聚合反应工程(华东理工大学)5.聚合反应器.ppt

聚合反应器及反应器内 流体的流动和混合 5.1 聚合釜概述 带有搅拌装置的反应器——搅拌聚合釜 5.1 聚合釜概述 聚合釜的结构 5.1 聚合釜概述 影响聚合釜功能的主要因素 釜体长径比——矮胖型、瘦长型； 搅拌桨形式——剪切型、循环型；高粘度型、低粘度型； 挡板——消除旋涡； 夹套、内冷管——传热能力； 釜体材质——结垢问题、导热问题等 5.1 聚合釜概述 各种搅拌器形式： 5.1 聚合釜概述 对不同的化工生产过程，搅拌（反应釜）应具备以下作用： 推动液体流动，混匀物料； 产生剪切力，分散物料，并使之悬浮； 增加流体的湍流，以提高传热效率； 加速物料的分散与合并，增大物质传递速度； 对高粘体系，可以更新表面，促使低分子物（如水、溶剂）蒸出。 5.2 搅拌聚合釜内流体的流动和混合 5.2.1聚合釜内流体的流动状况 5.2.2搅拌器的类型和选用 5.2.3聚合釜的搅拌功率计算 5.2.4搅拌器的流动特性和转速 5.2.5搅拌器的混合特性 5.2.6搅拌釜中的分散过程 5.2.1聚合釜内流体的流动状况 流动状况（简称“流况”）——在整个搅拌容器中流体速度向量的方向。 决定釜内流体流况的因素： ——釜体的几何尺寸； ——搅拌器的几何尺寸； ——传动力； ——处理物料的物性等。 5.2.1聚合釜内流体的流动状况 搅拌釜内流况的层次： 循环流动——宏观流动 剪切流动——微观流动 5.2.1聚合釜内流体的流动状况 宏观流动是指流体以大尺寸（凝聚流体、气泡、液滴）在大范围内（整个聚合釜空间）中的流动状况。宏观流动也称“循环流动”。 循环流动存在三种典型流况： 5.2.1聚合釜内流体的流动状况 微观流动是指流体以小尺寸（小气泡、更微小的液滴）在小范围（气泡、液滴大小的空间）中的湍流状况。微观流动是由于搅拌桨的剪切作用而引起的局部混合作用，微观流动也称“剪切流动”。 在搅拌釜内进行流动的流体都存在循环流动与剪切流动，唯二者的比重有所不同。 5.2.1聚合釜内流体的流动状况 以循环流动为主的搅拌器称循环型搅拌器； 5.2.1聚合釜内流体的流动状况 搅拌雷诺数是判定搅拌釜内流动形式的无因次准数。 5.2.1聚合釜内流体的流动状况 5.2.1聚合釜内流体的流动状况 5.2.2搅拌器的类型和选用 搅拌器的分类： 搅拌器形状：桨式、推进式、涡轮式、螺杆和螺带式等； 搅拌流况：循环流动、剪切流动； 搅拌目的：混合、悬浮、分散、传热等。 5.2.2搅拌器的类型和选用 桨式搅拌器 主要类型： 5.2.2搅拌器的类型和选用 平桨和斜桨搅拌器结构简单，剪切力较强，斜桨还有较强的向上或向下垂直液流。 5.2.2搅拌器的类型和选用 推进式搅拌器 特点：结构简单，剪切作用小，循环性能好，属于循环型搅拌器，适用于低粘度，液量大的液体搅拌。 设计参数： 桨径0.4m, D/T:0.1~0.33 叶端速度：5～15m/s 5.2.2搅拌器的类型和选用 涡轮式搅拌器 主要类型： 5.2.2搅拌器的类型和选用 特点：物料被抽吸入祸轮式搅拌器后，在离心力作用下，液体作切向和径向流动，甩出搅拌器的液体和壁面碰撞后形成上下两路的循环流动，并回流入搅拌器。 涡轮式搅拌器有较大的剪切力，可使液体微团分散，适用于低到中等粘度液体的混合、液—液分散、液—固悬浮及促进良好的传热、传质。 5.2.2搅拌器的类型和选用 螺杆和螺带式搅拌器 主要类型： 5.2.2搅拌器的类型和选用 特点：适用于高粘度流体（10～103Pa.s）。 螺带可与釜内壁吻合，起刮壁作用，有利于夹套传热；另外螺带、螺杆对缩聚反应而言可不断地带出小分子。 5.2.2搅拌器的类型和选用 三叶后掠式搅拌器 5.2.2搅拌器的类型和选用 搅拌器的选用 搅拌过程涉及流体的流动、传热和传质，问题比较复杂。目前主要依靠实践和经验总结。 搅拌器选用的一般原则： (1)保证物料的混合，分散、悬浮等要求；合理分配搅拌器循环和剪切比例； (2)消耗最少的功率，操作方便； (3)易于制造和维修，所需费用最低。 5.2.2搅拌器的类型和选用 选择搅拌器的重要因素：物料粘度和釜体容积； 由于非均相体系混合主要控制因素是液滴的大小和分散度，因此搅拌器控制的重要对象是其循环量和剪切量的合理调配。 5.2.3聚合釜的