用生成过氧化物，从而延长了诱导期，降低聚合反应速率和聚合物分子量。3）还原性杂质2、水油比反应体系中水的用量与单体用量之比称为水油比。工业生产中，水油比一般为（2：2）～（4：1）对氯乙烯树脂水油比为：

XJ型：（1.2～1.26):1XS型：（1.5～2):12、水油比3、聚合反应温度反应温度能影响聚合反应速率、聚合物分子量及聚合物的微观结构。4、聚合时间聚合时间不是一个独立因素，温度、压力、引发剂类型和用量以及单体的纯度均能影响聚合时间。5、聚合反应压力聚合反应压力也不是一个孤立因素，是随反应温度而变化的。3、聚合反应温度6、聚合装置1）聚合釜的传热2）聚合釜的搅拌3）粘釜物4）清釜6、聚合装置7、悬浮聚合的后处理1）脱水（物料含水率60%-70%5-20%）2）洗涤3）干燥（由离心脱水5-20%0.2-0.5%)4）包装和贮存7、悬浮聚合的后处理第五节聚氯乙烯的生产工艺 （一）概述聚氯乙烯（PVC）树脂分子通式：聚合反应式表示如下：

第五节聚氯乙烯的生产工艺1872年E.Baumann最早制得聚氯乙烯均聚物，由于热稳定性差及加工困难，放缓了工业化进程。1940年美国古德里奇公司创建了悬浮聚合。目前世界上大规模生产聚氯乙烯仍以悬浮聚合占主导地位，其生产PVC产量约占80%，中国占90%。1872年E.Baumann最早制得聚氯乙烯均聚物，聚氯乙烯的分类:按生产方法悬浮法微悬浮法(20-80µm)种子悬浮法混合悬浮法溶液法本体法乳液法种子乳液法连续乳液聚合法按聚合度低聚合度PVC（n为350-600）通用树脂（国标SG1-SG9）高聚合度PVC（n为1700-4000）超高聚合度PVC（n为4000以上）世界（国内）各种方法生产PVC树脂所占比例：悬浮法80%（94%），乳液法10%（4%），本体法10%（2%），溶液法则几乎为零(50-2000µm)聚氯乙烯的分类:按生产方法悬浮法微悬浮法(20-80µm)种按软硬度软制品硬制品按树脂特性通用树脂特种树脂无皮树脂交联树脂掺混树脂氯化聚乙烯树脂（CPVC）偏氯乙烯树脂（PVDF）按软硬度软制品硬制品按树脂特性通用树脂特种树脂无皮树脂交联树78聚氯乙烯：78聚氯乙烯：79聚氯乙烯制品：79聚氯乙烯制品：80聚氯乙烯制品：80聚氯乙烯制品：818182821、PVC的聚合配方单体：氯乙烯纯度99.98%

分散介质：去离子水引发剂：有机过氧化物或偶氮化合物分散剂：明胶、纤维素醚类、聚乙烯醇水相阻聚剂：Na2S

热稳定剂：有机锡PH调节剂：NaHCO3、NH4OH

终止剂：双酚A、叔丁基邻苯二酚等此外，还有抗鱼眼剂，防粘釜剂等1、PVC的聚合配方2、聚合工艺条件聚合温度：50～60℃（T是控制分子量的直接指标。当聚合配方确定后，T就是反应过程中最重要的参数，它影响聚合反应的速率和聚合物的分子量及聚合物的微观结构。）聚合压力：7～8kgf/cm2（由聚合温度决定）

转化率：85～90%聚合时间：7～16hrDCPDt=8hrABINt=16hr

此外，还有设备的传热能力决定。

2、聚合工艺条件3、PVC生产工艺流程聚合单体回收M汽提碱处理SGXJ离心脱水干燥干燥成品SG—疏松型树脂XJ—紧密型树脂3、PVC生产工艺流程聚合单体回收M汽提碱处理SGXJ离心脱4、PVC生产追求的目标：

