(优选)聚合过程及聚合反应器
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。
乙烯高压气相本体聚合制备低密度聚乙烯的合成工艺
乙烯高压气相本体聚合制备低密度聚乙烯的合成工艺概述乙烯高压气相本体聚合属于自由基型聚合反应机理。
在聚合过程中，由于温度较高，而使产物中以支链大分子为主。
这主要是因高温下易发生链转移。
高压聚乙烯有两种支链，即长支链和短支链，其中长支链是由于分子间的链转移造成的；短支链主要有乙基和丁基短支链，它们的形成是因为链自由基与本身链中的亚甲基上的氢发生了分子链内的转移反应。
CH2CH2CH 2CH222CH 32CH 2C CH 2CH 2CH 2CH 2CH 2CH 3H CH 2CH 22CH2CH 2H CH CH 3CH 2CHCH 2CH 3H CH 2CCH 2CH 3H低密度聚乙烯为乳白色蜡质半透明固体颗粒，无毒，无味，密度在~cm3范围内，在聚乙烯树脂中，除超低密度聚乙烯树脂外是最轻的品种，与高密度聚乙烯相比，其结晶度（55%~65%）和软化点（90~100℃）较低些，有良好的柔软性，延伸性，透明性，耐寒性和加工性，化学稳定性较好，可耐酸，碱和盐类水溶液，有良好的电绝缘性能和透气性，吸水性低，易燃烧，燃烧时放出一种石蜡气味。
由低密度聚乙烯生产的产品主要有薄膜，中空容器，管材，编织袋，周转箱，单丝，瓦楞板，电缆料，板材和鞋。
由于聚乙烯制品的力学性能，电性能良好，化学性能稳定和成型加工性能好等特点，所以，其制品广泛应用在工业，农业，医药卫生和日常生活用品中。
聚合体系各组分及其作用 一、单体乙烯乙烯在常温常压下为略带芳香味的无色可燃性气体。
CAS 号：74-85-1；临界温度： ℃；临界压力：；沸点： ℃；自燃点：℃；乙烯的危险等级4(易燃气体)；采用钢质气瓶包装。
运输注意事项：采用刚瓶运输时必须戴好钢瓶上的安全帽。
钢瓶一般平放，并应将瓶口朝同一方向，不可交叉；高度不得超过车辆的防护栏板，并用三角木垫卡牢，防止滚动。
运输时运输车辆应配备相应品种和数量的消防器材。
装运该物品的车辆排气管必须配备阻火装置，禁止使用易产生火花的机械设备和工具装卸。
聚合物合成工艺
植物、农副产品 糠醛、纤维素脂、纤维素醚等。
2.2.3 中国资源情况展望
煤炭资源丰富 石化基地：大型乙烯装置
第3章 自由基聚合生产工艺
本体聚合 乳液聚合 悬浮聚合 溶液聚合
3.1 自由基聚合工艺基础和本体聚合生产工艺
3.1.1 自由基聚合工艺基础
自由基聚合引发剂
1.特点：产品不能精制提纯，因此，对聚合反应工艺条件和设备 要求很严格；同一套装置要求生产不同牌号的产品。
2.聚合实施方法 自由基聚合：本体、乳液、悬浮、溶液 离子与配位聚合：本体、溶液
3.聚合反应的操作方式 间歇聚合：分批生产，适于小批量生产； 连续聚合：自动化程度高，质量稳定，适合大批量生产。
4.聚合反应器 管式、塔式、釜式、特殊形式 反应热排除方式：夹套冷却、内冷管冷却、反应物料部分闪蒸、反 应介质预冷、回流冷凝器冷却等。 搅拌器形式：平桨式、旋桨式、涡轮式、锚式、螺带式
1.3.5 聚合物后处理过程
后处理过程主要是脱除水分和有机溶剂的干燥过程。 1 合成树脂：采用气流干燥、沸腾干燥；干燥后得到的粉
状树脂，一般要添加稳定剂、润滑剂等添加剂，经混 炼、造粒制得粒状料（PVC除外）。 2 合成橡胶：采用箱式干燥机、挤压膨胀干燥机干燥。干 燥后进入压块机压制成25kg大块。
3.3.2 聚合工艺
常用釜式反应器、半连续操作。
3.3.3 后处理
聚合物溶液：脱除单体，浓缩或稀释至要求的固含量。 固体聚合物：真空蒸发脱单体、有机溶剂； 水溶液：干燥机脱水。
