聚合反应设备2.ppt

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1、本章主要内容本章主要内容2131.1、釜式聚合反应器、釜式聚合反应器 在反应器中，釜式反应器(或称反应釜)使用最为广泛。反应釜分不带搅拌的和带搅拌的反应釜，其中带搅拌的反应釜使用更多。釜式聚合反应器即为带搅拌的反应釜，由于设置有搅拌装置，所以釜式聚合反应器也常被称为搅拌聚合釜。釜式聚合反应器的总体结构内以下五部分组成。搅拌聚合釜的结构示意图搅拌聚合釜的结构示意图聚合反应釜结构聚合反应釜结构圆筒体，封头圆筒体，封头（椭圆形、锥形和平盖，椭圆形（椭圆形、锥形和平盖，椭圆形封头应用最广）。封头应用最广）。各种各种接管接管，满足进料、出料、排气等要求。，满足进料、出料、排气等要求。加热、冷却装置加热、

2、冷却装置：设置外夹套或内盘管。：设置外夹套或内盘管。上封头焊有上封头焊有凸缘法兰凸缘法兰，用于搅拌容器与机架的，用于搅拌容器与机架的连接。连接。传感器传感器，测量反应物的温度、压力、成分及其它，测量反应物的温度、压力、成分及其它参数。参数。支座支座，小型用悬挂式支座，大型用裙式支座或支，小型用悬挂式支座，大型用裙式支座或支承式支座。承式支座。装料系数装料系数（对容积而言），通常取（对容积而言），通常取0.60.85。有泡沫或呈沸腾状态有泡沫或呈沸腾状态取取0.60.7；平稳平稳时取时取0.80.85。容积容积直立式搅拌容器直立式搅拌容器卧式搅拌容器卧式搅拌容器筒体和下封头两部分容积之和筒体和下

3、封头两部分容积之和筒体和左右两封头容积之和筒体和左右两封头容积之和种类种类罐内物料类型罐内物料类型高径比高径比一般搅拌罐一般搅拌罐液液-固相、液液相固相、液液相11.3气液相气液相12聚合釜聚合釜悬浮液、乳化液悬浮液、乳化液2.083.85发酵罐类发酵罐类发酵液发酵液1.72.5 釜式反应器是最常用的反应器形式之一釜式反应器是最常用的反应器形式之一聚合反应是放热反应，生产过程为控制产品平均分子量，要求反应体系温度变化小。各种单体的聚合热（千卡各种单体的聚合热（千卡/克分子）克分子）如何有效的排除聚合反应热，保持反应温度釜式聚合反应器的排热方式主要有：夹套冷却；夹套附加内冷管冷却，内冷管冷却；反

4、应物料釜外循环冷却，回流冷凝器冷却；反应物料部分闪蒸，反应介质预冷。夹套冷却；夹套附加内冷管冷却，内冷管冷却；反应物料釜外循环冷却，回流冷凝器冷却；反应物料部分闪蒸，反应介质预冷。优先采用夹套，减少容器内构件，便于清洗，不占有效容积。内冷管浸没在物料中，热量损失小，传热效果好，检修较困难。单位体积的传热面较大，只要用冷却水夹套即可满足传热要求，故能耗较低。单位体积生产能力高。如一台66m3双环管反应器年生产能力可达4.5万吨左右，高于釜式反应器的生产能力。反废物料在高速循环泵的推动下，物料流动线速度可达8ms，可有效地防止聚合物在管壁的沉积，进一步强化传热，并降低聚合物凝胶含量。反应单程转化率

5、高，可达95以上，从而减少了单体的循环量。物料在反应器内停留时间短，有利于不同牌号聚合物的生产切换。苯乙烯塔式反应器苯乙烯塔式反应器110 130 OC130 180 OC180 225 OC塔式反应器塔式反应器80 OC80 OC预聚釜预聚釜机械搅拌反应器机械搅拌反应器(搅拌釜式反应器搅拌釜式反应器)R适用于适用于各种物性各种物性（如粘度、密度）和（如粘度、密度）和各种操作各种操作条件（温度、压力）的反应过程条件（温度、压力）的反应过程R应用于合成塑料、合成纤维、合成橡胶、医药、应用于合成塑料、合成纤维、合成橡胶、医药、农药、化肥、染料、涂料、食品、冶金、废水处农药、化肥、染料、涂料、食品、

6、冶金、废水处理等行业理等行业应用应用R化学反应、生物反应、混合、分散、溶解、化学反应、生物反应、混合、分散、溶解、R结晶、萃取、吸收或解吸、传热等操作。结晶、萃取、吸收或解吸、传热等操作。结构结构R组成组成搅拌器、搅拌轴及其密封搅拌器、搅拌轴及其密封装置、传动装置等组成装置、传动装置等组成由筒体、换热元件由筒体、换热元件及内构件组成及内构件组成1电动机；电动机；2减速机；减速机；3机架；机架；4人孔；人孔；5密封装置；密封装置；6进料口；进料口；7上封头；上封头；8筒体：筒体：9联轴器；联轴器；10搅拌轴；搅拌轴；11夹套；夹套；12载热介质出口；载热介质出口；13挡板；挡板；14螺旋导流板；