优质高产低消耗1）优质①Mn及其分布②颗粒形态分布③“鱼眼”的含量④热稳定性及白度⑤VC单体含量要低2）高产提高单釜生产能力，向釜的大型化发展3）低消耗能量的综合利用，降低成本4、PVC生产追求的目标：（二）聚合1、聚合工艺控制因素1）分子量的控制从反应机理来考虑，PVC自由基聚合由四步基元反应组成，其基元反应和速率式如下：

链引发

I2R•Rd==Kd[I]

R•+CH2=CHCLR-CH2-C•

KdCLH-d[I]/dt

形成单体自由基速率Ri=-d[M]/dt=2fKd[I]链引发（二）聚合KdCLH-d[I]/dt形成单体自由R-CH2-C•+nMR[M]nCH2-C•

CLHCLH链增长速率Rp=Kp[M•][M]链增长CLHCLH链增长速率Rp=Kp[M•][M]双基偶合R[M]nCH2-C•+R’[M]mCH2-C•

R[M]nCH2-CH-CH-CH2[M]mR’

CLHHCLCLCL链终止双基偶合R[M]nCH2-C•+R’[M]歧化终止R[M]nCH2-C•+R’[M]mCH2-C•R[M]nCH=CH+R’[M]mCH2-CH2ClClClCl链终止速率Rt=2Kt[M•]2HH歧化终止R[M]nCH2-C•+R’[M]：向单体的链转移R[M]nCH2-C•+CH2=CHR[M]nCH=CH+CH3-CHClClClClH向单体的链转移速率Rt=Rtr.M=Ktr.M[M•][M]•链转移：向单体的链转移实验证明：在测定PVC的大分子上，CL原子位于1，3碳原子上，这样排除了偶合终止的可能；此外，大分子端基都是1-氯乙烯双键，这也排除了歧化终止的可能；又因为引发剂浓度小（同单体浓度）相比，大分子溶胀在单体中，很难与引发剂发生链转移。同时，由于扩散的作用，主要发生的是向单体的链转移。实验证明：向单体的链转移能力与单体结构、温度等因素有关。氯乙烯单体的链转移常数是单体中最高的一种，约10-3，其转移速率远远超过了正常的终止速率，即Rtr.M》Rt。Rtr.M

≈

Rt=Ktr.M[M][M•]Xn====

RpRt+RtrMRpRtrMKpKtr.M1CM

研究聚合度时，需考虑终止有真正终止和链转移终止两部分组成。向单体的链转移能力与单体结构、温度等因素有关。氯而向氯乙烯链转移的常数CM与温度有如下指数关系：

CM=125exp[-7300/RT]

Xn=1125exp[-7300/RT]而向氯乙烯链转移的常数CM与温度有如下指数关系：1125ex根据聚合机理，向单体的链转移是控制PVC聚合度的基元反应。在常用的聚合温度范围内（45-65℃），PVC数均分子量与引发剂的浓度，转化率无关，仅取决于温度。不同型号的PVC主要是由改变温度来生产的。因此，必须严格控制聚合温度，使其波动范围在指定温度的+0.2-0.3之内，以减少聚合度多分散性及转型。根据聚合机理，向单体的链转移是控制PVC聚合度的基元2）转化率的控制不仅是产量的影响因素，且影响分子量。