▲3.4 乳液聚合生产工艺
▲应用：合成树脂如PVC、聚醋酸乙烯、聚丙烯酸酯等； 合成橡胶如SBR、NBR、CR。
▲特点： 优点：聚合反应热清除较容易； 反应体系粘度低； 分散体系的稳定性优良，可连续操作； 产品乳液可直接用作涂料、粘合剂、表面处理剂。 缺点：分离过程较复杂，产生大量废水，直接干燥能耗大； 聚合物杂质含量较高。
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。
(优选)聚合反应器的分类介绍
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
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
第一二章 化学反应工程基础
结构型式
适用的相态
应用举例
反应釜（包括 液相、气-液相、液-液 苯的硝化、氯乙烯聚合、高压聚乙烯、
多釜串联）
相、液-固相
顺丁橡胶聚合等
管式 鼓泡塔
气相、液相
石油裂解、甲基丁炔醇合成、高压聚乙 烯等
气-液相、气-液-固（催 硫酸的生产、苯的烷基化、二甲苯氧化、
化剂）相
乙烯基乙炔合成等
固定床
气-固（催化或非催化） 二氧化硫氧化、氨合成、乙炔法制氯乙
• 由于反应过程中反应物料的浓度随时间不断 变化，所以间歇反应是不稳定过程。这类反 应器通常是使用釜式反应器。
• 间歇反应器能用一釜进行多品种的生产， 操作灵活性与弹性大，投资小，适用于小 规模多品种的生产过程。
• 但间歇反应器操作需要较多的辅助时间(投、 出料，清洗、升温等)，所以设备的利用率 低，产品质量不易均匀，特别在聚合物生 产时会使聚合产物的聚合度及其分布发生 变化，影响产品的性能。
第二章 化学反应工程基础
第一节 化学反应和反应器分类
第一节 化学反应和反应器分类
一、化学反应的分类 二、反应器的分类 三、连续反应器内流体流动的两种理想型态
一、 化学反应的分类
• 按化学反应的特性分类 • 按反应物料的相态分类 • 按反应过程进行的条件分类
（1）按化学反应的特性分类
反应机理
简单反应、复 杂反应
3. 一级可逆反应
三 复合反应动力学方程式
• 复合反应是有几个反应同时进行，要用几 个动力学方程式来描述。
• 常见的复合反应有平行反应、连串反应、 平行连串反应。
1. 平行反应
2. 连串反应
由上图可以看出，A的浓度呈指数下降，S的浓度随反应 时间呈连续上升形状，而R的浓度随时间上升到一个最大 值后再下降。将式2-32对t微分，就可以求出tmax
三元乙丙橡胶聚合反应器的设计
三元乙丙橡胶（EPDM）是一种广泛应用于汽车、建筑、电力等领域的合成橡胶材料。
EPDM具有优异的耐热性、耐候性和化学稳定性，因此在各种恶劣环境下都能保持良好的性能。
EPDM的生产主要通过聚合反应器进行，而聚合反应器的设计对于EPDM的生产过程至关重要。
本文将从反应器的工作原理、设计要点、操作注意事项等方面进行深入探讨。
一、三元乙丙橡胶（EPDM）聚合反应器的工作原理1. 聚合反应器是EPDM生产过程的核心设备之一，其主要功能是在高温、高压、特定催化剂的作用下，将乙烯、丙烯、非对称二烯等单体进行聚合反应，最终形成EPDM聚合物。
2. 聚合反应器通常由反应釜、加料系统、升温系统、搅拌系统、冷却系统、产品收集系统等组成。
其中，反应釜是聚合反应的关键部分，其内部需要能够承受高温高压环境，同时具有良好的密封性和传热性能。
3. 在聚合反应过程中，催化剂的选择、反应温度、反应压力、溶剂的选择等因素都会对最终产品的质量产生重要影响。
聚合反应器的设计需要考虑到这些因素，并进行合理的优化。
