(优选)聚合反应器的分类介绍
尼龙聚合反应器
尼龙聚合反应器
尼龙(Nylon)聚合反应器是用于合成尼龙聚合物的反应设备。
尼龙是一类合成纤维和塑料的通用名称,它们属于聚酰胺类聚合物。
尼龙聚合通常包括以下主要步骤:
原料准备:
原料通常包括二元或多元胺(如己二胺)和二元或多元酸(如己二酸)。
这些原料在反应器中按照一定的比例准备。
酸胺反应:
首先进行酸胺反应,通过在反应器中加热和混合,使胺和酸发生缩合反应,生成酰胺链段。
缩聚反应:
在酸胺反应后,通过缩聚反应,将酰胺链段连接成大分子聚合物。
这一步骤通常需要一定的温度和压力。
聚合物化学处理:
完成缩聚反应后,进行聚合物的化学处理,例如中和、清洗等步骤,以确保产物的质量。
升温和固化:
最后,将聚合物升温至一定温度,使其进一步固化和定型。
这通常包括拉伸、定型等步骤,以得到所需的尼龙产品形态。
在尼龙聚合反应器中,控制温度、压力和反应物质的比例是关键的操作参数。
这些参数的调节可以影响尼龙聚合物的分子结构、物理性质和用途。
此外,现代尼龙聚合反应器通常配备先进的自动化控制系统,以确保生产的高效、稳定和可控。
管式反应器介绍
(4)烟道气加热,利用气体或液体燃料燃烧产生.5表示一种采用烟道气加热的圆筒 式管子炉。 管式反应器可用于气相、均液相、非均液相、气液相、 气固相、固相等反应。例如:乙酸裂解制乙烯酮、乙烯高压 聚合、对苯二甲酸酯化、邻硝基氯苯氨化制邻硝基苯氨、氯 乙醇氨化制乙醇胺、椰子油加氢制脂肪醇、石蜡氧化制脂肪 酸、单体聚合以及某些固相缩合反应均已采用管式反应器进 行工业化生产。 图3.5 圆筒式管子炉
图3.9
带接管的T形透镜环
管式反应器的结构
四,管件 反应器的连接必须按规定的紧固力矩进行。所以对法兰、 螺柱和螺母都有一定要求。 五,机架 反应器机架用桥梁钢焊接成整体。地脚螺栓安放在基础桩 的柱头上,安装管子支架部位装有托架。管子用抱箍与托架固定。
管式反应器的结构
下面以套管式反应器为例介绍管式反应器具体结构。 套管式反应器由长径比很大(L/D=20~25)的细长管和密封环通过连接件的紧固串联安放在机架 上面组成(见图3.6)。
图 图3.6 套管式反应器结构 3 1-直管;2-弯管;3-法兰;4-带接管的T形透镜环;5-螺母;6-弹性螺柱; . 7-圆柱形透镜环;8-联络管;9-支架(抱箍);10-支架;11-补偿器;12-机架 6
管式反应器的结构
管式反应器的结构
管式反应器的结构
管式反应器的结构
管式反应器的结构
管式反应器举例
图3.2
(b)中心插入管式
(c)夹套式 立管式反应器 图 3
(3)盘管式反应器
将管式反应器做成盘管的形式,设备紧凑, 节省空间。但检修和清刷管道比较困难。图 3.3所示的反应器由许多水平盘管上下重叠 串联组成。每一个盘管是由许多半径不同的 半圆形管子相连接成螺旋形式,螺旋中央留 出Φ 400mm的空间,便于安装和检修。
化工基础 第八章 典型反应器
(10)滴流床反应器
实质是按传递过程的特征分类,相同结构反应器内物料具有相同流动、混和、
传质、传热等特征。
3 根据温度条件和传热方式分类 (1)根据温度条件分:等温、非等温式反应器。 (2)根据传热方式分:
绝热式:不与外界进行热交换; 外热式:由热载体供给或移走热量,
又有间壁传热式、直接传热式、外循环传热式之分。 蒸发传热式:靠挥发性反应物、产物、溶剂的蒸发移除热量。
直叶和弯曲叶。涡轮搅拌器速度较大,300~600r/min。
涡轮搅拌器的主要优点是当能量消耗不大时,搅拌效率较高,搅拌产生很强
的径向流。因此它适用于乳浊液、悬浮液等。
C、推进式搅拌器
推进式搅拌器,搅拌时能使物料在反应釜内循环流动,所起作用以容积循环 为主,剪切作用较小,上下翻腾效果良好。当需要有更大的流速时,反应釜内设 有导流筒。
第八章 典型反应器
§8.1 概述
