第二章 聚合反应器

（二）搅拌器的选型 考虑因素： 搅拌功率，保证物料充分混合，利 于 传热、传质； 动力消耗问题； 结构便于操作和 维修。

1、 以液体粘度和反应釜体积为依据

2、 以流动状态、搅拌目的为依据
（三）搅拌附件
1、挡板 目的：消除釜内液体的打漩现象 作用：将切向流动转变为轴向和径向流 动，增大被搅液体湍动程度，改 善搅拌效果。
3、非均相体系搅拌功率计算

对液-液非均相体系，平均密度可用下式 计算：
对气-液相体系： 搅拌功率要比均相液体搅拌功率低 对液-固非均相体系： 搅拌功率计算值偏小

？
三、密封装置
目的：保证搅拌反应器内处于正常或真 空状态，防止反应器内物料逸出或大气 杂质渗入，影响反应正常进行。 （一）填料密封 1、 结构及工作原理 工作原理：通过填料与搅拌轴之间的径 向压力达到密封效果。
聚合反应特点：
---聚合方法多样，反应机理复杂； ---随反应进行，体系粘度急剧上升,易粘壁等； ---有的需要加热，有的放热激烈。 设计和选型依据：充分考虑单体、聚合物、催 化剂的性质和状态，聚合反应 机理，以及聚合过程中体系的 物性变化。
二、聚合反应器的型式及特点
（一） 按反应体系相态分类 １、 均相反应器 ２、 非均相反应器 （二） 按操作方式分类 １、 间歇式（分批） ２、 半连续式 ３、连续式
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4、涡轮式搅拌器（透平搅拌器）
应用较广泛，能处理粘度范围较宽液体. 剪切力较大，使液体微团分散很细，适 用于低、中等粘度液体的混合、液-液分 散、液-固悬浮及促进良好的传热、传质 或化学反应。 据桨叶叶片形状和位置，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。
2、锚式（框式）

低速运行，低剪切，但循环能力强，不 易产生死区（浆叶与釜壁隔隙小）。刮 扫作用可防滞流层，利于传热，去除沉 积物。 高能耗。
3、推进式搅拌器（也称螺旋浆式）
结构简单，以整体铸造叶轮最常见，适 于液休粘度较低，液量较大的搅拌，湍 流。 需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。 （低剪切、强循环、高速运行、低能耗）

1、 夹套
特点：结构简单，安全可靠，应用
广泛;但处理高粘度物料时，传热系 数不高，能量损失大。
Q=KF△t
K：提高釜壁光滑度，合理选搅拌器，及 时清洗；提高介质薄膜给热系数，如安 装螺旋导流板，提高介质流速。 F：投资费用。 △t：能量消耗。

2、 釜内传热件

当釜较大或釜体材质导热性不良时，增设传热 挡板，蛇形管（D〈70mm)等

5、 螺杆式搅拌器（螺轴式搅拌器） 当液体粘度大于10Pa.S 时，常采用。将 螺距一定的螺旋叶片固定在轴上，常增 设离壁挡板或导流筒，以提高搅拌强度, 造成一定循环流型。 ６、 螺带式搅拌器 适用于粘度较高场合（如达103Pa.S以上) 具体构形有单螺带、双螺带、四螺带、 螺杆/螺带式等
１、 管体 ２、 挡液板 目的：使物料流动状态尽量接近平推流 使物料在管内流速趋于一致。 ３、加热装置
第三节 卧式反应器
一、卧式反应器的工作原理

工作原理：采用回转圆盘等特殊装置，使反 应物料尽可能展开，尽量除去体系内生成的 小分子，以满足反应不同阶段的不同要求， 达到预定的聚合度。
二、卧式反应器结构
1、 搅拌轴功率的关联式
影响因素： 搅拌器形状、尺寸、转速 液体性质 反应器尺寸和内部附件（挡板和其它） 搅拌器在反应器内位置。
2、均相流体搅拌轴功率的计算
拉什顿算图 拉什顿等人对各种推进式、涡轮式和桨 式搅拌器在液体粘度（1*10-3~40）Pa.s以 下，其雷诺数在10 6 以下进行实验，测定 功率并得到了功率因素Φ和雷诺准数Re的 算图
出料装置
（1）位差及压差将物料排除：物料粘度不大、 真空度不高时。 （2）螺杆排料：体系中物料粘度大、真空度 高时。 控制料位目的：上下波动影响反应时间

控制方法：控制出料量。
传动及密封装置 传动：电动机-- 磨擦式变速器--摆线行星 减速器-- 链轮—搅拌轴 转速范围：4~28r/min ？高低的影响 密封：传动端： 1级：聚四氟乙烯石棉方绳； 2级：氟橡胶O形圈； 3级：聚四氟乙烯V形环 非传动端：二级密封

