聚合反应设备

其他装置

各种用途的接管、 入孔、支座等
入孔
支座
压出管
釜式聚合反应器的特点（重点）
（1）釜式聚合反应器可用于多种聚合物的生产；即可用 于低粘度聚合物体系，也可用于高粘度聚合物体系； 既可用于间歇操作又可用于连续操作。 （2）聚合反应器的基本结构主要包括釜体、搅拌装置、 搅拌附件、传热装置、和密封装置及人（手）孔等。 （3）根据反应物料和操作要求，釜式聚合反应器具有多 种型式，瘦长型和矮胖型等，主要决定于长径比。
聚合反应设备
背景

合成高分子材料的出现，开辟了化学的新纪 元。近代的化学工业，特别是石油化学工业 的巨大发展，就是与合成树脂、合成橡胶、 合成纤维这三大合成材料的发展是分不开的。 合成材料由于其优异的机械性能以及耐腐蚀 性而获得了广泛应用，目前已深入到国民经 济的各个部门。因此，作为化学反应工程的 一个新的分支，即聚合反应工程发展十分迅 速地成为目前最活跃的领域之一。
管式聚合反应器结构

管式聚合反应器采用的操作方式为连续操作，反 应物料从反应器的一端进入，产物则从反应器的 另一端取出，物料组成沿管程递变，但某一截面 上物料组成在时间进程中变法较小。这种反应器 中，物料返混很小，物料停留时间分布窄。与釜 式聚合反应器相比，达到一定转化率，采用管式 聚合反应器所需反应器容积较小，可用平推流模 型模拟、设计、计算这类反应器。与管式反应器 相似，另一种反应器是环管式反应器，也称循环 反应器它在中压法聚乙烯生产中得到应用。
搅拌附件—内冷件

密封装置

包括在搅拌轴与筒体间动密封和在釜体 法兰与各接管处法兰间的静密封。动密 封有机械密封和填料密封两种。
密封装置—轴封

搅拌轴与釜体间通过轴 封密封。轴封是釜式聚 合反应器的重要组成部 分，是最关键也是唯一 的动密封点。轴封作用 是保证釜内处于一定的 正压或真空，以防反应 物逸出或杂质渗入。轴 封两种型式填料密封和 机械密封。
流化床聚合反应结构示意图
烯烃气相聚合用的流化床反应器型式之一

循环的丙烯气体从进气 管进入，经过格子分布 板进入锥形扩散管，从 上部加入含催化剂的预 聚物，并与从下部加入 的原料气体进行流化接 触，生成的聚合物在格 子分布板中落下并从底 部排出。各锥形管外面 是公共的冷却室，通入 沸腾的甲烷以除去热量 。
3．聚合反应器操作特性对聚合物结构和性能的影响 平均分子量、分子量分布、支化度等是决定聚合 物性能的重要因素，由于各聚合反应器操作性能不一 样，对于同一类聚合物，采用不同型式的聚合反应器 时可获得不同的聚合物结构和性能。 4．生产成本 主要包括操作方式、设备容积效率、操作弹性生 产能力及设备维修费用和产品的分离回收费用等。总 之聚合反应器的选择应满足高效低耗的原则。
问题

1、釜式聚合反应器的特点？ 2、选择合适的聚合反应器，应考虑哪 些方面？
答案
1、（1）釜式聚合反应器可用于多种聚合物的生产；
即可用于低粘度聚合物体系，也可用于高粘度聚合物 体系；既可用于间歇操作又可用于连续操作。 （2）聚合反应器的基本结构主要包括釜体、搅拌装置、 搅拌附件、传热装置、和密封装置及人（手）孔等。 （3）根据反应物料和操作要求，釜式聚合反应器具有多 种型式，瘦长型和矮胖型等，主要决定于长径比。
聚合反应设备按结构分类
聚合反应 设备
流化床 其他特殊 釜式聚合 管式聚合 塔式聚合 聚合 型式的聚 反应器 反应器 反应器 反应器 合反应器