二、EPDM聚合反应器的设计要点1. 反应釜的选择和设计（1）材料选择：反应釜通常采用不锈钢、钛合金等耐高温、耐腐蚀的材料制成，以保证其在高温、高压环境下能够安全、稳定地运行。
（2）结构设计：反应釜的结构设计要考虑到内部的搅拌系统、加料系统、冷却系统等部件的布置，以保证反应过程中能够充分混合、控制温度，并确保反应釜能够方便地进行清洗、维护等操作。
2. 加料系统的设计（1）加料系统需要根据反应物料的性质和使用要求进行设计，以保证反应过程中能够精确控制各种原料的进料量和比例，保证反应的稳定性和产品的质量。
（2）加料系统还需要考虑到原料的储存、输送、计量等环节，以避免原料在加料过程中发生积聚、挥发等不良情况。
3. 温度控制系统的设计（1）在EPDM聚合反应过程中，温度控制是非常关键的，需要保证温度能够在一定范围内精确控制，以避免过高或过低对反应产物的影响。
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。
第八章 聚合过程及聚合反应器
1.本体聚合
改进的方法是采用两段聚合：
第一阶段为预聚合，保持较低的转化率， 10%-40%不等，这阶段体系粘度较低，散热 尚无困难，聚合可在较大的聚合釜中进行---
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
自由基溶液聚合选择溶剂时，须注意两方面的问题。 （1）溶剂的活性 溶剂往往并非绝对惰性，对引发
剂有诱导分解作用，链自由基对溶剂有链转移反应。 （2）溶剂对聚合物溶解性能和对凝胶效应的影响
选用良溶剂时，为均相聚合，如果单体浓度不高， 则有可能消除凝胶效应，遵循正常自由基聚合动力 学规律。选用沉淀剂时，则成为沉淀聚合，凝胶效 应显著。
与反应器壁间存在间隙，物料可在各段内分 别循环，并由下至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。
23
1.釜式聚合反应器（立式）
24
1.釜式聚合反应器（卧式）
25
1.釜式聚合反应器
釜式反应器的操作条件可在很广的范围内变 化，例如容积可从数立方米0-3Pa .s至上 千Pa .s。
13
3.乳液聚合
乳液聚合的缺点： （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，成 本提高。 （2）通用性不大。 （3）废水的污染严重。 乳液聚合最常用的反应器是搅拌釜。
14
4.溶液聚合
单体和引发剂溶于适当溶剂中的聚合称做溶液聚合。 与本体聚合相比，溶液聚合体系粘度较低，混合和
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，可以提高传热效率。 此反应器能处理粘度1000Pa.S左右的反应液。
丁苯橡胶装置聚合反应器工艺
每小时产量：
每小时消耗的烃含量：
丁二烯与苯乙烯的总量
F1 f1
方注r聚fr121f程：率、12r11组C、r2f—12瞬、2 f转1间ff1f化1单、f率r2体f22f，组—22—成丁丁，二二— 烯烯、 物FF起料苯11 始平乙mf组均烯110 M成的组m1(，1C1竞成Mm。C12 )Mf
合反应器工艺设计
表1 主要原料指标
原料
指标
丁二烯纯度
99.3%
苯乙烯纯度
99.6%
烃中苯乙烯含量
23.5%
混合苯乙烯纯度
94%
混合丁二烯纯度
表2 产品指标
产品
指标
气提胶乳中结合 苯乙烯含量
残留苯乙烯
最终胶乳
尾气中的丁二烯 含量
滗析器中的残留 苯乙烯
门尼粘度
伸长率
22.5~25.4%
废气 废NaOH
水 废水
废水
