聚合反应器

搅拌釜式反应器
3.磁力密封 磁力密封高压釜是磁力传 动装臵应用于大型反应设备的 创新，从 根本上解决了以前填 料密封、机械密封无法克服的 轴封泄漏问题，无任何泄漏和 污染，是进行高温、 高压下的 化学反应理想的装臵，特别是 进行易燃、易爆、有毒介质的 化学反应，更加显示出它的优 越性。
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填料密封箱类型 （1）常压填料箱 它的使用压力≤6.86×104Pa，温度不超过300℃ 。 （2）单层填料箱 有带衬套、带油环和带冷水套几种形式。公称压力为 58.8×104Pa,但温度升高时，许用工作压力要相应降低。
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（3）双层填料箱 二级密封，其特点是密封效果好，反应器内压可增加到 156.8×104Pa，而且填料压盖通过弹簧压紧慎料，当填料有 磨损时，弹簧能起自动调节作用。高真空的密封常选取双层 填料箱结构。 2.机械密封 优点：泄漏量少，寿命长，摩擦消耗功率小，轴不易磨损； 缺点：结构复杂，加工困难，成本高，拆装不便。 常用于密封要求高，被密封介质是易燃、易爆、强腐蚀 性和高真空、高压等场合。
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即物料在反应器内充分返混，达到极大程度，以至于反应器 内各处物料参数均一；反应器的出口组成与反应器内物料的 组成相同；连续、稳定流动，在定常态下操作。在要求转化 率高或有串联副反应的场合，釜式反应器中的返混现象是不 利因素。此时可采用多釜串联反应器, 以减小返混的不利影响，并可分釜控制 反应条件。 3.半连续釜式反应器 指一种原料一次加入，另一种原料 连续加入的反应器，其特性介于间歇釜 和连续釜之间。
第一篇 聚合反应器
聚合反应器在高分子合成工业中的作用 高聚物生产过程所需设备一般可分为两种，即传递过程 设备（动量传递、热量传递、质量传递等物理过程的设备） 和化学反应过程设备。完成聚合反应过程的设备称为聚合反 应器。 聚合反应器的型式及特点 在高分子合成工业中，根据聚合反应体系的特征和对 产 品高质量的要求，可以采用多种型式的聚合反应器。 釜式反应器 这类反应器多设有搅拌装臵，称搅拌釜反应器。它的适 应性强，操作弹性大，适用的温度和压力范围广；其既可用 于间歇操作，亦可用于连续操作。在塑料、合成橡胶和化纤 生产中，釜式反应器约占聚合反应器的80％～90％。
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搅拌釜式反应器
3.混合型传热装臵 在釜体外装夹套，釜体内 装蛇形管。 为了避免釜内蛇形管结垢 而不便于清洗，可将蛇形管改 为能流通传热介质的挡板，采 用这种挡板，还有助于改善釜 内物料的流动状况。
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4.釜外传热装臵 当某些聚合反应放热量大，或者聚 合釜容积太大，采用上述三种传热装臵 均不能满足要求时，则可加装釜外传热 装臵 （1）气相釜外循环热交换装臵 将釜内气相导出至釜外进行循环热 交换的装臵。气相釜外循环的优点是以 蒸汽冷凝的方式传热，给热系数高。 这种装臵用于处理高粘度物料。 釜外传热动画
传热面积A意味着设备的投资费用，温差t意味着操作 过程的能量消耗。在传热量Q一定的条件下，如能提高传热 系数k的数值，就可降低A或t的数值。聚合反应釜中最主 要的传热阻力是粘附在釜内壁上的树脂垢层。
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1.夹套传热装臵 是搅拌釜式反应器中应用最广 泛的一种；结构简单，工作安全可 靠；在处理高粘度物料时，传热系 数不高，能量损失较大。当蒸汽作 为热载体时，通常蒸汽是从夹套上 端引入，冷凝液从底部排出（上进 下出）；如果用液体作为热载体 时，则应从底部引入，上端排出 （下进上出）。要使夹套所包容的 釜体壁表面积大于工艺计算所确定 的传热表面积；夹套顶部超过釜内 所能盛装的液面最大高度。 夹套传热动画
釜体内垂直装有搅拌轴，上面动力传动轴与磁力外转子联 接，搅拌轴与磁力内转子联接，内外转子之间设有隔离套，隔 离套与釜体固定为一体，磁力传递部分以静密封取代了动密封， 整个装臵有机的结合在一起。
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五、搅拌器的传动装臵 电动机减速器搅拌器 电动机功率ND的计算
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六、传热装臵 大多采用间接传热方式，以免高聚物与传热介质相混， 导致产品恶化。目前普遍采用的传热装臵有夹套传热装臵、 蛇形管传热装臵、混合型传热装臵和釜外传热装臵几种。