因此即是产量指标，也是质量指标。

一般转化率在85－90％，为什么？

2）转化率的控制从质量和产量两方面考虑：若产量低于85％，生产能力下降，对于整个生产，产量低，是不经济的。若产量高于90％，转化率提高的缓慢，即反应后期速率慢，要达到较高的转化率反应时间长，不仅对产量不利，且聚合单体、大分子链之间易交联，对质量不利，因此转化率须控制在85％—90％。从质量和产量两方面考虑：工业生产中是怎样控制X％呢？主要是通过压力控制。这是因为在PVC悬浮聚合生产中，X％与P有一定的函数关系。达到90％时，加入终止剂，终止反应。工业生产中是怎样控制X％呢？主要是通过压力控制。这是因为在P为什么聚合过程中，釜内压力开始不下降，中、后期才开始下降呢？在釜内分成两相{汽相：水的饱和蒸汽压、单体即VC的蒸汽压液相：水、单体及一些助剂P总=P°H2O+P°VC而PH2O的沸点100℃，VC的沸点-13.9℃P°H2O《P°VC所以，P总=P°VC为什么聚合过程中，釜内压力开始不下降，中、后期才开始下降呢？归纳：当聚合转化率70%以前，液相中的单体VCM是足够聚合使用,所以，P°VC不变，P总不变。当聚合转化率70%以后，随VCM消耗，VCM液体消失，只有少部分VCM溶胀在PVC中，即此时液相中VCM已经不作为相态存在了。随转化率提高VC在消耗，致使气相中VC不断溶于液相中，汽相中压力不再是VC饱和蒸汽压。表现为压力下降，而使工业实践X%=f(P总)

当P总=5.5-5Kg/cm2X%=85-90%归纳：当聚合转化率70%以前，液相中的单体VCM是足够聚合使3)H2O和单体的比值（简称水油比：水与单体重量的比值）

H2O的作用{传热介质分散介质工业生产中，水油比一般为（2：2）～（4：1）对氯乙烯树脂水油比为：

XJ型（紧密型）：（1.2～1.26):1SG

orXS型（疏松型）：（1.5～2):1（1.7-1.8)3)H2O和单体的比值（简称水油比：水与单体重量的比值）传热为什么紧密型（XJ）与疏松型（SG

orXS）PVC树脂水油比各异？主要从水的作用来看，由于XS疏松多孔，内外孔隙和颗粒表面吸水性强，如与XJ型加水量相同，其自由水减少，造成水油比降低，体系粘度增大，移热困难，吸入的部分扣除应适当增加水油比。为什么紧密型（XJ）与疏松型（SGorXS）PVC树脂2、工艺配方设计例：某厂用30m3聚合釜生产SG-2型PVC，试根据现场数据及有关技术资料计算确定生产工艺配方：引发剂DCPD分子量M=286.2热负荷分布指数R=1.35Nr=1.1mol/T(VCM)WH2O/WVCM=1.74:1转化率90%。冷却水入口温度30℃，出夹套温度32℃，出内冷管温度34℃，聚合温度52℃。假定K内=520[kcal/hr·m2·

℃]F内=28m2K夹=300[kcal/hr·m2·

℃]F夹=52m2见下图：

2、工艺配方设计第二章--悬浮聚合生产工艺课件分析：已知30m3釜K内=520[kcal/hr·m2·

℃]F内=28m2K夹=300[kcal/hr·m2·

℃]F夹=52m2SG-2型PVC：T=52℃WH2O/WVCM=1.74:1R=1.35X%=90%Nr=1.1mol/T(VCM)ΔHVC=366[kcal/kg·VCM]Δγ=920kg/m3求：H2O、VCM、引发剂、分散剂等各加多少？分析：已知30m3釜经计算和经验取值，工艺配方：

VCM：10.4[m3]计算值H2O：16.6[m3]计算值DCPD:3.75Kg计算值PVA:14Kg经验值PH调节剂:NaHCO32.5Kg经验值水相阻聚剂：Na2S0.5Kg经验值热稳定剂：二月桂酸二丁基锡2.5Kg经验值

终止剂：双酚A1.0Kg经验值经计算和经验取值，工艺配方：3、PVC生产粘釜问题1）粘釜后果

a.易使制品产生鱼眼

b.使传热性能下降K111σα2λΣα1

=++增加热阻σ，使K。c.增加清釜强度，损害工人身心健康。d.经常清釜，损坏釜壁，加剧粘釜。3、PVC生产粘釜问题K111σα2λΣα1=++增加热阻2）产生粘釜的原因