7、螺旋导流板；15轴向流搅拌器；轴向流搅拌器；16径向流搅拌器；径向流搅拌器；17气体分布器；气体分布器；18下封头；下封头；19出料口；出料口；20载热介质进口；载热介质进口；21气体进口气体进口通气式搅通气式搅拌反应器拌反应器典型结构典型结构定义定义功能功能搅拌器又称搅拌桨或搅拌叶轮，是搅拌反应器的关键搅拌器又称搅拌桨或搅拌叶轮，是搅拌反应器的关键部件。部件。提供过程所需要的能量和适宜的流动状态。提供过程所需要的能量和适宜的流动状态。原理原理搅拌器旋转时把机械能传递给流体，在搅拌器附近形搅拌器旋转时把机械能传递给流体，在搅拌器附近形成高湍动的充分混合区，并产生一股高速射流推动液成高湍动的充分

8、混合区，并产生一股高速射流推动液体在搅拌容器内循环流动。体在搅拌容器内循环流动。流型流型流体循环流动的途径。流体循环流动的途径。流型与搅拌的关系流型与搅拌的关系流型与搅拌效果、搅拌功流型与搅拌效果、搅拌功率的关系十分密切。率的关系十分密切。搅拌器的改进和新型搅拌搅拌器的改进和新型搅拌器的开发往往从流型着手。器的开发往往从流型着手。流型决定因素流型决定因素取决于搅拌器的形式、搅拌取决于搅拌器的形式、搅拌容器和内构件几何特征，以容器和内构件几何特征，以及流体性质、搅拌器转速等及流体性质、搅拌器转速等因素。因素。搅拌机顶插式中心安装搅拌机顶插式中心安装立式圆筒的三种基本流型立式圆筒的三种基本流型径向

9、流径向流轴向流轴向流切向流切向流流型流型流体流动方向垂流体流动方向垂直于直于搅拌轴，搅拌轴，沿径向流动，沿径向流动，碰到容器壁面分成二碰到容器壁面分成二股流体分别向上、向股流体分别向上、向下流动，再回到叶端，下流动，再回到叶端，不穿过叶片，形成上、不穿过叶片，形成上、下二个循环流动。下二个循环流动。(a)径向流径向流搅搅拌拌器器与与流流型型流体流动方向流体流动方向平行于平行于搅拌轴搅拌轴，流体由桨叶，流体由桨叶推动，使流体向下流推动，使流体向下流动，遇到容器底面再动，遇到容器底面再向上翻，形成上下循向上翻，形成上下循环流。环流。(b)轴向流轴向流搅搅拌拌器器与与流流型型无挡板的容器内，流无挡板

10、的容器内，流体体绕轴作旋转运动绕轴作旋转运动，流速高时液体表面会流速高时液体表面会形成漩涡，流体从桨形成漩涡，流体从桨叶周围周向卷吸至桨叶周围周向卷吸至桨叶区的流量很小，混叶区的流量很小，混合效果很差。合效果很差。(c)切向流切向流搅搅拌拌器器与与流流型型上述三种流型通常同时存在上述三种流型通常同时存在轴向流与径向流对混合起主要作用轴向流与径向流对混合起主要作用切向流应加以抑制切向流应加以抑制采用挡板可削弱切向流，采用挡板可削弱切向流，增强轴向流和径向流增强轴向流和径向流除中心安装的搅拌机外，还有偏心式、底插式、除中心安装的搅拌机外，还有偏心式、底插式、侧插式、斜插式、卧式等安装方式。侧插式、

11、斜插式、卧式等安装方式。不同方式安装的搅拌机产生的流型也各不相同。不同方式安装的搅拌机产生的流型也各不相同。搅拌器在容器内的安装方式搅拌器在容器内的安装方式(a)垂直垂直偏心式偏心式(b)底插式底插式(c)侧插式侧插式(d)斜插式斜插式(e)卧式卧式(1)挡板挡板 目的目的消除打漩和提高混合效果消除打漩和提高混合效果物料粘度小，搅拌转速高，液体随物料粘度小，搅拌转速高，液体随桨叶旋转，在离心力作用下涌向内桨叶旋转，在离心力作用下涌向内壁面并上升，壁面并上升，中心部分液面下降，中心部分液面下降，形成漩涡形成漩涡，称为打漩区。，称为打漩区。打漩打漩随转速增加，漩涡中心下凹到与桨叶接触，随转速增加，

