聚合反应工程之聚合反应器
聚合反应工程
聚合反应工程的重要性
01
02
03
工业生产
聚合反应是工业生产中重 要的化学反应之一，广泛 应用于塑料、橡胶、纤维、 涂料等领域。
新材料开发
通过聚合反应工程可以开 发新型高分子材料，满足 各种特殊需求，如高性能、 低成本、环保等。
优化生产过程
聚合反应工程研究有助于 优化聚合反应过程，提高 生产效率和产品质量，降 低能耗和物耗。
备的长期稳定运行。
04
聚合反应工程应用
高分子材料合成
高分子材料合成
聚合反应工程在合成高分子材料方面 具有广泛应用，如合成塑料、合成橡 胶和合成纤维等。
合成橡胶
聚合反应工程在合成橡胶方面也发挥 了重要作用，如合成丁苯橡胶、合成 橡胶等，这些橡胶在汽车、航空航天 和建筑等领域有广泛应用。
塑料合成
通过聚合反应工程，可以合成各种类 型的塑料，如聚乙烯、聚丙烯、聚氯 乙烯等，这些塑料在日常生活中有着 广泛的应用。
案例分析
以涤纶合成为例，通过聚酯聚合反应，对苯 二甲酸和乙二醇在催化剂的作用下发生聚合， 最终形成高分子量的聚酯。该案例中，聚合 反应工程的关键在于反应速度的控制和聚酯 的分子量调节。
涂料与粘合剂应用案例
涂料与粘合剂应用
聚合反应工程合成的涂料和粘合剂具有良好的粘附性、耐久性和绝缘性，广泛应用于建 筑、电子、航空航天等领域。
橡胶的性能改进
通过聚合反应工程，可以改进橡胶的 性能，如提高橡胶的耐热性、耐油性 和耐老化性等。
合成纤维
纤维的合成
聚合反应工程在合成纤维方面具有重要作用，可以合成各种类型 的纤维，如涤纶、尼龙、腈纶等。
纤维的性能改进
通过聚合反应工程，可以改进纤维的性能，如提高纤维的强度、耐 磨性和抗皱性等。
聚合反应工程基础(全套课件567P)
1.1.1 高分子化合物的分类和命名
2. 结构系统命名法：由（International Union of Pure and Applied
Chemistry, IUPAC）提出
I 26
1.1.2 高分子化合物的基本特点
H--NH(CH2)6NH--CO(CH2)4CO--OH
重复结构单元
结构单元
结构单元
n
例2：尼龙66 的重复单元与结构单元
----( CH2--CH=CH--CH 2 -)--(-CH --CH-)---2 y x
n
例3：丁苯橡胶 的重复结构单元与结构单元
I 24
1.1.2 高分子化合物的基本特点
实际上，分子量的大小并无明确的界限，一般
-- -- - --< 1,000 < - - - - - - < 10,000 < - - - - - < 1,000,000 < - - - - 低分子物 低/齐聚物 （Oligomer） 高聚物 (Polymer)
PS
PVC PTFE PAA PET
polystyrene
Polyvinyl chloride Polytetrafluoroethylene polyacrylic acid polyester
聚甲基丙烯酯 甲酯
聚醋酸乙烯 聚乙烯醇 聚丁二烯 聚丙烯腈
PMMA
PVAc PVA PB PAN
polymethylmet hacrylate
主要参考书目
1. 陈甘棠著，《聚合反应工程基础》，中国石化出版社，1991 2. 史子瑾主编，《聚合反应工程基础》，化学工业出版社， 1991 3. C.McGreavy(Ed),“Polymer Reactor Engineering”,Blackie
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。
高分子化学第5章
• 主要有聚乙烯醇等合成高分子，及纤维素衍生物、明胶等
–(2)不溶于水的无机粉末
• 主要有碳酸镁、滑石粉、高岭土等
水溶性有机高分子
• 高分子分散剂的作用机理主要是：
–吸附在液滴表面，形成一层保护膜，起着保 护胶体的作用；
–介质的粘度增加，有碍于两液滴的粘合；
–明胶、部分醇解的聚乙烯醇等的水溶液，还 使表面张力和界面张力降低，使液滴变小。
第五章 聚合方法
5.1 引言
聚合反应工程考虑的三个层次：
• 聚合机理和动力学（mechanism and kinetics)
