聚合物生产工艺设计-课件chap 5 equipment design part 2 reactors 2007

1、第五章设备的工艺设计第四节聚合反应器的选择与设计一、反应器的工艺要求与设计要点1.反应动力学要求2. 热量传递的要求3. 质量传递过程与流体动力学过程的要求满足物料流动的要求(如湍流)：管式反应器加泵, 釜式内设置搅拌4. 工程控制和安全要求5. 机械工程的要求结构形式保证反应设备在操作条件下有足够的强度、足够的传热面积, 结构形式易于制造.材质选定所用材料必须对反应介质具有稳定性.聚合反应器, 一般都不用碳钢, 以免铁离子对聚合过程的干扰和污染聚合物.16. 技术经济管理的要求保证一定反应转化率和反应时间决定反应器容积反应器尺寸设备的选型操作方式设备台数第五章设备的工艺设计第四节聚合反应器的

2、选择与设计二、反应器的分类与选型1.聚合反应器的分类与特点2管式反应器HPPE (LDPE)传热面积大、传热系数高; 流体流速快, 留时间短, 便于分段控制; 结构简单、耐高压. 用于规模大的气相反应和液相反应; 强烈放热和吸热的化学反应塔式反应器 PSt返混少, 停留时间可调, 可分段控温固定床反应器流化床反应器气固相间传热, 传热面积大, 传质、传热系数高, 便于连续化生产.美国联合碳化物公司气相法PE采用流化床反应器.釜式反应器90%间歇操作和连续操作均可, 停留时间可长可短, 易于控制最终转化率; 温度、压力范围广; 易于清理. 用于有液相参加的化学反应或聚合反应, 如：液固，液液，液

3、气，液固气第五章设备的工艺设计第四节聚合反应器的选择与设计必要时可增设外冷循环设备3第五章设备的工艺设计第四节聚合反应器的选择与设计4强化传热(釜内, 夹套)第五章设备的工艺设计第四节聚合反应器的选择与设计56第五章设备的工艺设计第四节聚合反应器的选择与设计增加剪切面第五章设备的工艺设计第四节聚合反应器的选择与设计7第五章设备的工艺设计第四节聚合反应器的选择与设计8第五章设备的工艺设计第四节聚合反应器的选择与设计910第五章设备的工艺设计第四节 聚合反应器的选择与设计4第五章设备的工艺设计第四节聚合反应器的选择与设计11第五章设备的工艺设计第四节 聚合反应器的选择与设计2.反应器的选型试验研究

4、生产实践物料特性(单体/产物)反应特性反应器特点釜式反应器在化工生产中使用最多，占90以上， 因此本节主要讲述釜式反应器的设计和计算12适宜反应器第五章设备的工艺设计第四节 聚合反应器的选择与设计三、釜式反应器的结构1电动机注意防爆等级和电机的级数2传动装置 一般与减速机连在一起3人孔4 轴封机械密封和填料密封高压宜选用机械密封5搅拌器6夹套上水管7搅拌器轴承8放料口9釜底10夹套夹克式、梯形螺旋式、半圆螺旋式11釜体12蒸汽进口或冷却水出口13顶盖14加料口、温度计插口，视镜口等13第五章设备的工艺设计第四节 聚合反应器的选择与设计四、反应釜设计程序及计算方法1. 定操作方式是间歇操作？连续

5、操作？还是半连续?2. 收集数据反应物料生成物料中间产物生产能力、转化率、反应时间、装料系数、温度、压力、比热、聚合热、密度、粘度等3. 物料衡算和热量衡算4. 反应釜体积的计算(1) 间歇操作1 通过物料衡算可求出24小时(每昼夜)应处理的物料量Vc米32 由反应时间及辅助时间算出操作周期小时， 装料系数，设备台数mp,则每昼夜处理物料的周期数(次数)= 24/14第五章设备的工艺设计第四节 聚合反应器的选择与设计每釜每次处理物料的体积Vca mpVp米3/次台；每釜的实际容积Va= Vp/米3Va= Vc /(24 mp )米3式中：每釜达到规定转化率所需的反应时间和装卸料等辅助时间mp生