12、漩涡中心下凹到与桨叶接触，外面空气进入桨叶被吸到液体中，使其密度减外面空气进入桨叶被吸到液体中，使其密度减小，混合效果降低。小，混合效果降低。一般在容器内壁面均匀安装一般在容器内壁面均匀安装4块块挡板挡板宽度为容器直径的宽度为容器直径的1/121/10。挡板挡板 作用作用上下开口圆筒，安装于容器内，上下开口圆筒，安装于容器内，在搅拌混合中起导流作用。在搅拌混合中起导流作用。涡轮式或桨式涡轮式或桨式搅拌器搅拌器，导流导流筒置于桨叶的筒置于桨叶的上方上方(b)推进式搅拌器推进式搅拌器 导流筒套在桨导流筒套在桨 叶叶外面外面，或略，或略 高于高于桨叶桨叶导流筒导流筒搅拌器从电动机获得机械能，推动物料

13、（流体）运动。搅拌器从电动机获得机械能，推动物料（流体）运动。搅拌器对流体产生二种作用，搅拌器对流体产生二种作用，剪切作用剪切作用和循环作用。和循环作用。剪切作用与液剪切作用与液液搅拌体系中液滴的细化、液搅拌体系中液滴的细化、固固液搅拌体系中固体粒子的破碎以及气液搅拌体系中固体粒子的破碎以及气液搅液搅拌体系中气泡的细微化有关。拌体系中气泡的细微化有关。当输入液体的能量主要用于对流体的剪切作用当输入液体的能量主要用于对流体的剪切作用时，则称为剪切型叶轮，如径向涡轮式、锯齿圆时，则称为剪切型叶轮，如径向涡轮式、锯齿圆盘式等。盘式等。搅拌器从电动机获得机械能，推动物料（流体）运动。搅拌器从电动机获得

14、机械能，推动物料（流体）运动。搅拌器对流体产生二种作用，剪切作用和搅拌器对流体产生二种作用，剪切作用和循环作用循环作用。循环作用与混合时间、传热、固体的悬浮循环作用与混合时间、传热、固体的悬浮等相关。等相关。当搅拌器输入流体的能量主要用于流体的当搅拌器输入流体的能量主要用于流体的循环作用时，称为循环型叶轮，如框式、螺循环作用时，称为循环型叶轮，如框式、螺带式、锚式、桨式、推进式等为循环型叶轮。带式、锚式、桨式、推进式等为循环型叶轮。一、搅拌器分类一、搅拌器分类按流体流动形态按流体流动形态轴向流搅拌器轴向流搅拌器径向流搅拌径向流搅拌器器按结构分为按结构分为平叶平叶 折叶折叶 螺旋面螺旋面叶叶桨式

15、、涡轮式、框式和桨式、涡轮式、框式和锚式的桨叶都有平叶和锚式的桨叶都有平叶和折叶两种结构折叶两种结构推进式、螺杆式和螺带推进式、螺杆式和螺带式的桨叶为螺旋面叶式的桨叶为螺旋面叶混合流搅拌混合流搅拌器器轴向流搅拌轴向流搅拌器器 按搅拌按搅拌用途分用途分为为低低粘流体粘流体用搅拌器用搅拌器高高粘流体粘流体用搅拌器用搅拌器低粘流体搅拌器有：低粘流体搅拌器有：推进式、长薄叶螺旋桨、推进式、长薄叶螺旋桨、桨式、开启涡轮式、圆盘桨式、开启涡轮式、圆盘涡轮式、布鲁马金式、板涡轮式、布鲁马金式、板框桨式、三叶后弯式、框桨式、三叶后弯式、MIG和改进和改进MIG等。等。高粘流体搅拌器有：高粘流体搅拌器有：锚式、

16、框式、锯齿圆盘式、锚式、框式、锯齿圆盘式、螺旋桨式、螺带式（单螺带、螺旋桨式、螺带式（单螺带、双螺带）、螺旋双螺带）、螺旋螺带式等。螺带式等。搅拌器流型分类图谱搅拌器流型分类图谱 轴流式轴流式混流式混流式径流式径流式搅拌器搅拌器桨式、推进式、涡轮式桨式、推进式、涡轮式和和锚式锚式搅搅拌器在搅拌反应设备中应用最为广泛。拌器在搅拌反应设备中应用最为广泛。统计约占搅拌器总数的统计约占搅拌器总数的7580。1.桨式搅拌器桨式搅拌器 结构最简单结构最简单叶片用扁钢制成，焊叶片用扁钢制成，焊接或用螺栓固定在轮接或用螺栓固定在轮毂上，叶片数是毂上，叶片数是2 2、3 3或或4 4 片，叶片形式可片，叶片形式可分为平直叶式和折叶分为平直叶式和折叶式两种。式两种。桨式搅拌器桨式搅拌器 也用于高粘流体搅拌，促进流体的上下交换，代替也用于高粘流体搅拌，促进流体的上下交换，代替价格高的螺带式叶轮，能获得良好的效果。价格高的螺带式叶轮，能获得良好的效果。液液-液系中用于防止分离、使罐的温度均一，固液系中用于防止分离、使罐的温度均一，固-液系液系中多用于防止固体沉降。中多用于防止固体沉降。主要用于流体的循环，由于