–连锁：自由基、阴、阳离子、配位 –逐步：缩聚、聚加成、开环等
• 聚合过程（polymerization process）
–实施方法：本体、溶液、悬浮、乳液 –相态变化：分散性质、是否沉淀、是否存在界面等
• 丙烯腈连续溶液聚合 ； • 醋酸乙烯酯溶液聚合；
• 丙烯酸酯类溶液聚合。
例1. 聚丙烯腈(PAN)连续溶液聚合
• 连续均相溶液聚合：以51-52%的硫氰化钠(NaSCN)水 溶液为溶剂，AIBN为引发剂，pH5±0.2，温度75~85 ˚C，转化率70～75%。进料单体浓度17%，出料聚合 物浓度13%，脱除单体后直接用于纺制腈纶纤维。 • 连续沉淀聚合：以水为溶剂，过硫酸盐类氧化还原引 发体系，温度40～50 ˚C，转化率80%。聚合产物从反应 体系中沉淀出来，经洗涤、分离、干燥后重新配制成纺 丝溶液用于腈纶纺丝。
–沉淀聚合机理与均相聚合有些不同，主要反 映在凝胶效应上，影响因素和生产控制也有 差异。
• 液相聚合； • 气相聚合； • 固相聚合。
从工程角度考虑（需重视操作方式）
连续聚合反应器-概述说明以及解释
连续聚合反应器-概述说明以及解释1.引言1.1 概述连续聚合反应器是一种在化学工业和研究领域中广泛应用的反应器。
它具有连续、高效、可控的特点，被广泛用于聚合反应的过程中。
与传统的批量聚合反应器相比，连续聚合反应器具有许多优势。
在连续聚合反应器中，原料通过连续流动的方式输入，反应产物也通过连续的方式输出。
这种流动式的操作方式使得反应更加均匀，能够有效地控制反应的温度、压力和物料的混合程度。
此外，由于反应物料的连续供应，连续聚合反应器具有较高的反应速度和产能，能够满足大规模生产的需求。
连续聚合反应器在聚合反应过程中还具有很好的控制性能。
通过合理设计反应器的结构和控制参数，可以实现对反应速率和产物分布的精确控制。
同时，连续聚合反应器还能够方便地与其他单元操作进行集成，实现多步反应的一体化操作，进一步提高了反应的效率和产物质量。
由于连续聚合反应器具有以上种种优势，因此在聚合反应领域得到了广泛的应用。
例如，连续聚合反应器可以用于合成高分子材料，如聚合物和纳米材料，以满足各种领域的需求，如塑料制品、涂料、医用材料等。
此外，连续聚合反应器还可以应用于制备有机化合物和药物等领域，为实现高效、低成本的生产提供了新的思路和技术支持。
总之，连续聚合反应器是一种具有连续、高效、可控等优势的反应器。
它在化学工业和研究领域的应用前景广阔，并且具有很大的发展潜力。
随着科学技术的不断进步和人们对高效、环保工艺的需求不断增加，连续聚合反应器必将在未来发展中发挥更加重要的作用。
1.2 文章结构文章结构部分应该对整篇文章的结构和每个章节的内容进行简要介绍，方便读者了解文章的组织和主要论点。
具体如下所示：第2部分正文将主要介绍连续聚合反应器的定义、原理、优点和应用。
在2.1节中，将详细介绍连续聚合反应器的定义和原理，包括其基本概念、工作原理和特点。
2.2节将重点讨论连续聚合反应器的优点和应用领域。
通过分析其在化工生产、药物合成和材料制备等领域的具体应用案例，展示连续聚合反应器在提高反应效率、降低能耗和减少废物排放等方面的显著优势。
第一章 绪论 第二章 聚合物反应工程(2-1,2-2)
第一章 绪论
聚合反应工程研究的内容为： 1、进行聚合反应器的最佳设计 ； 2、进行聚合反应操作的最佳设计和控制；
第一章 绪论
本课程分为八章，由理论到实际，完成对聚合反 应工程内容讲授。 下面是各章节的目录
聚合物反应工程
第一章 第二章 第一节 第二节 第三节 第四节 第五节 第六节 第七节
聚合物反应工程
第三章 第六节 第七节 第八节 第九节 第十节
聚合反应工程分析 均相自由基共聚 缩聚反应 非均相聚合反应 流动与混合对聚合物分布的影响 聚合过程的凋节与控制
聚合物反应工程
第四章 化工流变学基础
第一节 第二节 第三节 第四节 第五节
非牛顿流体 非牛顿流体的流变特性 非牛顿流体在圆管中层流流动的分析 非牛顿流体在圆管中湍流流动的分析 非牛顿流体流变性的测量
第一节 化学反应和反应器分类