防填 老充 剂油
成品
图1 低温乳液聚合生产丁苯橡胶工艺过程
典型配方
年产量：
X 万吨
烃含量:
92%
单体回收单元损率: 0.2%
丁二烯的竞聚率 r1=1.4，瞬间摩 尔分率 F1=0.84
年工作日： 7800小时
转化率:
60%
后处理单元损率: 0.6%
苯乙烯的竞聚率 r2=0.44
聚合配方 （质量百分含量，净含量/100份单体）
1. 乳化剂：松香酸钾皂 水
2. 电解质：磷酸
4.62 176.072 0.231
氢氧化钾 水 乙二胺四乙酸四钠盐 间次甲基二萘磺酸钠
0.396 2.06
0.03 0.13
3. 活化剂：硫酸亚铁 乙二胺四乙酸四钠盐 水
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。
聚合反应器的分类介绍全解
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)。
搅拌釜式反应器
1．管体
是带有夹套的长直圆管，为便于制造安装，常制
成若干段(每段3一5m)，各段间用法兰联接。管体顶部可采 用凸形或平板封头，为便于高粘度物料流出，底部多采用锥 形封头。管外装有夹套，内通载热体，管体多采用不锈钢， 夹套可采用普通钢。
管体直径是影响聚合过程的重要因素，在同样聚合温度
和聚合时间下，管径愈小，愈易制取质量均匀、相对粘度较 高的聚合物。这是因为当管径较大时，反应物量增多，引发 剂加入量增多，温度相应增加，低分子物排除困难，并且随
卧式反应器
一、卧式反应器的工作原理 在聚合过程中，有时前后不同阶段物料的特性差异很大， 对反应条件的要求亦不尽相同如聚合前期物料体系粘度低，放 热多，流动较容易，而在聚合后期则往往相反，且希望在反应 进行的同时能去除生成的低分子物，此时在生产中往往采用卧 式反应器。 卧式反应器除需满足一般反应器的要求外，还有以下特殊 要求： 1．物料在反应器内能沿径向充分返混，轴向无返混，尽 量接近平推流。 2．根据聚合动力学理论，为达到预定的聚合度，要尽量 去除体系中生成的小分子，故应在反应器内将反应物料尽可能 展开，形成大面积的薄膜，增加蒸发表面积、且蒸发表面积能 不断更新。
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。
3．卧式搅拌反应器
该型式可设臵多个搅拌器，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。
丙烯聚合反应器与过程模型化
Industrial & Science Tribune 2012.（11）.2
·69·
产业与科技论坛 2012 年第 11 卷第 2 期
（ 一） 活化反应： 助催化剂与催化剂在载体催化剂表面发 发生氧化聚合。 生反应， （ 二） 链引发反应： 丙烯分子自行插入活性中心， 形成聚
* * 丙烯链的开端 C + M P1 。
【关键词】 聚合反应器； 过程模型化； 过程模拟 【作者单位】 林柏昆， 中国石油广西石化分公司
聚丙烯是丙烯聚合得到的热塑性树脂， 其密度小、 成本 低、 化学稳定性高， 在电器、 电子产品、 汽车、 建筑包装等多个 方面有着广泛的应用。 其产业也日益发展， 工艺多样， 不断 适应着市场上各种层次的需求 。 研究丙烯聚 的出现新产品， 合反应器与过程模型化能够更好的服务于聚合丙烯工业， 为 其他行业服务。 一、 聚丙烯的生产工艺 聚丙烯的生产工艺包括淤浆法工艺 、 溶液法工艺、 本体 法工艺、 气相法工艺等。 （ 四 ） 基于模型的 聚 类 算 法 。 基 于 模 型 的 方 法 主 要 有 两种： 统计方法和神经网络方法 。 