聚合反应工程之-聚合反应器.ppt

釜式聚合反应器以立式最为常见，但随着聚合反应器的大型化，为了减少搅拌轴的振动和提高密封性能，可将顶伸式搅拌装置改为底伸式。图1釜式聚合反应器示意图

a.顶伸式b.底伸式适用于高粘体系的特殊结构

釜式反应器Crawford-Russell反应器采用螺杆加导流筒，使反应物料在釜内进行强制循环。为减轻物料停留在器壁而使传热能力减小，反应器中装有刮壁装置，轴每转一周，上下的刮片便将器壁上的聚合物刮掉一次，大大提高传热效率。能处理粘度高达1000Pa·s左右的反应液。图2.Crawford-Russell反应器BethlehemCorp开发的反应器可在100Pa·s以下操作，反应器内设有螺杆导流筒。筒外有与螺杆倾角相反的螺带搅拌桨。整个反应器用圆盘形挡板分离成二段。挡板与反应器壁间存在间隙，物料可在各段内分别循环，并由下而上通过间隙进入另一段。此反应器也可水平操作，成为卧式反应器。BethlehemCorp型特种反应器卧式搅拌釜，己成功地应用于聚氯乙烯的本体法生产中。图4.卧式聚合反应器釜式反应器的操作条件可在很广的范围内变化。如容积可从数立方米到数百立方米反应温度可从零下几十度至数百度压力可从真空到数百大气压粘度可从10-3Pa·s至上千Pa·s通常釜式反应器是从产量来定反应器容积、从工艺要求来选定温度、压力、从反应物的腐蚀性能来选定反应器材质、依反应物的物性及搅拌目的(如除热速度、粒子的悬浮、气体的分散等)选定搅拌桨叶的形式。至于搅拌强度按不同的操作，对的低粘度体系要求Pv为0.1-2kw/m3，高粘体系Pv为数kw/m3至数十kw/m3。二、塔式聚合反应器与釜式聚合反应器比较，塔式聚合反应器构造简单，形式较少。这种反应装置一般作为均相系统中处理高粘度反应物料用在塔式反应器中，物料的流动接近平推流，返混程度不太大可根据加料速度大小来控制物料在塔内的停留时间可按工艺要求来分段控制温度在无搅拌装置的塔式反应器内，为了减少物料的返混，使物料接近于平推流，通常在反应器内设置各种形式的挡板，挡板之间的间隔一般小于1/2塔径。塔式反应器在放大时，随塔径的增加，比表面积减小。为保证传热的需要，常在反应器内加有附属的传热构件，这样有时也会使反应器变得十分复杂。塔式反应器主要是从苯乙烯本体聚合和己内酰胺的聚合工艺上发展起来的。图5-6为苯乙烯本体聚合所用的塔式反应器。图5.苯乙烯本体聚合反应器

(带搅拌)图.6打蛋机型反应器图5所示的塔式反应器内物料被多层搅拌桨缓慢搅动，以防物料形成沟流，促进物料形成平推流，并有助于传热。邻近的桨叶间有水平的冷却排管以控制温度打蛋机型反应器内有二根带桨叶的搅拌轴，二轴以相反的方向旋转以加强搅拌效果。以上二种塔式反应器属于带搅拌型的而用于己内酰胺连续缩聚的VK塔则属于无搅拌的塔式反应器，如图7所示。己内酰胺连续缩聚VK塔(管)塔内装有多层挡板(多孔板或具有环状间隙的管)把塔分割成多段。由于没有搅拌装置，使塔中心和塔壁闪的温差可达数十度，造成产品质量变差。三、管式聚合反应器管式反应器结构简单，单位体积所具有的传热面大，适用作高温、高压的聚合反应器。主要缺点是容易发生聚合物粘壁现象，造成管子堵塞。其次是当物料的粘度很大时，压力损失也大。由于在管子长度方向上温度、压力、组分浓度等反应参数不能保持一致，故此类反应器在流动方向上产生参数分布。由于以上缺点，管式反应器在聚合物生产中使用很少。高压聚乙烯及中压法聚烯轻是这类反应器在聚合物生产个的少数几个例子。高压聚乙烯所用的反应器长/径比约为250～12000。反应管卷成螺旋状，长度为数百米至上千米。整个反应管由预热、反应、冷却三段所组成，面实际上反应段仅占很短一部分，而管长中的大部分是用作预热与冷却所需。环管式反应器环管式反应器在中压法聚烯烃中得到应用。两个互相串接的环形管路，并立在两个垂直的平面内。反应器由碳钢管、法兰和弯头组成。反应器内装有的流泵，使物料在装置内循环。生成的聚合物经特殊设计的出料阀,借自身的压力排出器外。为了控制温度，环管外有夹套，内通冷却介质以移出反应热。目前环管反应器的容积可达20～100m3，管长约为l00～150m。双环管式聚合反应器示意图采用环管反应器有如下优点：(1)单位体积的传热面可达6.5～7m2/m3，只要用冷却水夹套即可满足传热要求，故能耗较低(2)单位体积生产能力高，如一台66m3的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(3)反应物料在高速循环泵的推动下，物料流动线速度可达8m/s，有效防止了聚合物在管壁上的沉积，进一步强化传热，并使聚合物凝胶含量下降