a.物理因素（ⅰ）吸附作用（ⅱ）粘附物理因素产生的粘釜，是由分子间力引起的，易清除。

b.化学因素化学因素产生的粘釜，由于存在着化学键，很难清除。

2）产生粘釜的原因（ⅰ）金属釜壁表面始终存在着自由电子可和VC单体分子发生电子转移，形成自由基，引起单体与釜壁金属表面的结合，并在釜壁进行链增长，造成粘釜。（ⅰ）金属釜壁表面始终存在着自由电子可和VC单体分子发生电（ⅱ）釜壁金属表面的瞬时空穴或自由电子与液相中的活波的自由基结合，形成粘釜物。（ⅱ）釜壁金属表面的瞬时空穴或自由电子与液相中的活波的自由基3）防止措施

a.釜壁尽量进行抛光处理或选用不易粘釜的材料作釜衬里，甚至不惜代价的镜面抛光。（针对物理因素产生的粘釜）

b.添加水相阻聚剂

c.使金属表面钝化（包括釜壁、搅拌轴、桨叶等）

d.内壁涂布法:内壁涂上一层链终止剂（极性有机化合物），防止金属表面引发聚合，自由基到达釜壁就被终止聚合而钝化。针对化学因素3）防止措施针对化学因素（三）PVC后处理i.PVC树脂浆料汽提系统

为防止热敏性树脂的堵塞和沉积，使树脂浆料在全范围内停留时间分布较为均匀，通常采用无溢流管式的大孔径筛板，其结构如图。筛孔直径15-20mm,筛板开孔率8-11%，塔内设置20-40块筛板，借助若干拉杆螺栓和定位管固定，保持板间距约为300-600mm.

该穿流式筛板空塔气速一般为0.6-1.4m/s,筛板孔速为6-13m/s,物料在塔内平均停留时间为4-8min.（三）PVC后处理第二章--悬浮聚合生产工艺课件ii.PVC树脂浆料离心分离系统特点：1。单机生产能力大，适合工业生产与自动集中控制的需要。2.该离心机的分离原理是离心沉降而不同于离心分离，转鼓上无孔，因此分离因数较高。3.结构紧凑，占地面积小，易于密闭。4.处理浆料的浓度和粒度范围宽。ii.PVC树脂浆料离心分离系统特点：iii.PVC树脂干燥系统产品中，水分的存在会造成加工时的困难，成型加工时水分的汽化会使制品内部产生气泡。既影响产品的机械强度又影响制品的外观，故必须严格处理。干燥目的：将含水量25%左右的PVC降至0.3%以下。干燥介质：用高温干空气与物料接触，进行对流传热传质。iii.PVC树脂干燥系统1、PVC干燥的动力学分析热空气tftwp这里包括两个传热过程：传热过程：Q=αF（tf–tw)α-空气对PVC的给热系数F–

空气与物料相际接触面积传质过程：W=KpF(pw-p)Kp—以分压差表示的传热系数

W—被蒸发的水分质量

其它参数的物理意义：tw—物料表面温度tf—热空气温度(T不变）Pw—物料表面水分蒸气压P—空气主体的水汽分压（不变化）1、PVC干燥的动力学分析热空气tftwp这里包括两个传热过单位时间的蒸发量与水的关系W—τ曲线τWAB——