平推流和理想混合流是为了分析方便而人为的加以 理想化的二种极端的流动型态，平推流反应器中不 存在返混，而理想混合流反应器中返混最大，工业 上所使用的实际反应器由于种种原因而产生死角， 沟流，傍路、短路及不均匀的速度分布使之偏离理 想流动，这种偏离谓之非理想流动。相应的反应器 即为非理想流动反应器，在其中存在部分的返混。 在工程设计上，常常把比较接近某种理想流动型态 的过程当作理想流动来处理。
第一节 化学反应和反应器分类
通常可用幂函数的形式表示：
式中rA为反应速率常数。a1 a2为实验测定 的常数．反应的总级数为a1+ a2 对于基元 反应a1 a2分 别与计算方程式中的a、b 相 等。若反应是由若干个基元反应组成的反 应级数需用实验测定。
聚合反应器讲解课件
03
聚合反应器的种类与选型
聚合反应器的种类
搅拌釜式反应器
适用于液态物料，通过搅拌实 现混合和传热。
塔式反应器
适用于气态和液态物料的反应 ，通过填料或塔盘实现传质和 传热。
固定床反应器
适用于气态和液态物料的反应 ，催化剂固定在反应器内，通 过反应物在催化剂表面进行反 应。
流化床反应器
适用于固态物料的反应，催化 剂与反应物料混合流动，通过
现代聚合反应器
随着工业技术的发展，现代聚合反应 器逐渐向大型化、连续化、自动化方 向发展，提高了生产效率和产品质量 。
02
聚合反应器的工作原理
聚合反应的原理
聚合反应的分类
根据聚合物的结构和单体种类的不同，聚合反应可分为加聚反应和缩聚反应。加聚反应是 指单体在聚合过程中只生成一种聚合物的反应，而缩聚反应则是指单体在聚合过程中除了 生成聚合物外，还伴有小分子物质（如水、氯化氢等）的生成。
超声波引发聚合
利用超声波的物理作用，可实现聚合反应的高效、快速和均一化， 同时可降低聚合温度，减少能源消耗。
活性自由基聚合
活性自由基聚合是一种新型的聚合方法，具有聚合度高、分子量分布 窄、可控制聚合过程等优点，是高分子合成领域的重要发展方向。
聚合反应器在未来的应用前景
高性能材料制备
01
利用聚合反应器可实现高性能材料的高效、快速和连续化制备
，如高性能聚合物、功能性高分子等。
生物医用材料制备
02
聚合反应器可用于生物医用材料的制备，如生物可降解高分子
材料、组织工程支架材料等。
新材料开发
03
利用聚合反应器可开发新型的高分子材料，如超分子聚合物、
纳米复合材料等。
聚合反应工程基础复习提纲-2
第一章绪论1. 说明聚合反应工程基础研究内容及其重要性.研究内容:①以工业规模的聚合过程为对象,以聚合反应动力学和聚合体系传递规律为基础;②将一般定性规律上升为数学模型,从而解决一般技术问题到复杂反应器设计,放大等提供定量分析方法和手段;③为聚合过程的开发,优化工艺条件等提供数学分析手段.简而言之:聚合反应工程研究内容为:进行聚合反应器最佳设计;进行聚合反应操作的最佳设计和控制.第二章化学反应工程基础一、概念1.间歇反应器、连续反应器间歇反应器：物料一次放入，当反应达到规定转化率后即取出反应物，其浓度随时间不断变化，适用于小规模，多品种，质量不均。
连续反应器：连续加料，连续引出反应物，反应器内任一点的组成不随时间而改变，生产能力高，易实现自动化，适用于大规模生产。
2.平推流、平推流反应器及其特点：当物料在长径比很大的反应器中流动时，反应器内每一位原体积中的流体均以同样的速度向前移动，此时在流体的流动方向上不存在返混，这种流动形态就是平推流。
具有此种流动型态的反应器叫平推流反应器。
特点：①在稳态操作时，在反应器的各个截面上，物料浓度不随时间而变化，②反应器内物料的浓度沿着流动方向而改变，故反应速率随时间位置而改变，及反应速率的变化只限于反应器的轴向。
3.理想混合流、理想混合流反应器及其特点：反应器中强烈的搅拌作用使刚进入反应器的物料微元与器内原有物料微元间瞬时达到充分混合，使各点浓度相等，且不随时间变化，出口流体组成与器内相等这种流动形态称之为理想混合流。
与理想混合流相适应的反应器称为理想混合流反应器。
特点：①反应器内物料浓度和温度是均一的，等于出口流体组成②物料质点在反应器内停留时间有长有短③反应器内物质参数不随时间变化。