任何化学品的生产,都离不开三个阶段:原料预处理、化学反应、产品精制。 化学反应过程是化工生产过程的核心。 物理过程的原理和操作设备——《流体流动与传热》和《传质与分离技术》。 化学反应过程的原理和反应设备——《化学反应过程与设备》,属于化学反 应工程的范畴。 1 研究目的 研究目的:使化学工业生产中的反应过程最优化。 (1)设计最优化:由给定的生产任务,确定反应器的型式和适宜的尺寸及 其相应的操作条件。 (2)操作最优化:在反应器投产运行之后,还必须根据各种因素和条件的 变化作相应的修正,以使它仍能处于最优的条件下操作。 2 研究内容 从实验室开发到工业生产存在放大效应。 在工业反应器中实际进行的过程不但包括有化学反应,还伴随有各种物理过 程,如热量的传递、物质的流动、混和和传递等,所有这些传递过程使得反应器 内产生温度分布和浓度分布,从而影响反应的最终结果。 化学动力学特性的研究 :在实验室的小反应器内进行,完全排除传递过程 的影响。 流动、传递过程对反应的影响 处理整个反应工程的问题需要具备三个方面的知识(三传一反): a. 化学反应的规律(反应动力学); b. 传递过程的规律(质量、热量和动量的传递); c. 上述两者的结合。 3 研究作用 (1)反应器的合理选型
第二章逐步聚合反应详解演示文稿
小分子存留率:Nw/N0=nw ,指
实际存留在聚合反应体系中的小 分子物质的量与理论上能够生成 的小分子物质的量的比值。
第二十页,共72页。
于是:
K Xn
pnw
公式适用前提条件:(1)官能团等活性;(2)等物质的量配比。
讨论:
(1)密闭反应体系
小分子存留率等于其生成率(反应程度),将
代X 入n 上式1 ,则有: 1 p
p K K 1
X n 1 K 1 1 p
在密闭反应器中,缩聚反应平衡时,p与聚合度完全由平衡常数决定,而与
其他条件无关。
第二十一页,共72页。
(2)敞开反应器
当聚合物平均相对分子量在10000以上,p≈1,则有:
Xn 1 K K
1 p
pnw
nw
此为著名的线形平衡缩聚反应方程,即许尔兹公式。由此公式知:要获得相 对分子量高的聚合物,必须使用敞开反应器,采取各种措施排除小分子副 产物。注意公式的使用条件:
HOOC-R-COO-R'-OH + H2O 二聚体
HOOC-R-COO-R'-OH +
HOOC-R-COOH HO-R'-OH
HOOC-R-COO-R'-OOC-R-COOH + H2O 三聚体
HO-R'-OOC-R-COO-R'-OH + H2O
2 HOOC-R-COO-R'-OH
HOOC-R-COO-R'-OOC-R-COO-R'-OH + H2O
0时刻
N0
t时刻
H
ORCO
OH n
+ (n-1)H2O
0
反应器一(绪论+釜式)
7、其它工艺接管:进料管、出料管、仪表接管
二、釜式反应器的搅拌装置
1、搅拌的目的
使物料混和均匀,强化传热和传质。
包括:(1)加快互溶液体的混合;
(2)使一种液体以液滴形式均匀分散于另一种不互溶的液体中;
(3)使气体以气泡的形式分散于液体中;
(4)使固体颗粒在液体中悬浮;
(5)加强冷、热液体之间的混合以及强化液体与器壁的传热。
②压力试验有两种,液压试验和气压试验。
致密性试验:
①符合下列情况时,容器应考虑进行致密性试验:
a.介质为易燃、易爆和极度危害或高度危害时;
b.对真空有较严格要求时;
如有泄漏将危及容器的安全性和正常操作者。
②致密性试验方法有:气密性试验、煤油渗漏试验和氨渗漏试验方法等
2、壳体的材质
壳体的材质主要为钢制反应釜、铸铁反应釜及搪玻璃反应釜。
C搪玻璃反应釜性能如下:
①耐腐蚀性:能耐大多数无机酸、有机酸、有机溶剂等介质的腐蚀。
搪玻璃设备不宜用于下列介质的储存和反应:任何浓度和温度的氢氟酸;PH>12且温度大于100℃的碱性介质;温度大于180℃、浓度大于30%的磷酸;酸碱交替的反应过程;含氟离子的其他介质。
②耐热性:允许在- 30~+240℃范围内使用
釜式反应器的壳体结构包括:
筒体、底、盖(或称封头)、手孔或人孔、视镜及各种工艺接管口等。