增速段BC——恒速段CD——降速段单位时间的蒸发量与水的关系W—τ曲线τWAB——增速段（1）AB段：加速过程

单位时间空气传给物料的热量》物料表面水分汽化所需的热量随时间推移，tf=twB点：单位时间空气传给物料的热量=物料表面水分汽化所需的热量（2）BC段：特点：（ⅰ）恒速干燥阶段（ⅱ）表面扩散控制，除去非结合水（含水量25%4%)（3）CD段：特点：（ⅰ）降速干燥阶段（ⅱ）内部扩散控制，除去的是结合水(含水量4%0.3%)（1）AB段：加速过程（4）C点：由恒速干燥转到降速阶段的临界点。ⅰ）从恒速到降速的转折点ⅱ）从非结合水到结合水的转折点ⅲ）从表面控制到内部控制的转折点（4）C点：由恒速干燥转到降速阶段的临界点。2、干燥设备一般用气流管干燥器与沸腾干燥器串联。①气流管干燥器冷空气热空气含水25%PVC废空气含水4%PVC至沸腾床312旋风分离器空气预热器气流管干燥器2、干燥设备冷空气热空气含水25%PVC废空气含水4%PVC工艺参数：热风入口温度t1：140-150℃从效率方面考虑,t1，干燥速度快，效率高；从质量方面考虑，t1太高，超过PVC的软化点热风出口温度t2：60-65℃从效率和能量方面考虑,t2低，节省能量，效率高；从质量方面考虑，t2太低，产品易潮解。热风速度μg：20-30m/sec热风速度高，干燥速度快，但太快会降低物料在干燥管中的停留时间，使水分不能完全出去，应影响产品质量。物料管内停留时间：τ=1-1.5sec工艺参数：气流管干燥器的特点：

A）结构简单，装卸方便，占地面积小

B）干燥速度快

C）适用于热敏性物质的干燥气流管干燥器采用气、固相并流操作，而且在表面汽化阶段，大量水分汽化吸热，热空气供给物料的热量全部用于水分的蒸发，物料始终处于与其接触的气体的湿球温度，一般不超过60-65℃（40-45℃），并不是空气的真实温度，而PVC的软化点为75-80℃，湿球温度没达到软化点。因此，适用于热敏性物质的干燥。气流管干燥器的特点：②

②沸腾床干燥器挡板溢流板1空气预热器3旋风分离器2沸腾床干燥器废气排空含水0.3%PVC分布板由气流管来含水4%PVC②②沸腾床干燥器挡板溢流板1空气预热器3旋风分离器2沸腾工艺参数：热风入口温度：110-120℃热风出口温度：60-65℃物料管内停留时间：τ=10-30min工艺参数：结构：多室沸腾床，物料停留时间长，挡板使每个室的物料在纵向上充分接触，在横向上无返混。特点：

A）颗粒在干燥器内停留时间长

B）适于热敏性物质干燥结构：结论：

气流管干燥器沸腾床干燥器除去水量不同25%4%4%0.3%除水结合方式不同非结合水结合水强化传热途径不同高风温，短停留时间适当高风温，长停留时间干燥过程不同恒速降速控制步骤不同表面扩散控制内部扩散控制结论：

气流管干燥器沸腾床干燥器除去水量不同25%③内热式沸腾床干燥器③内热式沸腾床干燥器第二章--悬浮聚合生产工艺课件其与一般的卧式多室沸腾床的区别在于：①料层较高，一般为1.0-1.2米，故床层压降较大，风机压头也需相应提高。②床层内设置U型螺旋盘管。根据需要可在每平方米分布板面上设置3-15米2加热或冷却面积。（U型盘管系由一英寸不锈钢管弯制加工）通常1-5室通入热风及热水，而6室通入冷风及冷水。特点：流程简单，动力消耗少，加热效率高。其与一般的卧式多室沸腾床的区别在于：第六节聚合设备

关于反应的类型包括管式、釜式、塔式。

第六节聚合设备釜式反应器釜式反应器第二章--悬浮聚合生产工艺课件第二章--悬浮聚合生产工艺课件第二章--悬浮聚合生产工艺课件管式反应器管式反应器塔式反应器塔式反应器国外聚合釜的容积6.5m3