4.膨胀率：反应中某种物料全部转化后体系的体积变化率5.容积效率：指同一反应在相同的温度、产量、和转化率的条件下，平推流反应器与理想混合反应器所需的总体积比6. 停留时间分布密度函数、停留时间分布函数、平均停留时间停留时间分布密度函数：系统出口流体中，已知在系统中停留时间为 t 到dt 间的微元所占的分率 E(t)dt停留时间分布函数F(t):系统出口流体中，已知在系统中停留时间小于 t 的微元所占的分率 F(t)7.返混指反应器中不同年龄的流体微元间的混合8、宏观流体、微观流体宏观流体：流体微元均以分子团或分子束存在的流体；微观流体：流体微元均以分子状态均匀分散的流体；9.宏观流动、微观流动宏观流体指流体以大尺寸在大范围内的湍动状态，又称循环流动；微观流体指流体以小尺寸在小范围内的湍动状态10.混合时间指经过搅拌时物料达到规定均匀程度所需的时间11.微观混合、宏观混合 P70微元尺度上的均匀化称为宏观混合；分子尺度上的均匀化称为微观混合。
《聚合反应工程》课件
安全与环保实践：在实际操作中，严格按照安全与环保要求进行操作，确保生产过程 的安全与环保。
安全与环保检查：定期对生产现场进行安全与环保检查，及时发现并解决问题，确保 生产过程的安全与环保。
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应用领域：广泛应 用于建筑、汽车、 电子、医疗等领域
聚合反应工程实验 技术
反应器：用于进行聚合反应的容器，包括搅拌器、加热器等 温度计：用于测量反应温度，确保反应在适宜的温度下进行 压力计：用于测量反应压力，确保反应在适宜的压力下进行 流量计：用于测量反应物料的流量，确保反应物料的供应和排出 真空泵：用于抽真空，确保反应在无氧环境下进行 冷却器：用于冷却反应物料，确保反应物料的温度在适宜的范围内
聚合反应工程安全 与环保
实验前，确保所有设备、仪器和试剂都经过安全检查 实验过程中，穿戴适当的防护装备，如防护眼镜、手套和口罩 实验结束后，及时清理实验现场，确保无残留物 实验过程中，注意观察反应情况，如有异常，及时采取措施
减少废气排放：采用先进的 废气处理技术，如催化燃烧、 吸附等
废水处理：采用先进的废水 处理技术，如生物处理、膜 处理等
聚合反应工程PPT课 件
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聚合反应工程概述
聚合反应工程基础知 识
聚合反应工程实验技 术
聚合反应工程应用实 例
聚合反应工程前沿技 术与发展趋势
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聚合反应工程概述
聚合反应工程是 研究聚合反应过 程及其控制的一 门学科
聚合反应是指由 单体分子通过化 学反应形成高分 子聚合物的过程
聚合反应工程主 要包括聚合反应 机理、聚合反应 动力学、聚合反 应器设计、聚合 反应过程控制等 方面
聚合反应工程
3.1.1 聚合反应的类型
根据反应机理分类
逐步聚合反应
连锁聚合反应
单击此处添加文本内容，文字是您思想的提炼，请尽量言简意赅的阐述观点
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1
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3.1 概 述
逐步聚合反应的特点：
活化能和反应速率大致相同，反应早期，大部分单 体很快聚合成二、三、四聚体等低聚物，短期内转 化率就很高。随后，低聚物间继续相互反应，分子 量不断增加，直至转化率很高（＞98%）时，分子量 才达到较高的数值。
在极性溶剂中，由于Li—C键易解离，被溶剂化，下列平衡向右移动： 形成π络合物，单体可以在1，3两个位置加成，当向3位加成时，得到1，2产物： 在极性溶剂中1，2产物比例增加。
（3）、嵌段共聚物
1956年，Szwarc发现苯乙烯活性聚合，并且第一个用阴离子活性聚合制备了S-Ip嵌段共聚物，现在这种方法已成了合成嵌段共聚物的主要方法之一，特别是合成 S-Bd 嵌段共聚物，包括二段（SB）、三段（SBS或BSB）、四段（SBSB）、星型（SB）xA等。SB性能与聚苯乙烯相似，要作为弹性体必须经过硫化交联，主要用途是加入天然橡胶、丁苯橡胶或氯丁橡胶，一起加工硫化，有利于提高产品的加工性能和提高质量。SBS是热塑性弹性体重要的工业产品（最早出现在1965年），它有橡胶性能，又具有热塑性。室温下它与硫化橡胶没有区别，但没有共价键交联结构，可以溶剂加工，温度升高时成为流体，可以注射成型，应用范围广。