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搅拌器的选型
项目 流动状态 对流 循环 湍 流 扩 散 搅拌器型式 涡轮式 桨式 推进式 折叶开启涡轮式 锚式 螺杆式 螺带式 ○ ○ ○ ○ ○ ○ ○ ○ ○ ○ ○ ○ ○ ○ ○ ○ ○ ○ ○ ○ ○ ○ ○ ○ ○ ○ ○ ○ ○ ○ ○ ○ ○ ○ ○ ○ 剪 切 流 低粘度 液混合 高粘度 液混合 及传热 反应 分 散 溶 解 搅拌目的 固 体 悬 浮 气 体 吸 收 结 晶 传 热 液 相 反 应
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3.涡轮式搅拌器 常用的是圆盘平直叶式。搅拌器直径小、转速高，搅拌 作用比较剧烈，当需要有轴向搅动时可将平直叶改成弯叶。
4.推进式搅拌器 它的工作表面是一螺旋面，故又称螺旋桨式搅拌器，它 能使液体上下翻腾，产生剧烈的湍流。
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5.带式搅拌器 它的搅拌叶是单根或双根螺距一定的螺旋带。工作时， 液体被螺旋带推动而流动，轴向搅拌效果较好，适用于搅拌 高粘度液体。
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一种低高径比的圆筒形反应器，用于实现液相单相反应 过程和液液、气液、液固、气液固等多相反应过程。器内常 设有搅拌（机械搅拌、气流搅拌等）装臵。在高径比较大 时，可用多层搅拌桨叶。在反应过程中物料需加热或冷却 时，可在反应器壁处设臵夹套，或在器内设臵换热面，也可 通过外循环进行换热。
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6.螺旋式搅拌器 将具有一定螺距的螺旋片焊在搅拌轴上。这类搅拌器除 了能使高粘度物料具有轴向混合外，还有输送物料的作用。
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三、搅拌器选型 1.以液体粘度和反应釜体积 为依据选型 图是在较合理搅拌功率 消耗下，物料粘度与反应体 积的关系图。图中表示各种 叶轮适用范围。 2.以流动状态、搅拌目的为 依据选型 表中列出了按流动状态 和搅拌目的来选择搅拌器。
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密封圈材料 静环—通常用石墨环制成。 动环—大多采用纯氧化铝陶瓷，亦有采用锡磷青铜或碳 化钨硬质合金制成的。 密封圈—常用合成橡胶或聚四氟乙烯制的O形圈或V形圈。 端面密封根据摩擦副的数目，分单端面密封和双端面密 封两种。 根据介质压力在端面上所起的作用，又可分平衡型和非 平衡型两种。
釜式反应器按操作方式可分为： 1.间歇釜式反应器 操作灵活，易于适应不同操作条件和产品品种，适用于 小批量、多品种、反应时间较长的产品生产。间歇釜的缺点 是：需有装料和卸料等辅助操作，产品质量也不易稳定。但 有些反应过程，如一些发酵反应和聚合反应，实现连续生产 尚有困难，至今还采用间歇釜。 2.连续釜式反应器 可避免间歇釜的缺点，但搅拌作用会造成釜内流体的返 混。在搅拌剧烈、液体粘度较低或平均停留时间较长的场 合，釜内物料流型可视作全混流，反应釜相应地称作全混釜。
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2.蛇形管传热装臵 蛇形管可浸没在料液中，有较 大的传热系数，传热效果好，而且 热量损失小；根据传热面积的大 小，蛇形管可以制成单组或双组； 蛇形管直径过大时，弯制有困难， 故其直径最大不宜超过70mm；蛇形 管内传热介质的工作温度一般在30～250℃之间。 蛇形管传热装臵因容易结垢、 不易清洗，故不宜在生产高粘度物 料的聚合釜中采用。 蛇形管传热
管式反应器
二、挡液板 为使物料在管内的流动状态尽可能接近平推流，避免轴 向反混，在聚合管内沿高度方向设臵若干挡液板。只要挡液 板的结构合理，反应物料在聚合管内的流态可近似平推流，
使管内物料流动速度趋于一致。
管式反应器
（b）所示的挡流板，可使原来近中心处流速较高的物 料流经小孔时，受较大阻力而减慢流速，原来流速较低的近 管壁处物料流经大孔时，受较小阻力而增加流速，这样，近 管中心处与近管壁处的物料流速趋于均匀。 只装上述挡液板，又会使近管壁处物料流速高，而近管 中心的物料流速低，从而产生新的不均匀现象，所以往往再 采用（c）所示的挡液板，把这两种挡液板交替排列使用， 就能使管内物料的流态近似平推流。 用（a）所示的挡液板时，应安装成使相邻两块挡液板 上的孔眼相互交错，亦可达到近似平推流的效果。 挡液板的形状如下图所示：
