聚合反应器介绍

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)。
1．以液体粘度和反应釜体积为依 据选型 图1—11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。
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2．以流动状态、搅拌目的为依据选型 表1—I列出了根据流动状态和搅拌目的 来选择搅拌器。
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(三)搅拌附件
为了消除釜内液体的打漩现象，可在 反应釜内设置挡板。挡板的作用是将 切向流动转变为轴向和径向流动，增 大被搅动液体的湍动程度，从而改善 搅拌效果。
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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300-600r/min，叶端线速度为 5-15m/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。
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第二节 搅拌釜式反应器
搅拌反应器：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
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桨式、锚式(或框式)、推进式、涡轮式及螺
搅拌器所需要的功率由三部分组成，即搅拌叶克服流体阻力消耗 的能量(称搅拌轴功率)、搅拌轴封消耗的能量和机械传动消耗的能 量。轴封消耗的能量在使用填料密封时一般为轴功率的10％一15 ％，在使用端面密封时，约为轴功率的2％，机械传动的效率一般 为0.8一0.95。
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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。
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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。
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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。
此外在聚合物的生产过程中，除聚合反应器外，还有许多带 搅拌装置的容器(如原料配制槽、溶解槽、浆料配制槽、沉 析槽等)。
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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。
设置导流筒提高了对筒内液体的搅动程度，同时又确立了充分循环的流型，使反 应器内所有物料均可通过导流筒内的强烈混合区，提高混合效率，减少短路机会。 根据需要，导流筒也可做成空心状，其内可通入传热介质，以增加反应器的传热面 积。
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(四)搅拌器的功率计算
计算搅拌器功率的目的是衡量聚合釜的搅拌强度，为选用搅拌电 动机和搅拌机械设计提供基本数据。
第一章 聚合反应器
一、聚合反应器在高分子合成工业中的作用
高聚物生产过程设备：
a. 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)
b. 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。
聚合反应特点：反应机理复杂，聚合方法多样，且大多数反应体
系随着聚合反应的进行，体系中的粘度急剧上升，物料粘壁等现
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。
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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。
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/D-0.95。
象给聚合反应器的选型和设计带来一定的难度。
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二、聚合反应器的型式及特点
1．釜式反应器 也称搅拌釜反应器。它的适应性强，操作 弹性大，适用的温度和压力范围广。既可用于间歇(分批)操 作，亦可用于连续操作。用于连续操作时，釜内的温度、浓 度均一，容易控制，所得产品质量均一，因而广泛应用于高 分子合成工业中。
当搅拌浆料时，挡板与釜壁之间应留 1/6板宽的空隙，以防止固体物料的 沉积。如有必要，挡板也可做成空心 状，内部能通入传热介质，既可改善 搅拌效果，又增加传热面积。
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2．导流筒 无论采用何种型式的搅拌器，釜内液体总是从各个方向流向搅拌器，所 以不同的液体行程长短不一．在需要控制回流的速度和方向以确定某一特定流型时， 可在反应器内设置导流筒。导流筒一般是一个圆筒，安装在搅拌器的外面或上方。
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。
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(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。
杆式、螺带式搅拌器等。
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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。