与单体浓度的平方成正比。 聚合总速率以单体消耗速率表示，并且不考虑引发反应消耗的单体，则聚合速率近似等于增长速率。
3.2.2.2 阴离子聚合
阴离子聚合的特征是快引发、慢增长、无终止和无转移。所谓慢增长是与快引发相对而言，实际上阴离子聚合的增长速率常数比自由基聚合还要大。
聚合反应器讲解
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聚合反应器技术的创新与突破
高效能聚合反应器
通过优化反应器的设计，提高聚 合反应的效率，降低能耗和物耗， 实现绿色生产。
聚合反应器智能化
控制
利用人工智能和大数据技术，实 现聚合反应器的智能化控制，提 高生产效率和产品质量。
新型的聚合反应技
术
探索和发展新的聚合反应技术， 如活性聚合、固相聚合等，以适 应高分子材料的多样化和高性能 化需求。
02 聚合反应器的工作原理
聚合反应的原理
聚合反应
指多个小分子通过化学键结合形成大分子的过程。
聚合物的形成
通过重复的链增长和链终止反应，形成高分子量的聚合物。
聚合方式
包括加聚反应和缩聚反应，分别生成碳-碳键和除去小分子。
聚合反应器的操作流程
准备阶段
确保反应器内壁干净、无残留 ，准备好原料和催化剂。
聚合反应器的发展历程
早期阶段
聚合反应器最初的形式为釜式反 应器，以间歇操作为主，规模较
小。
过渡阶段
随着聚合反应技术的发展，连续式 聚合反应器逐渐取代釜式反应器， 实现了聚合反应的连续化、大型化。
现代阶段
随着科技的不断进步，聚合反应器 在技术、材质、设计等方面不断优 化，实现了高效、环保、安全的生 产。
投料阶段
将原料和催化剂按照比例加入 反应器中。
聚合阶段
在一定温度和压力下，原料在 催化剂的后，进行后处理，如 分离、洗涤、干燥等。
聚合反应器的控制要素
温度控制
聚合反应通常需要一定的温度来启动 和维持，控制温度稳定对保证产品质 量和安全性至关重要。
压力控制
聚合过程中，反应器内的压力随反应 进行而变化，需通过调节压力来维持 反应稳定性。
聚合反应工程
聚合反应工程一、概述聚合反应工程是指将聚合反应与化学工程原理相结合，通过设计、优化和控制反应过程，实现高效、经济和环保的生产过程。
聚合反应工程包括聚合反应的机理研究、反应器设计和操作控制等方面。
二、聚合反应机理研究1. 聚合反应机理的确定聚合反应机理是指在特定条件下，单体分子之间发生的化学变化以及生成高分子分子链的过程。
确定聚合反应机理是进行聚合反应工程设计和优化的关键。
通常采用实验方法和计算模拟方法来确定聚合反应机理。
2. 反应活性中心研究在聚合反应中，活性中心是生成高分子链的关键。
因此，研究活性中心的生成条件、结构和稳定性等对于提高聚合速率和控制分子量分布具有重要意义。
3. 分子量分布控制在聚合过程中，生成高分子链长度不一致会导致产品品质下降。
因此，需要采取措施控制分子量分布，如引入调节剂等。
三、反应器设计1. 反应器类型选择聚合反应器的类型包括批式反应器、连续流动反应器和搅拌式反应器等。
选择适合的反应器类型可以提高聚合速率和控制分子量分布。
2. 反应器尺寸设计反应器尺寸设计需要考虑聚合速率、产量和传热等因素，以保证生产过程高效、经济和安全。
3. 反应器操作条件控制反应器操作条件包括温度、压力、搅拌速度等，这些条件对于聚合速率和分子量分布具有重要影响。
因此，需要进行优化和控制。
四、操作控制1. 过程监测过程监测是指对聚合反应过程中的物理化学参数进行实时监测，并及时调整操作条件以保证产品品质。
常用的监测方法包括红外光谱法、核磁共振法等。
2. 控制策略设计通过建立数学模型，确定最优的操作条件来控制聚合反应过程。
常用的控制策略包括PID控制、模型预测控制等。
五、总结聚合反应工程是一门综合性强的学科，需要深入研究聚合反应机理，合理设计反应器和控制操作条件，以实现高效、经济和环保的生产过程。