1、釜式反应器的筒体
作用:主要用来提供容积,是完成介质的物理、化学反应的容器。
釜式反应器的筒体皆制成圆筒形。
A筒体一般按外压容器考虑。
原因(1)、搅拌釜通常适用于低压或常压反应
(2)、筒体外夹套内通常通水蒸气作为热源
二、化学反应器的分类
化工设备简介
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化工设备简介:化学工业生产中所用的机器和设备的总称。
化工生产中为了将原料加工成一定规格的成品,往往需要经过原料预处理、化学反应以及反应产物的分离和精制等一系列化工过程,实现这些过程所用的机械,常常都被划归为化工设备。
化工设备通常可分为两大类:①化工机器。
指主要作用部件为运动的机械,如各种过滤机,破碎机,离心分离机、旋转窑、搅拌机、旋转干燥机以及流体输送机械等。
②化工设备。
指主要作用部件是静止的或者只有很少运动的机械,如各种容器(槽、罐、釜等)、普通窑、塔器、反应器、换热器、普通干燥器、蒸发器,反应炉、电解槽、结晶设备、传质设备、吸附设备、流态化设备、普通分离设备以及离子交换设备等。
化工机械的划分是不严格的,一些流体输送机械(如泵、风机和压缩机等)在化工部门常被称作化工机械,但同时它们又是各种工业生产中的通用机械。
近代化工设备的设计和制造,除了依赖于机械工程和材料工程的发展外,还与化学工艺和化学工程的发展紧密相关。
化工产品的质量、产量和成本,在很大程度上取决于化工设备的完善程度,而化工机械本身的特点必须能适应化工过程中经常会遇到的高温、高压、高真空、超低压、易燃、易爆以及强腐蚀性等特殊条件。
近代化学工业要求化工机械:①具有连续运转的安全可靠性。
②在一定操作条件下(如温度、压力等)具有足够的机械强度。
③具有优良的耐腐蚀性能。
④密封性好。
⑤高效率和低能耗。
压力容器英文:pressure vessel 工业生产中具有特定的工艺功能并承受一定压力的设备,称[1]压力容器。
贮运容器、反应容器、换热容器和分离容器均属压力容器。
优选聚合物合成工艺学每章重点整理
• <3>没有引发剂,可以全面提高产品性能。 • <4>高温聚合使物料的粘度减小,解决了传热和粘釜问题。 • <5>原料来源方便,成本低。
•
<3>由于没有向溶剂的链转移反应,其产物相对分子质量一般比溶液聚
•
合物高。
•
<4>与乳液聚合相比,悬浮聚合物上吸附的分散剂量少,有些还容易脱
•
除,产物杂质较少。
•
<5>颗粒形态较大,可以制成不同粒径的颗粒粒子。聚合物颗粒直径一
•
般在0.05-0.2mm,有些可达0.4 mm,甚至超过1mm。
• 缺点:<1>工业上采用间歇法生产,而连续法尚未工业化。
•
<2>反应中液滴容易凝结为大块,而使聚合热难以导出,严重时造成重
•
大事故。
•
<3>悬浮聚合法目前仅用于合成树脂的生产。
• 苯乙烯悬浮聚合的特点:
• <1>聚合反应速度随反应温度增高而加快,聚合物的分子量主要取决于引发 剂的浓度。由于苯乙烯聚合中自加速效应不明显,所以反应中期和后期反应 速率无明显增加。
• <3>第三步聚合:把封合的模框吊入热水箱(或烘房),根据板厚分别控制温 度在25~52℃,经过10~160小时,到取样检查料源硬化为止,用接蒸汽加热 水箱内水至沸腾,保持二小时,通水慢慢冷却到40℃,吊出模具,取出中间 有机玻璃板材,去边,裁切后包装。
• 单体预聚灌模法的主要优点:
• (1)在预聚釜内进行单体的部分聚合,可以减轻模具的热负荷;缩短单体在
•
低。
• 缺点:<1>放热量大,反应热排除困难,不易保持一定的反应温度。
聚合物反应工程
1
2
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4
塔式反应器。
长径比为2~40.如苯乙烯本体聚合﹑己内酰胺的缩聚
硫化床反应器
反应器传热好﹑温度均匀﹑易控制。
(如聚丙烯反应器)