一般聚氯乙烯、乳液丁苯、溶液丁苯、乙丙 橡胶、顺丁橡胶等聚合物的合成均用釜式聚 合反应器，低密度聚乙烯的生产一般在管式 聚合反应器中进行，塔式反应器和流化床聚 合反应器分别在苯乙烯本体聚合和丙烯液相 本体聚合中得到应用，而许多特殊型式反应 器则多用于聚合反应后期。
流化床聚合反应器
流化基本概念 流态化： 固体粒子像流体一样进行流动的现 象。除重力 作用外一般是依靠气体或 液体的流动来带动固体颗粒运动的。

流态化的形式
流化床聚合反应器

流化床聚合反应器是一种垂直圆筒形或圆锥形容器， 内装催化剂或参与反应的细小固体颗粒，反应流体从 反应器底部进入，而反应产物则从顶部引出。流体在 器内的流速要控制到固体颗粒在流动中浮动而不致从 系统中带出，在此状态下，颗粒床Leabharlann Baidu有如液体沸腾一 样。这种反应器传热好，温度均匀且容易控制，但催 化剂的磨损大，床内物料返混大，对要求高转化率的 反应不利。由于具有流程简单的优势，使用日益普遍 。
流化床反应器的特点:
① ② ③
④
⑤ ⑥ ⑦ ⑧
结构简单 传热效能高，床层温度均匀 气固相间传质速率较高 催化剂粒子小，效能高 有助于催化剂循环再生 催化剂和设备磨损大 气流不均时气固相接触效率降低 返混大，影响产品质量均一性
管式聚合反应器

管式聚合反应器由单根连续管或一根以上的 管子平行排列构成，它是使反应流体通过细 长的管子而进行反应的装置，结构简单，单 位体积所具有的传热面较大，适于作高温、 高压装置之用。
搅拌装置

为釜内物料的流动提供能量，有搅拌器 和搅拌轴组成。搅拌轴的转动通过传动 装置来实现。传动装置由电机、减速器 通过联轴节组成。釜式聚合反应器里搅 拌装置还包括搅拌附件（挡板、导流筒 等）。
搅拌装置—搅拌器

在釜式聚合反应器中， 为实现物料流动、混合、 传热、传质及表面更新 和分散等各种作用，一 般均置办搅拌器。它的 功能概括地说是提供搅 搅拌轴 拌过程中所需要的能量 和适宜的物料流动状态， 以达到搅拌过程的目的。 搅拌器
搅拌附件—挡板


挡板是指长条形的竖向固定在反应器壁 上的板。主要为了消除在湍流状态时釜 中央的漩涡而增设的。 搅拌聚合反应釜中内设挡板，挡板作用： 一是改善釜内物料混合状况，控制物料 流型；二是作为内冷件，增大釜的传热 面，改善物料传热效果。
搅拌附件—导流筒

导流管一般是圆筒体，主要用于推进式、 螺杆式搅拌器的导流，透平式搅拌器有 时也有导流筒。 内冷件包括蛇管、列管等，主要起增大 釜内传热面作用，同时又可起到挡板作 用。
电动机 减速器 机架

搅拌器主要由搅拌轴、搅拌桨叶和联接件 组成，搅拌器材质一般采用不锈钢或搪玻璃。 搅拌器的搅拌作用由运动着的搅拌桨叶所产 生，其搅拌特性、搅拌效果主要取决于桨叶 型式和桨叶尺寸。下图是几种主要的搅拌桨 叶形状。
螺轴式
螺带式
桨式
推进器式
透平式
锚式

带有搅拌装置的聚合反应釜，聚合体系 不同，其搅拌装置结构也不同。对于低 粘度的物系，常使用平桨、螺旋桨及涡 轮桨。平桨用于搅拌速度低（桨端速度 在3m/s以下）的情况，螺旋桨用于高速 的情况；涡轮则用于两者之间。当液深 和釜径之比大于1.3时，瘦长型釜，为 加强上下层物料混合均匀，需使用二级 或多级搅拌桨，级间距离约为1.5到4倍， 视物料黏度而定。
主要讲的内容