聚合物反应工程
1
2
3
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）
01
04
02
03
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。
尼龙聚合反应器
尼龙聚合反应器
尼龙聚合反应器是一种用于生产尼龙的设备。
尼龙是一种合成纤维，具有优异的物理性能和耐用性，广泛应用于纺织、塑料、橡胶等领域。
尼龙聚合反应器的主要组成部分包括反应釜、加热系统、搅拌系统和控制系统。
反应釜是尼龙聚合反应器的核心，通常由不锈钢制成，具有良好的耐腐蚀性和耐高温性能。
加热系统通过加热介质（如蒸汽或导热油）将反应釜加热至适宜的反应温度，以促进尼龙聚合反应的进行。
搅拌系统则负责将反应物均匀搅拌，以保证反应的均匀性和高效性。
控制系统则监测和控制反应过程中的温度、压力和搅拌速度等参数，以确保反应的安全和稳定。
在尼龙聚合反应过程中，首先将尼龙原料加入反应釜中，并加入适量的催化剂和溶剂。
然后，通过加热系统将反应釜加热至适宜的温度，使尼龙原料发生聚合反应。
在反应过程中，搅拌系统不断搅拌反应物，以确保反应的均匀性和高效性。
控制系统监测和控制反应过程中的温度、压力和搅拌速度等参数，以确保反应的安全和稳定。
尼龙聚合反应器的设计和操作需要考虑多个因素，如反应温度、反应时间、催化剂的选择和加入方式等。
合理的反应条件和操作方式可以提高尼龙的质量和产量，降低生产成本。
因此，尼龙聚合反应器的研发和应用具有重要的意义。
尼龙聚合反应器是一种关键设备，用于生产尼龙。
它通过加热和搅拌等方式促进尼龙原料的聚合反应，实现尼龙的生产。
合理的设计和操作可以提高尼龙的质量和产量，促进尼龙工业的发展。
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而本体聚合和溶液聚合过程，当前虽然还有许多技 术上的问题有待解决，但因两法的通用性强。
所以，随着技术的不断发展，聚合物制造过程会逐 渐向本体聚合和溶液聚合发展。
第二节 聚合反应器
聚合反应器按其型式可分为以下四种 釜式 塔但不论怎样，本体聚合终因反应前后的温度变化太大而 使产物的聚合度分布拉宽，产物的性能变差。
但是从本质上来看，本体聚合是一种最简单的聚合体系， 几乎所有的聚合物均可用此法制备，所以它的通用性很 强，有可能发展成为最简单的工业聚合方法。
即使目前本体聚合在技术上、安全上还存在问题，但随 着聚合反应器设计的不断完善，控制技术的不断进步， 本体聚合将会成为一种最主要的工业聚合方法。
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
(1)由于使用溶剂，增加了溶剂的回收与处理设备 (2)有时溶剂会发生链转移反应，所以产品的分子量较
低 (3)溶剂污染比较严重 但是溶液聚合的通用性强，易于实现大型化、连续化。 虽然目前溶液聚合技术还不完善，但从发展角度来看，
具有良好的发展前景。
四种工业聚合方法的比较
悬浮聚合和乳液聚合过程已发展得相当完善，实现 了大型化，成本已接近极限，且方法的通用性小。
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。
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。
工业上常用的聚合方法有 本体聚合 悬浮聚合 乳液聚合 溶液聚合。
1．本体聚合
最大特点是在聚合过程中，除引发剂外不须加入分散剂、 乳化剂等助剂或溶剂。所以，产品的纯度高。与其他聚 合方法相比，还具有以下优点
工艺流程简单 能耗低 成本低 对环境的污染低 反应器利用率高。它是所有聚合方法中最好的。 表l为苯乙烯本体聚合与悬浮聚合的比较。 可以看出，在同样的生产规模下，本体法的技术经济指
所以传热问题成为本体聚合能否实现工业化及 放大的关键因素之一。
工业上常采用二段分步聚合来解决传热与混合 问题。
第一阶段为预聚合，此时转化率可控制得低一 点。反应器可采用搅拌釜式反应器。