搪瓷釜13.5m3

碳钢+不锈钢30m3

碳钢+不锈钢m3

日本m3

西德舒尔斯公司2000m3西德舒尔斯公司国内聚合釜的容积6.5m3

搪瓷釜（沈化）13.5m3复合钢板（中型厂）30m3大型厂（万吨以上）70m3北京化工二厂

130m3齐鲁，扬子（30万吨PVC配套装置）1、国内外聚合釜的发展概况1）聚合釜的容积国外聚合釜的容积国内聚合釜的容积1、国内外聚合釜的发展概况对于PVC的悬浮聚合，一般采用典型的悬浮聚合方法，通常采用的反应器是装有搅拌器的立式夹套型反应釜。△聚合釜的主要参数氯乙烯悬浮聚合采用的是釜式聚合反应器。聚合釜的材质有复合钢板、全不锈钢和搪瓷三种。具体的参数如下表。聚合釜的趋势是大型化，国内普遍采用的是33m3复合钢板釜。国外采用的聚合釜容积更大，如日本采用127m3聚合釜，德国采用200m3聚合釜。对于PVC的悬浮聚合，一般采用典型的悬浮聚合方法，国内氯乙烯悬浮聚合釜的主要参数材质复合钢釜搪瓷釜体积，m313.5仿朝33LF-3080国产33日立127714直筒高度，mm61505400500050005400790030503700内径，mm16002600260040002600420016002000高径比3.852.081.921.252.081.881.91.85传热面积夹套，m234.5525090529017.528内冷，m2－2820161516－－夹套比传热面m2/m32.551.58－1.121.851.122.52搅拌浆叶形状和数量3层优斜浆，3层螺旋2层三时浆加一小浆3层斜浆，3层螺旋6层45O斜浆底伸式三叶后掠浆3层二叶浆3-4层一枚指形5-6层一枚指形挡板无8组U形管8根圆管3组12根圆管4组圆管一块矩形挡板挡板国内氯乙烯悬浮聚合釜的主要参数材质复合钢2）搅拌器的结构2）搅拌器的结构（ⅰ）对搅拌器的要求a.有剪切力，即搅拌叶必须有剪切单体相的能力。b.具有一定的纵向循环能力c.具有较强的传热能力悬浮聚合PVC生产（ⅰ）对搅拌器的要求悬浮聚合PVC生产（ⅱ）搅拌器的种类

a.桨式{b.推进式搅拌器c.三叶后掠式搅拌器均适用于高速旋转低粘度液体平桨：径向流动，具有剪切作用斜桨（45º）：多层复合，轴向流动（ⅱ）搅拌器的种类平桨：径向流动，具有剪切作用斜桨（45º）3)传热方式

通常有四种传热方式

a.夹套传热(13.5m3、6.5m3）

b.夹套+内冷管传热（30m3）c.夹套+D型挡板通水（

130m3）

d.夹套+釜外冷凝管（80m3）3)传热方式2、聚合釜的传热聚合反应过程的传热速率可由下式表示：

Q=K·F·Δtm式中Q—总传热量kcal/hrK—总传热系数kcal/hr·m2·℃F—包括聚合釜夹套和内冷管的总传热面积m2

Δtm—釜内物料与冷却水之间的平均温差℃

2、聚合釜的传热要加快聚合釜的传热速率Q以提高生产能力，可从①提高总传热系数②增加总传热面积③降低水温以扩大温差Δtm等三方面来解决。

提高K,成为目前聚合釜保证生产能力的主要措施.要加快聚合釜的传热速率Q以提高生产能力，可从①釜容积一定，釜高径比变化（H/D）对F的影响VR一定时，H/DF具有一定的函数关系，如图：即VR一定:H/D=1Fmin最小H/D>1F釜的长径比，应综合考虑传热和搅拌两方面因素。1）影响传热面积的因素①釜容积一定，釜高径比变化（H/D）对F的影响VR一定时，H日本日立造船公司VR<35m3H/DH/D=1.2-2.0“瘦长型”有利于传热。

VR>35m3H/DH/D=1.1-1.2“矮胖型”传热面积不太大，传热不利，但这时主要考虑的是搅拌。神钢法德拉观点：无论釜多大，搅拌是最主要的，L/D小些，传热靠其它方式弥补。目前国内采用的高径比范围：L/D＝1.5-4左右。日本日立造船公司神钢法德拉观点：无论釜多大，搅拌是最主要的②聚合釜容积对F的影响比传热面积=单位容积的传热面积=传热面积/釜容积=F/VR[m2/m3]容积132628335060长径比（H/D）3.802.651.451.771.391.20容积285075每立方米夹套传热面积1.331.301.00②聚合釜容积对F的影响容积13由经验发现，当H/D=1.2时，可直接通过VR进行近似计算传热面积：