釜式聚合反应器 管式聚合反应器 流化床聚合反应器 反应器的选用
釜式聚合反应器
在聚合反应器中，80%以 上的聚合反应器是釜式反应 器。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。右图就是 带搅拌釜式聚合反应器结构 图。
轴 封
密封装置—填料密封

填料密封是搅拌器最早采用的一种转轴 密封结构，适用于低压和低转速的场合， 填料密封由衬套、填料箱体、压盖、压 紧螺栓等组成。结构简单，填料装卸方 便，但使用寿命短，密封效果不太好。
密封装置—机械密封

用垂直于轴的平面来密封转轴的装置称 为机械密封，又叫端面密封。功耗小， 泄露率底，密封性能可靠，使用寿命较 长的转轴密封。主要由密封套、密封圈。 弹簧及压紧圈等组成。
（3）．聚合反应器操作特性对聚合物结构和性能的影响 平均分子量、分子量分布、支化度等是决定聚合 物性能的重要因素，由于各聚合反应器操作性能不一 样，对于同一类聚合物，采用不同型式的聚合反应器 时可获得不同的聚合物结构和性能。 （4）．生产成本 主要包括操作方式、设备容积效率、操作弹性生 产能力及设备维修费用和产品的分离回收费用等。总 之聚合反应器的选择应满足高效低耗的原则。
右图就是带搅拌釜式聚合反应器结构容器部分釜体容器部分釜体容器部分釜体容器部分釜体换热装置换热装置换热装置换热装置搅拌装置搅拌装置搅拌装置搅拌装置聚合反应聚合反应釜结构釜结构聚合反应聚合反应釜结构釜结构密封装置密封装置密封装置密封装置其他结构其他结构其他结构其他结构容器部分釜体容器部分釜体为物料提供反应空间有圆形筒体和上下封头组成由于有吸热和放热反应所以需设置换热装置来提供和带走热量
2、
（1）．聚合反应器的操作特性 主要包括聚合反应器的稳定性和传热效能，反应 器有效利用率及生产能力，物料在反应器中停留时间 及停留时间分布，物料在反应器中的混合状况，以及 最终的反映效果等。 （2）. 聚合反应及聚合过程的特性 同一种聚合物可以用不同的聚合方法生产，而不 同的聚合方法对聚合反应器要求不同。
聚合反应器的选用
选用合适的聚合反应器，可从以下四个方面考虑（重点） 1．聚合反应器的操作特性 主要包括聚合反应器的稳定性和传热效能，反应 器有效利用率及生产能力，物料在反应器中停留时间 及停留时间分布，物料在反应器中的混合状况，以及 最终的反映效果等。 2. 聚合反应及聚合过程的特性 同一种聚合物可以用不同的聚合方法生产，而不 同的聚合方法对聚合反应器要求不同。
环管式反应器结构
采用环管式反应器具有如下优点：





（1）单位体积的传热面积较大，可达6.5~7㎡，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 。 （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，可有效地防止聚合物在管壁的沉淀，进一步 强化传热，并降低聚合物凝胶含量。 （4）反应单程转化率高，可达95%以上，从而减少了单 体的循环量。 （5）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。
聚合反应釜结构
容器部分（釜体） 换热装置
聚合反应 釜结构
搅拌装置
密封装置 其他结构
容器部分（釜体）

为物料提供反应空间，有圆形筒体和上 下封头组成
由于有吸热和放热反应，所以需设 置换热装置来提供和带走热量。主要结 构有夹套传热、内冷件传热及釜外循环 传热。
换热装置
换热装置—夹套

在釜体外侧，以焊接连 接或法兰连接的方式装 设各种形状的钢结构， 使其与釜外的表面形成 密闭的空间，在此空间 通入气体，以加热或冷 却物料，维持釜内物料 的温度在规定范围内， 这种钢结构件统称夹套。 筒体 夹套传热是聚合釜主要 传热方式。 夹套