大多聚类都采用了统计 方法， 也就是利用概率参数来帮助确定概念或聚类 。 所获 得的每 个 聚 类 通 常 都 是 通 过 概 率 描 述 来 表 示 的 。 COBWEB 是一个常用并且简单的增量式概念聚类方法 。 它 的 采用分类树的形式创建 输入对象是采用符号量来描述的， 一个层次 聚 类 。 一 个 分 类 树 中 的 一 层 形 成 一 个 划 分 。 COBWEB 的另外一个版本是 CLASSIT ， 它可以对连续取值 属性进行增量式聚 类 。 这 两 个 方 法 都 不 适 用 于 对 大 数 据 库进行聚类 。 神经网络聚类方法是将每个聚类描述成一个例证， 每个 例证作为聚类的原型， 然后根据某种度量， 将新的对象分配 到最相似的聚类之中。主要的方法有： 竞争学习方法和自组 织特征映射方法。 三、 当前聚类算法普遍存在的问题 上文主要讨论了聚类分析算法的分类， 并且介绍了每一 这些算法虽然已经被广泛应用到 类中有代表性的几种算法， 但都存在着这样或者那样的不足 。 这些不足总 众多领域中， 起来说有以下几种： （ 一） 对初始参数敏感， 最终结果强烈地依赖于初始化参 。 数 在这些算法的初始输入中， 除了需要聚类的数据， 往往 还要求用户输入一些相关的参数， 而这些参数选择的好坏直 接影响到聚类结果的好坏 。对普通用户来说， 参数的选择存 在一定的困难。 （ 二） 难以找到最优聚类。一个包含 n 个数据的数据集， 如果把它聚成 k 个类， 共有种可能， 但目前还没有一种能从
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产品纯度高
出料
LDPE等
悬浮聚合
单体、引发剂、反应热易排除，质量 水、分散剂 稳定，纯度较高，工
艺成熟，不能连续生 产
分散剂种类， 用量，搅拌速 度
PVC、PMMA、 PS等
溶液聚合
单体、引发剂、反应热易排除，可消
溶剂
除自动加速现象，质
量均匀，产物可直接
使用
溶剂溶解性， 转移反应，溶 剂性质（离子 聚合）
PVAC、PMA、 PP、橡胶等
乳液聚合
单体、引发剂、安全、连续、速度快，乳化剂种类，
水、乳化剂 聚合度大，产品可直 用量，搅拌速
接使用
度，固含量，
pH值
PVAC、丁苯 胶、丁腈胶等
第二节 聚合反应器
• 聚合反应器按其型式可以分为釜式、塔式、 管式和特殊型四种。
• 搅拌釜式反应器是应用最广泛的聚合反应 器；
• 对低粘度系统主要使用平桨式、推进式和 涡轮式等搅拌器；而对于高粘度体系主要 使用锚式、螺带和螺杆式搅拌器。
• 釜式反应器的除热装置主要是采用夹套和 各种内冷件来实现传热的。
二. 塔式聚合反应器
• 与釜式聚合反应器相比，塔式聚合反应器 构造简单，形式也少。
• 塔式反应器一般作为均相系统中处理高粘 度反应物料用。
• 如工业上PVA的生产、PS的生产等就采用 塔式聚合反应器。
三. 管式反应器
• 管式反应器结构简单，单位体积所具有的传热面 积大，适用于高温、高压的聚合反应器。
• 主要缺点是容易发生粘壁现象，造成管子堵塞； 其次当物料粘度很大时，压力损失也大。
• 为了控制温度，管外有夹套，内通冷却介质以移 走反应热。目前环管反应器体积可达20-100m3， 管长约为100-150m。
• 悬浮聚合产品的纯度高，工艺过程的简单 程度仅次于本体聚合。
• 悬浮聚合的缺点是不易实现连续化，因为 在连续悬浮聚合时，釜与釜之间输送物料 的管道由于没有搅拌，粒子很容易粘于管 壁，最终堵塞管道，使操作无法进行。
• 另一个缺点是通用性差，它只适用于特殊 的单体-引发剂体系。因为悬浮聚合的连续 相用水时，当使用的引发剂遇水分解时， 就不能采用。