6、产中实际操作的反应釜的台数，要考虑到设备的检修和生产能力的后备，反应釜实际台数应为:mmpn(台)n安全系数或备用系数(1.05-1.3), mp 大时n可小些, mp 小时n可大些15第五章设备的工艺设计第四节 聚合反应器的选择与设计j装料系数，反应釜总体积Va即满体积，它包括每釜每次处理物料体积 Vp 和空余体积。物料体积与设备总体积之比，即为装填系数.j0.75 0.8纯液相反应：j0.4 0.5易起泡和有气相参加的反应：(2) 连续操作如果用mp应釜满釜生产，每小时处理物料量为Vc米3，物料的平均反应时间为小时，则每应釜提供物料的反应容积为：= Vc t 米3V/台mpmp同样，对非满

7、釜操作，每台设备的实际体积应为：= Vmp米3V/台aj16一般是满釜操作第五章设备的工艺设计第四节聚合反应器的选择与设计5. 反应釜直径D0与筒体高H的确定根据反应釜总体积Va与筒体的长径比可确定D0和H的大小( = H/D 0 )p4D H = Va-V封2因为：0 = H/D 0p4D D= V-V2所以：00a封Va -V封= 3D0p4()由D0化整为公称尺寸D0, 再由D0查手册获得V封 , 并用D0核算Va17第五章设备的工艺设计第四节 聚合反应器的选择与设计注意：(1) 反应釜的长径比没有严格要求，一般聚合或预乳化多采用长径比比较小的；11.5(2) 对于放热比较大的，最好设计

8、长径比比较大的反应釜，以便增加单位反应容积的传热面积(3) 对于气液相反应，建议使用长径比大的，可延长气体与液体的接触时间(4) 对于需要脱溶剂/单体的操作，建议使用长径比小的反应器(5) D0必须以接近的公称直径为准。18第五章设备的工艺设计第四节聚合反应器的选择与设计6. 搅拌器的设计(1) 选型 Table 5-6-1, 2循环型剪切型19第五章设备的工艺设计第四节聚合反应器的选择与设计剪切型20第五章设备的工艺设计第四节聚合反应器的选择与设计大桨径型循环型21第五章设备的工艺设计第四节聚合反应器的选择与设计大桨径型框式搅拌器2223第五章设备的工艺设计第四节 聚合反应器的选择与设计第五

9、章设备的工艺设计第四节聚合反应器的选择与设计(2) 确定搅拌器尺寸及转速n首先估算搅拌器的线速度：ut(3) 计算搅拌桨的轴功率先求出搅拌器的雷诺准数NRemtNRe= pDn / 60D2nr=m在NpNRe对数坐标曲线上查出Np(搅拌功率准数)Np= P/(n3D5) 求出搅拌器轴功率P = Np(n3D5)(4) 计算搅拌桨的实际消耗功率P=f P搅拌轴尺寸另类算法:按单位物料体积所需要的搅拌功率Pv(kw/m3)估算P = VL Pv(5) 计算搅拌电机的功率e.g.PVCPv 1-1.5kw/ m324第五章设备的工艺设计第四节 聚合反应器的选择与设计7. 传热计算(1) 首先选择釜式反应器的撤热形式夹套, 内冷, 外冷, 加冷物料, 溶剂蒸发回流(2) 计算传热面积撤热形式确定后，就可计算换热面积 FQKFt(kw, kcal/h)25实测数据, 此法常用、可靠模试或中试数据的放大参考类似生产过程的经验值按经验公式估计第五章设备的工艺设计第四节聚合反应器的选择与设计机械密封填料密封8. 轴封装置的选择9. 有关粘壁挂胶问题的处置从配方和工艺上考虑：(1)(2)(3)(4)催化剂配比操作平稳程度釜壁温差从反应器设备本身考虑：(1)(2)(3)(4)