操作方式分类
间歇反应器(分批式反应器)。
采用釜式反应器。间歇反应是不稳定过程。 操作灵活性和弹性大。
可采用釜式﹑管式﹑或塔式反应器。反应为稳态过程。易于实现自动化。在聚合反应中,采用连续反应器可使产物的聚合度及聚合度分布不随时间改变,从而保证了产品的质量,但不是绝对的。
B
D
A
C
E
间歇反应器(分批反应器)
物料、反应物、水等一次性加入器内。
反应器内组分的浓度随反应时间而变。
操作特点:
反应器内各点的反应物浓度和温度相同。
二反应速率(均相反应)
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反应器的分类
任何目的在于得到一定产品的化工生产过程,均包含有化学反应。物料在其中发生反应的设备谓之反应器。在反应器中原料经化学变化而成产品,所以可把反应器看作化工生产的心脏部分。根据研究的不同需要,从不同的角度对反应器进行分类。通常有四种分类法。
1按反应物料的相态分类
01
聚合物反应工程师化学反应工程的一个分支,它是研究聚合物制造中的化学反应工程的问题。
02
பைடு நூலகம்
第一节化学反应和反应器的分类
化学反应的分类 化学反应可按反应的特性和反应过程的条件来分。化学反应的特性包括反应机理,反应的可逆性,反应分子数,反应级数,反应物料的相态及反应的热效应等。反应过程进行的条件包括温度、压力、操作方式、换热方式等。
第三节 理想反应器的设计
化工生产中所遇到的化学反应时多种多样的,所处理物料的化学-物理性质也是千差万别,因此而使用的反应器也是各不相同的,尽管如此,每一种反应器总应该满足以下三个基本要求 1提供反应物料进行反应所需的容积,保证设备有一定生产能力 2具有足够的传热面积,保证反应过程中热量的传递,是反应控制在最适宜的温度下进行。
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3.卧式搅拌反应器 该型式可设置多个搅拌器,每个搅拌器之间
用隔板分开,使物料在反应器内流动状况类似 于多级串联搅拌反应器,从而减少设备台数, 降低安装高度。
同时由于聚合反应器内物料粘度高、易结垢,因而要求传热速率高、结构简 单、避免易挂料的粗糙面及导致结垢的死角并易于清洗。
聚合反应器常用的传热装置型式有夹套传热、釜内传热件及釜外传热等。
1.夹套 根据工艺要求,夹套内可通入传热介 质(水、水蒸气或热载体等)。
为了提高夹套的传热系数,可通过提 高夹套传热介质的流速来实现,为此, 常在夹套内安装导流挡板。
优点:当设备较大时,搅拌轴可做成短而
细,稳定性好,且可降低安装高度。同时由 于把笨重的传动装置安装在地面基础上,从 而改善了釜体上封头的受力状态,也便于维 护与检修。
缺点:轴密封较困难,而且搅拌器下部
至轴封处常有固体物料粘积,影响产品的质 量,检修时需将釜内物料全部排净。该型式 较常用于大型搅拌设备。
1.以液体粘度和反应釜体积为依 据选型
右图为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 下表就列出了根据流动状态和搅拌目 的来选择搅拌器。
三、传热装置
化学反应过程伴有放热或吸热,对聚合反应而言,往往要求严格控制反应温 度,使其恒定或按一定的温度曲线进行。
其他型式的搅拌反应器
1. 偏心式搅拌反应器 偏心式搅拌反应器是搅拌器中
心偏离容器中心。由于其搅拌轴偏 离容器的中心轴线,使流体在各点 所受的压力不同,因而液层间的相 对运动加强,增加液层的湍动,明 显提高搅拌效果。但容易引起振动, 故一般多用于较小型设备。
2.底部传动搅拌反应器
该型式反应器的搅拌装置设在反应器的底 部。
搅拌釜式反应器
搅拌反应器由釜体、搅拌装置、传热装置、密封装置和传动装置等组成。
通过搅拌可使互溶液体的各部分均 相混合成均质状态,以增大分散相的有 效接触面积,降低分散相周围浓膜阻力, 提高传热速度等。
(一)搅拌器型式