F=4.77(VR)0.66如14m3和33m3釜的传热面积（H/D=1.2)F1=4.77(14)0.66=27m2F2=4.77(33)0.66=48m2

F1/V1=27/14=1.93[m2/m3]F2/V2=48/33=1.45[m2/m3]33m3釜壁比传热面积仅及14m3釜的73%，釜的容积大传热F不一定大，传热效果的衡量是靠F/V的比值来决定的。由经验发现，当H/D=1.2时，可直接通过VR进行近似计算传且据报道，采用200m3釜生产PVC树脂（冷却面积160m2）仅能带走聚合热量的25%，这就说明大容量的聚合釜不能单靠釜壁传出全部聚合热，并且容积越大越如此。为了克服上述困难，工业生产设计大型釜弥补传热面积的方法：A）在釜内设内冷管，增大传热面积，并在设计上巧妙地和搅拌作用统一起来。B）在釜内安装D型挡板，其内通冷却水，增大传热面积C）釜外安装冷凝器且据报道，采用200m3釜生产PVC树脂（冷却面积160工业上解决聚合釜容积增加而传热面积减小的办法如下：冷热釜内装U型法釜内装d型挡板法VC（少量PVC）VC液体釜外装冷凝器法冷热工业上解决聚合釜容积增加而传热面积减小的办法如下：冷热釜内装示意图：示意图：2)影响传热系数“K”的因素釜的总传热系数K是由釜内物料、冷却水的给热系数和釜壁（或内冷管）的导热系数所决定的。传热系数K传热系数一般：K＝465-582W/(m2.K)传热系数好：K＞698W/(m2.K)传热系数不好：K＜349W/(m2.K)影响K的因素2)影响传热系数“K”的因素传热系数K传热系数一般：K＝46Kα2λΣα1

=++111σ式中α1

—

釜内壁给热系数[kcal/hr·m2·

℃]

α2—釜外壁给热系数[kcal/hr·m2·

℃]

K—总传热系数[kcal/hr·m2·

℃]

σiλiΣ—间壁热阻Kα2λΣα1=++111σ式中α1—釜内壁给热系数[釜内给热系数α1

规律：体系粘度愈小，搅拌强度愈大，则内壁液膜愈薄，热阻愈小，α1值愈大。由于釜内物料主要由水、氯乙烯、聚氯乙烯组成，体系的粘度和α1与油水比大小有关，并且随聚合转化度而变化，无论是紧密型树脂，还是疏松型树脂，在开始阶段流动的水量较大，所以α1较大，随着聚合的进行，体系总体积收缩，粘度增加，并且粒子表面吸附有水份，尤其是疏松型树脂，内部吸收有一定的水份，使得流动的水量减少，造成α1下降，在聚合过程中从釜的底部陆续补加，补加速度最好与体积收缩速度相当。釜内给热系数α1釜外壁给热系数α2

釜外夹套内通有冷却水，以散除聚合热。

α2的一般范围在582～5820W/(m2·K)，主要由水流动状况而定。

α2良范围好的2326～3489W/(m2·K)以上。影响α2的因素主要有：进水方式，有无挡板。

普通进水方式（夹套内无挡板），即冷却水至夹套下口进入，经夹套环隙，直接上升，由上口溢流而出。虽然进口处水流速很大，但因环隙面积大，水的流速仍然很低，湍流程度不够，造成α2很低，只有582～698W/(m2·K)。

切线方向进水（夹套内无挡板），即冷却水从夹套下部切线方向进水，能在一段距离内以较高速度沿夹套环隙螺旋上升，从而提高α2。但水经过一段距离后，冲力减小，改为沿夹套环隙直升而上。并且这部分占有较大比例，造成总的α2增加不会太大。一般切线方向进水，可以将α2提高到1163W/(m2·K)左右。