注
表中“○”为适合。
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四、密封装臵 搅拌釜的轴是将电机或变速器的扭矩传递给搅拌器的部 件。 搅拌釜式反应器容积或直径越大，轴的转速越快，传递 的扭矩就越大，轴的直径也就越大。 搅拌轴是从搅拌釜式反应器的上封头伸入釜内的。为了 保证正常生产和安全操作，防止釜内介质向外泄漏，必须在 搅拌轴与上封头间安装密封装臵，常称为轴封。 轴封分为填料箱密封和机械密封两大类。 密封动画
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（2）液相釜外循环热交换装臵 将釜内液相导出至釜外进 行循环热交换的装臵；液相反 应物在釜外的热交换器中，温 度可下降至5～10℃ 。
管式反应器
管式反应器是一种连续式反应器，物料从管道的一端连 续的输入，在管道中流动时完成化学反应，产品及未起反应 的物料从管道的另一端连续地输出。 稳态操作时： 轴向无前后混合； 径向截面上，物料的组成、浓度与温度应均匀一致的； 物料微元通过反应器的停留时间 相同； 反应器中物料的组成、浓度和温 度沿着管程或轴向而递变； 在管程中每一个点上，物料的组 成、浓度和温度不随时间而变。
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机械密封又称端面密封。 由动环、静环、弹簧和密封圈 等几种基本零件组成。动环由 固定在转轴上的弹簧座传动， 同时由弹簧通过压紧环压向静 环。静环由静环压盖固定在法 兰上。这样，动环随轴转动， 并与静环紧密贴合，组成一对 摩擦副，达到动密封的作用， 以保证被密封的介质不致沿搅 拌轴产生轴向泄漏。
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搅拌釜式反应器的结 构应满足聚合反应工艺的 要求，必须具有足够的容 积、换热面积、机械强度 和刚度，具有良好的搅拌 及抗腐蚀能力，并且要求 结构简单、密封可靠、制 造与维修方便。
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一、基本组成
容器部分 筒身、顶盖、底盖组成 储存反应物料
加热（冷却）部分 夹套、蛇行管
搅拌装臵 密封装臵 其它附件 搅拌器、传动装臵 动密封、静密封
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平桨式搅拌器使用转速低于100r／min，适于粘度较大 的物料。优点是结构简单、制造方便。当物料粘度较高或料 位较高时，常在同一根搅拌轴上装几层桨叶，相邻两层桨叶 交叉呈90°安装。如丙烯睛聚合釜采用三排四桨叶搅拌器。 2.锚式搅拌器 由桨式搅拌器发展而来，它增加了垂直方向的搅动。搅 拌器的形状可以制成与釜底盖相似，可装得和底盖很接近， 对传热和去除器壁沉积物有利。其适用范围与平桨式相同。
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1.填料密封 填料箱对轴的密封是通 过填料与搅拌轴之间的径向 压力来达到密封效果的。其 特点是简单，便宜，功耗 大，磨轴，寿命短。
填料选用 在低压（≤19.6×104Pa）、介质无毒和非易燃易爆场合: 可选用石棉绳或油浸石棉盘根； 在压力较高、介质有毒、易燃易爆场合: 可选用石墨石棉盘根、橡胶螺旋形盘根、石棉绳浸渍 聚四氟乙烯填料、橡胶密封圈、聚四氟乙烯密封圈等。
物料与外界的热交换
加速反应、匀化物料 使系统无渗漏
接口、人孔、手孔、视镜、使反应器正常工作 法兰、支座、仪表
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法兰
起连接作用，有较好的连接紧密性和足够的强度。 开孔 检查、安装设备的内部零件，了解操作情况。
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二、搅拌器型式 1.平桨式搅拌器
直叶桨式主要产生切向搅动。 折叶桨式搅拌器的倾斜角一般取45°，这样可以产生 较大的轴向搅动。 搅拌器型式
管式反应器
在平推流管式反 应器中，每一微元体 积，可以视为其组 成、浓度和温度均匀 一致，即相当于一只 小的连续法搅拌釜， 这样，整个管式反应 器就可看作由无数个 连续法搅拌釜串联而 成的系列釜式反应 器。
管式反应器
一、管体 管体是带有夹套的长直圆管，由于管子很长，常分成若
干段（一般为1～5段），各段间用法兰连接。 顶部可采用凸形或平板形封头。 底部一般采用锥形，以利于出料。 管外均装有夹套，以便通入热载体。 管体的材质常用不锈钢，夹套可用普通钢材。 聚合管管体直径的大小是影响聚合过程的重要因素。 小—容易制取高粘度聚合体 大—排水难，加热不匀