搅拌聚合釜的传热与传质

搅拌聚合釜的传热与传质第1页，共27页，2023年，2月20日，星期五第一节聚合过程的传热问题第2页，共27页，2023年，2月20日，星期五第二节搅拌聚合釜的几种传热方式夹套第3页，共27页，2023年，2月20日，星期五内冷件第4页，共27页，2023年，2月20日，星期五回流冷凝器第5页，共27页，2023年，2月20日，星期五第三节搅拌聚合釜的传热计算体系流体温度载热体的温度第6页，共27页，2023年，2月20日，星期五影响釜内壁传热膜系数聚合釜内物料性质（如体系粘度）和搅拌条件如搅拌桨叶形式、尺寸、流动形态、挡板条件。降低体系粘度和改善搅拌效果是提高和总传热系数K值的主要途径。

的因素：釜外壁传热膜系数的因素：随冷却水的流况而定。以夹套冷却时，固体的导热系数：为了降低釜壁固体导热部分总热阻，应尽可能采用导热系数较高的材质。第7页，共27页，2023年，2月20日，星期五例：用悬浮法生产聚氯乙烯，试求在聚合转化速率达到高峰时，搅拌釜夹套中通入冷却水的温度应该是多少度？符号说明单位数值V聚合釜容积m314.0A夹套传热面积m226.9V/A釜容积／传热面积比m3/m20.52VR工作容量，装料系数为90％，VR＝0.9V12.6ν进料中单体体积比0.39ρM氯乙烯的密度kg/m3898.0W单体进料量VRνρMkg/批4400CR总转化率批－10.9θR总反应时间h/批12CR/θR平均转化速率h-10.075dC/dθ最高转化速率h-10.2R高峰转化速率与平均转化速率之比2.67HR聚合热kcal/kg366K总传热系数kcal/(h)(m2)(℃)268tR反应温度℃50第8页，共27页，2023年，2月20日，星期五解：每批生产的聚氯乙烯量设为P，平均生产率（以小时计）为：聚合过程中平均放热量为：第9页，共27页，2023年，2月20日，星期五利用放热速率与转化率之间的比例关系：∴根据可得：转化速率达高峰时所要求的冷却水温度tc为：第10页，共27页，2023年，2月20日，星期五第四节搅拌釜内的传质过程固相-液相发生的传质过程：（1）扩散努塞尔准数（谢尔乌特准数Nsh）：（2）扩散普兰德准数：第11页，共27页，2023年，2月20日，星期五对几何相似体系，传质过程有如下关系：或：第12页，共27页，2023年，2月20日，星期五对于气液体系对于小气泡对于大气泡第13页，共27页，2023年，2月20日，星期五液液体系分散相传质膜系数连续相传质膜系数两相溶质的平衡常数第14页，共27页，2023年，2月20日，星期五液固体系第15页，共27页，2023年，2月20日，星期五伴有相间传质的聚合反应相界面传递阻力＋化学反应阻力第16页，共27页，2023年，2月20日，星期五传质速率远小于聚合反应速率时，实际反应速率完全取决于传递过程速率。扩散控制聚合反应速率远小于传质速率时，实际反应速率完全取决于反应速率。动力学控制介于二者之间？第17页，共27页，2023年，2月20日，星期五按照相态分：第18页，共27页，2023年，2月20日，星期五扩散反应式：反应速率项第19页，共27页，2023年，2月20日，星期五相间传质聚合反应如何简化？聚合反应可视为不可逆反应体系中活性链浓度不变当引发剂浓度一定时，聚合反应速率可简化为拟一级反应。第20页，共27页，2023年，2月20日，星期五拟一级反应的分类快速反应单位面积液膜内的最大反应速率大于纯物理传质速率的2～3倍，这时主要受扩散控制。其传质速率式为：反应速率常数扩散系数反应物的界面浓度传质速率第21页，共27页，2023年，2月20日，星期五中速反应慢速反应此时反应甚慢，反应对传质系数的影响可以忽略，反应基本上在液相本体内进行。传质的气膜与液膜阻力和液相本体的化学反应阻力起串联阻力作用：第22页，共27页，2023年，2月20日，星期五无限慢反应由于反应速度极慢，属于动力学控制，可以不考虑传质对聚合反应的影响，只需将与气相压力P相平衡的浓度C代入化学动力学方程式即可计算伴有相间传递过程的聚合速率。第23页，共27页，2023年，2月20日，星期五如何来判断属于哪种反应？判据？液膜传质系数气液相界面积搅拌转速的改变当KLa的改变不会引起聚合速率的改变时，即可认为是受动力学控制的无限慢反应。当聚合速率的改变正比于界面积的改变时，可认为属于扩散控制的快速反应。若不能确认，则只能认为是中速反应或慢速反应。第24页，共27页，2023年，2月20日，星期五在非均相聚合中采取何种措施以获得较理想的的分子量以及分子量分布？第25页，共27页，2023年，2月20日，星期五应选择什么样的设备进行伴有相间传质过程的化学反应？第26页，共27页，2023年，2月20日，星期五聚合反应釜的安全操作加强密闭防漏，防止有毒、易燃、易爆物料的的泄漏，以保证操作人员的安全，防止发生燃爆。反应釜应装有安全泄压装