夹套内设置螺旋档板，使冷却水沿螺旋槽旋转而上，用不太大的小流量，就可以获得较大的流速（2～3m/s），可以大幅度地提高α2[3489-5819W/(m2·K)]。水流速度与水流量、夹套环隙宽窄、导流板螺距而定。注意安装螺旋档板时不要留有缝隙，以防止水泄流短路搪瓷釜夹套安装喷嘴也可以提高α2。

釜外壁给热系数α2釜外夹套内通有冷却水，以散除聚合热。Σσiλiσ1σ2σ3σ4λ1λ2λ3λ4=+++σ1,σ2,σ3,σ4——分别为PVC粘釜物、不锈钢、碳钢、水垢的厚度,[m].λ1,λ2,λ3,λ4——分别为PVC粘釜物、不锈钢、碳钢、水垢的的导热系数[kcal/hr·m·

℃]

釜壁导热热阻δ1δ3δ4δ2Q釜体粘釜物不锈钢碳钢水垢夹套Σσiλiσ1σ2σ3σ4λ1λ2λ3λ4=++例：13.5m3釜在传热性能不利的条件下，实测数据如下：

α1=1300

[kcal/hr·m2·

℃]α2=2800[kcal/hr·m2·

℃]σ1=0.1[mm],λ1=0.14[kcal/hr·m·

℃]σ2=3.0[mm],λ2=15[kcal/hr·m·

℃]σ3=15[mm],λ3=

40[kcal/hr·m·

℃]σ4

=0.3[mm]，λ4=

1.5[kcal/hr·m·

℃]计算传热系数。例：13.5m3釜在传热性能不利的条件下，实测数据如下：解：Kα2λΣα1

=++111σ=1/1300+（0.1/0.14+3/15+15/40+0.3/1.55)+1/2800=382[kcal/hr·m2·

℃]解：Kα2λΣα1=++111σ=1/1300+（0.1/讨论：①PVC粘釜物对“K”的影响设σ1=0经计算K=526σ1=0.1[mm]K=382下降了27%

σ1=1[mm]

K=111下降了79%②夹套水垢对“K”的影响设σ4=0经计算K=414σ4=0.3K=382下降了8%讨论：③壁厚对“K”的影响保证强度的前提下,尽量使壁厚减薄。④釜外壁给热系数α2对“K”的影响（ω

对K的影响）

α2=0.023(λ/de)(Re)0.8(Pr)0.4

=0.023(λ/de)(deωρ/μ)0.8(3600Cμg/λ)0.4

=Cω0.8ω——

冷却水的流速ω，α2

K③壁厚对“K”的影响α2ωα2

=f(ω0.8)为什么工业生产中，冷却水流速一般在2-3m/sec?

从图中看出，ω，提高α2不明显，阻力损失大且不经济。α2ωα2=f(ω0.8)为什么工业生产中，冷却水流速一般工业生产中提高冷却水流速的措施：A）夹套内设螺旋导流板，同时采用大流量低温差的冷却新工艺。工业生产中提高冷却水流速的措施：B）采用半圆管式夹套H2OH2OB）采用半圆管式夹套H2OH2O大流量低温差冷却新工艺：专用泵经程序自控提供恒定的大流量冷却水，而冷却水进出口温差很小（3℃左右），釜内温度与冷却水平均温度之差也很小的冷却新工艺。大流量低温差冷却新工艺：大流量低温差冷却新工艺的优点：a)提高了冷却水流速，强化了传热b)减少冷却水进、出口温差和其与釜内温差，有利于提高质量。c)减轻粘釜d)合理利用冷却水，使整个操作费用低e)便于自控大流量低温差冷却新工艺的优点：强化传热系数“K”的途径：

①减少PVC粘釜物②减少水垢

③在满足强度的前提下，减薄壁厚④增大夹套冷却水的流速强化传热系数“K”的途径：3）关于传热推动力Δtm对于PVC的生产，不考虑从传热推动力方面来提高传热能力，因为T是控制质量的主要控制因素。

聚合可以使用的