搅拌器的型式很多,按桨叶的构形可 分为桨式、锚式(或框式)、推进式、涡 轮式及螺杆式、螺带式搅拌器等。
1.桨式搅拌器 平叶桨和折叶桨(斜桨) 平叶桨面与运动方向垂直,当桨叶低速运转时,液体主要为环向流
动。当桨叶转速增大时,液体径向流逐渐增大。转速愈高,径向流愈 强。由于液体仅以切线方向离开桨叶,主要是水平液流,造成的轴向 流很弱,不利于轴向混合。为增加轴间流,可将平叶桨倾斜一定角度 (一般为45度)、即为折叶桨。这样可以产生较大的轴向流动,有利于 搅拌混合。
3.推进式搅拌器 推进式(也称 螺旋桨式)
搅拌器的结构简单.其直径较 小,d/D=1/4-1/3。以整体铸 造的叶轮最为常见,适合于液体 粘度较低、液量较大的搅拌。其 转速较高.一般为300600r/min,叶端线速度为515m/s。利用较小的搅拌功率通 过高速旋转的桨叶获得较好的搅 拌效果。
4.涡轮式搅拌器 又称透平搅拌器,是应用较广泛的一种搅拌器,能处 理粘度范围较宽的液体。桨叶有开式及闭式两大类。根据桨叶叶片的形 状和位置.又有平直叶片、弯曲叶片、倾斜叶片、圆盘平直叶片、圆盘 弯叶、圆盘斜叶等。
5.螺杆式搅拌器 当液体的粘度大于10Pa·s时,常采用螺杆式搅拌器, 它是将螺距一定的螺旋叶片固定在搅拌轴上,也称螺轴式搅拌器。
为提高釜内液体的搅拌强度,并造成一定的循环流型,通常可在釜内 增设离壁挡板或导流筒。
6.螺带式搅拌器 螺带式搅拌器适合于粘度较高的场合(如达103Pa·s以 上)。具体构形有单螺带、双螺带、凹螺带和螺杆/螺带式等。
当反应器直径较大或采。用传热介质 的压力较高时,也可采用捍接半管式夹 套、型钢夹套等。这不但能提高传热介 质的流速,改善传热效果,而且能提高 简体承受外压的强度和刚度。
2.釜内传热件 当聚合釜壁采用导热性不良的材质或较大型的聚合釜、
单靠夹套传热不能满足工艺要求时,需在反应器内增设传 热件,如加传热挡板、蛇形管等。 3.釜外传热
釜外传热可分为两种情况,一种是把釜内产生的气体导 出至釜外回流冷凝器,然后使冷凝液返回反应釜。因为是 蒸汽冷凝传热,其传热系数高,且传热面积不受反应器容 积的限制。
釜外传热的另一种方法是将反应釜内液相导出,进行釜 外循环传热,反应器中的部分反应物料由泵抽出,经外部 冷却后再进入反应器,如丙烯的溶液聚合就可以采用此种 传热装置。
(优选)聚合反应器的分类介 绍
2.管式(塔式)反应器 管式(塔式)聚合反应器的构造比较简单,这种反应器一
般用于处理粘度较高的均相反应物料。它属于连续流动反 应器,原料从管的一端连续送入,在管内完成升温、反应 等,而产物和未反应的单体从另一端连续排出。 3.特种反应器
对处理高粘度的聚合体系,如本体聚合或缩聚反应后期, 反应物料的粘度可达500一5000Pa·s,故需采用特殊型式 反应器。该反应器一般采用卧式,主要型式有螺杆型反应 器(如尼龙66的后缩聚反应采用双螺杆)和表面更新型反应 器(如聚酯生产中的后缩聚采用单轴或双轴的表面更新型 圆盘式反应器)。
通常螺带式搅拌器其螺距s与搅拌 器直径d之比为s/d=1,螺带叶宽b 与釜径D之比为b/D-0.1,d/D0.95。
由于外螺带可以与釜内壁很好地 吻合,直接刮扫釜壁上的液体,有利 于夹套式搅拌釜的传热与去除釜壁处 的沉积物。
(二)搅拌器的选型
搅拌过程涉及流体的流动、传热 和传质,其影响因素极其复杂,在 选型设计时,既要考虑达到搅拌效 果,保证物料的混合,有利于传热、 传质,也应考虑动力消耗问题;另 外还要考虑搅拌器的结构要便于操 作和维修。
2.锚式(框式)搅拌器 对于粘度较大的液体搅拌,可把桨叶形状做成与反应釜底部的形状
相似,且桨叶与釜壁的隔隙小。 锚式搅拌器的转速比较低,故剪切作用较小,但搅动范围大,不易
产生死区。对高粘度流体的搅拌,可利用桨叶的刮扫作用来防止搅拌 器与釜壁之间产生滞流层,利于促进传热和去除釜壁沉积物。
当锚式搅拌器中间加设横梁或竖梁时,即称为框式搅拌器。