管式反应器
一、管式反应器的工作原理
原理：物料在流动中完成化学反应。随着物料 移动，浓度逐渐降低，反应速率逐渐减少。 特点： 1、稳态操作 2、连续操作且兼具间歇特点，可控制时间， 可分段调控，利于大型化、连续化生产。 3、结构简单，单位体积传热面积大，适于高 温高压的聚合反应器。
二、管式反应器的结构
（二）机械密封（端面密封）

1、 结构及原理

（三）机械密封与填料密封比较
四、传动装置

图示：电机、减速器、联轴器、机座等

电动机功率计算：
五、传热装置
目的：依聚合反应放热或吸热特点，严 格控制反应温度，使恒定或严格按温度 曲线进行。 要求：传热效率高、结构简单、避免易 挂料的粗糙表面及结垢死角，易清洗。 方法：间接
？锚式、框式安 装需档板吗？
２、 导流筒 目的：控制回流速度和方向以确定某一 特定流型； 作用：使所有物料均可通过导流筒内强 烈混合区，提高混合效率，减少短路机 会。

（四）搅拌器的功率计算 目的：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。 搅拌器功率包括： a) 搅拌轴功率：搅拌叶克服流体阻力消耗能量； b)搅拌轴封消耗能量：填料（10%~15%轴功 率）、端面（2%轴功率） c) 机械传动消耗的能量：机械传动效0.8~0.95

２、 填料 要求：塑性、弹性,耐腐蚀、耐磨、耐温，与 轴的磨擦系数小等。 选用原则：据反应器内的介质、操作压力、 操作温度、搅拌轴转速等 较小正压（≤0.2Mpa）：无毒，不易燃、不 易爆，石棉制品（石棉绳、油浸石棉盘根） 安装时外涂工业黄油。 压力较高或高真空和介质有毒、易燃、易爆， 常用浸滞聚四氟乙烯填料； 高温高压下，常用金属填料（铅、铝、紫铜 及不锈钢）

思考题：
1、以聚酯为例说明聚合反应需要哪些条件？ 对照说明搅拌釜式反应器应具备哪几部分 的结构，需发挥怎样的作用。 2、搅拌器的类型及其特点？如何选型？ 3、搅拌轴功率计算公式中相关概念 4、高分子材料加工性能中相关概念 5、安装搅拌附件的作用 6、两种密封装置的密封原理 7、间歇式和连续式聚合反应器的特点 8、挡液板的形状和作用 9、回转圆盘的作用
（三）按反应器结构分类 釜式反应器（搅拌釜式、系列釜式) 管式（塔式）反应器 特种反应器
第二节 搅拌釜式反应器
第二节 搅拌釜式反应器
一、釜体 包括：直立圆筒、上下封头、接管、法 兰、支座等 封头： 上，平盖形、椭圆形、球形； 下，椭圆形、球形、锥形 材质：碳钢、不锈钢、复合钢板、或非金属材 料（搪瓷、塑料、橡胶衬里）等，据物料特性 选用

釜盖为椭圆封头、端部法兰式结构 特点：开式结构、釜盖重量较轻，适用压力较 低、容积较小的反应釜选用。

釜 盖 为 平 盖 、 端 部 法 兰 式 结 构 ． 特点：开式结构、结构紧凑、外形尺寸较小、 釜盖重量较小、造价较高，适用于压力较高、 容积小的反应釜选用。

特点：开式结构、平盖及端部法兰尺寸较小， 釜盖重量较轻用于必须采用平盖结构而容积又 比较大的反应釜。

闭式、留人孔式结构 特点：闭式结构、无法兰、结构简单、 造价较低，适用容积大的反应釜。
二、搅拌装置的型式与选择 搅拌过程目的：使组分混合均匀，强化 传质传热。
作用：使体系各部分均相混合成均 质状态，增大分散相的有效接触面 积，降低分散相周围液膜阻力，提 高传质传热速度。
机械能—液体运动能
（一）搅拌器型式 按桨叶构形分： 1、 桨式 平叶桨式：桨面与运动方向垂直，低速 运转时，环向流动，转速提高 径向流增大。 折叶桨式：产生较大轴向流动，利于搅 拌混合。
3、 釜外传热
（1）釜内产生气体导出至釜外回流冷凝器， 冷凝液体返回；如醋酸乙烯溶液聚合。 （2）釜内液相导出，釜外循环传热；部分物 料泵抽出，冷却返回；如丙烯溶液。

六、其他型式的搅拌反应器
1、卧式
2、底部传动、偏心式
新型搅拌釜式反应器
瑞士LIST公司最新开发成功的新型反应器
第二节
第二章 聚合反应器
主要内容：
搅拌釜式反应器、管式反应器、 卧式反应器等形式反应器的特点、 结构、工作原理，及其在高分子 合成工业中的应用。 重点：釜式反应器、卧式反应器 难点：设备选型
第一节 概述 一、聚合反应器作用 二、聚合反应器的型式及特点
一、聚合反应器的作用
作用：满足聚合反应工艺及产品质量的要求。