• 工业上常采用两段聚合法来解决传热与混 合问题。
• 第一段为预聚合，此时转化率控制的低一 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。
• 第二段为后聚合，此时采用的反应器为塔 式或特殊类型的聚合反应器。
• 本体聚合因反应前后温差变化太大而使产 物的聚合度分布变宽，产物的性能变差。
• 与其他聚合方法相比，工艺流程简单，能 耗低，成本低，对环境的污染小。
• 从反应器的利用率来看，它是所有聚合方 法中最高的。
• 本体聚合的工业化困难是如何及时、有效 的移走反应放出的大量反应热。
• 特别是在反应后期，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。
• 如果不能及时移走反应热，就会使体系温 度上升，聚合度下降，聚合度分布变宽， 副反应增加，甚至引起爆聚。
3. 乳液聚合
• 乳液聚合是在乳胶粒子中进行反应，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。
• 但在乳液聚合时为了稳定乳液，加入了多 种助剂，而有些助剂很难从产物中去除， 故乳液聚合的产品适用于产品纯度要求不 高的场合。
• 大部分的乳液聚合已经实现了大型化和连 续化。
• 塔式和特殊型聚合反应器则主要用于高粘 度体系中。
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，也能用于本体聚合和溶液聚合。
• 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，来满足不同聚合过 程的要求。
• 为了保证釜中物料的流动、混合与传热， 釜中装有搅拌装置。
• 溶液聚合的主要缺点是：
• 由于使用溶剂，增加了溶剂的回收与处理 设备；
• 溶剂有时候会发生链转移反应，导致产品 的分子量较低；
• 溶剂污染比较严重，增加消防隐患。
四种聚合方法工业实施的总结
实施方法 反应前组成
特点
控制条件
主要应用
本体聚合 单体、引发剂 简单、反应热难排除，反应热，产物 PMMA、PS、
• 乳液聚合的缺点：
• 为了去除聚合过程中加入的各种助剂，使 后处理过程变得复杂，设备投资增加，成 本提高；
• 通用性不大；
• 废水的污染严重。
4. 溶液聚合
• 在溶液聚合中，由于溶剂的使用，使聚合 体系的粘度减小，有利于物料的混合与传 热。
• 溶液聚合的通用性比较大，易于实现大型 化和连续化。
四. 特殊型聚合反应器
• 在本体聚合和缩聚反应的后期，反应物料 的粘度可达500-1000Pa.s，此时必须使用 特殊类型聚合反应器。
• 主要有螺杆型反应器、薄膜型反应器、高 滞液量型反应器等。
（优选）聚合过程及聚合反应 器
• 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，还要考虑能否实现大型化、 连续化，以及反应器的结构与特性。
• 工业上常用的聚合方法有本体聚合、悬浮 聚合、乳液聚合及溶液聚合。
1. 本体聚合
• 本体聚合的最大特点是在聚合过程中，除 了引发剂外不须加入分散剂、乳化剂等聚 合助剂或溶剂，所以产品的纯度高。
• 但本体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。
2. 悬浮聚合 • 悬浮聚合的机理与本体聚合相同，只是把
单体分散成液滴悬浮于水中进行聚合，这 样解决了传热的问题，但设备的生产能力 相应减小了。
• 另外，聚合过程中要加入分散剂来稳定液 滴，这就增加了后处理设备。