小型本体聚合可采用间歇搅拌釜。 大型本体聚合装置可采用连续搅拌釜。经预聚
后，体系中单体浓度已经降低，反应速率渐趋 缓慢，放热速率亦随之减慢，甚至有时还需要 外部供给反应体系以热量。 这时反应进入第二阶段即后聚合阶段。 此时采用的反应器为塔式反应器或特殊类型的 聚合反应器。
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)
另一方面，不同的聚合反应机理对于单体、引发剂 (或催化剂)和反应介质的要求各不一致。所以，实 现这些聚合过程要采用不同的聚合方法。
因而，聚合操作方式和聚合反应器的选定，又和聚 合方法密切相关。
第一节 工业聚合方法
聚合方法的选择除了要考虑单体的化学特性，传热方式，聚 合物的特性，对产品的质量要求外，能否实现大型化，连续 化，聚合反应器的结构与特性也要予以考虑。
Bethlehem Corp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
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 (4)反应单程转化高(可达95％以上)，减少单体的循环量 (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。
t
设备材 少量不 50％不
料
锈钢 锈钢
10 污水量， 0.02 3.4
0.3
t/t
本体聚合困难的问题是如何及时、有效地移走 反应放出的大量反应热。特别在反应后期，转 化率高，反应体系的粘度剧增，造成混合、传 热困难，反应情况恶化。如果不能及时带出反 应热，就会使体系温度上升，聚合度下降，聚 合度分布加宽，副反应增加。严重的还会出现 因反应温度无法控制而产生爆聚的理象。
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
乳液聚合的主要缺点
(1)为了去除聚合过程中加入的各种配合剂，使 后处理过程变得复杂 设备投资增加 生产成本提高。 (2)通用性不强 (3)废水的污染严重 搅拌釜是乳液聚合最常用的反应器。
4．溶液聚合
近年来，溶液聚合的应用越来越多，特别是在离子型聚 合中。由于溶剂的使用，体系的粘度减小，有利于物料 的混合与传热。溶液聚合的主要缺点是：
Bethlehem Corp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。
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。
易于粘在反应器的壁面，通过搅拌可以防止或减轻粘壁。 而在连续悬浮聚合时，釜与釜间输送物料的管道由于没
有搅拌，粒子很易粘于管壁，最终堵塞管道，使操作无 法进行。 (2)通用性差 只适用于特殊的单体-引发剂体系。因为悬浮聚合的连续 相用水，当使用的引发剂(或催化剂)遇水会分解时，就 不能采用。 悬浮聚合最常用的反应器为搅拌釜
是应用最广的聚合反应器。 而塔式、特殊型聚合反应器则主要用于高粘度聚
合体系中。
一、釜式聚合反应器
釜式聚合反应器是一种形式多变的聚合装置，它 广泛应用于低粘度的悬浮聚合、乳液聚合过程。
也能用于高粘度的本体聚合和溶液聚合过程。 从操作方式来看它能进行间歇、半连续、单釜和
多釜连续操作，以满足不同聚合过程的要求。 为保证釜中物料的流动、混合与传热，液体的分
散或固体物料的均匀悬浮，釜中设有搅拌装置。
通 用 型 釜 式 反 应 器 的 结 构
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
3．乳液聚合
乳液聚合是在乳胶粒中进行反应，反应速率高， 产物聚合度高，乳液聚合也是用水作连续相，所 以传热问题也易于解决。
为了稳定乳液，必须在聚合体系中加入多种配合 剂，而有些配合剂很难从产物中去除。
故乳液聚合的产品使用于制品纯度要求不高的场 合。
目前大部分乳液聚合过程实现了大型化、连续化。 如丁苯橡胶等。
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