聚合反应器的分类介绍详解

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。
径增加，径向温差增大、管内物料加热不均匀所致．故管式
反应器直径通常小寸：800mm。
由于聚合管内物料停留时间长，流速低，粘度大，呈层流状流动，必然存在径向 速度梯度。在管中心处流速大，停留时间短，而靠近管壁处流速低，停留时间长， 造成聚合体质量不均匀：为改变这种状况、使物料流动状态尽量接近平推流，可 在管内沿轴向设置若干挡液板，使物料在管内流速趋于一致。
（六）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。 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
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。 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)。
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)。
搅拌釜式反应器
聚合反应器的定义： 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，物料粘壁等现象给聚合反应器
的选型和设计带来一定的难度。
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，
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。
釜体包括直立圆筒、上下封头、接管、法兰、支座等。
二、搅拌装置的型式与选择
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。
2．挡液板
3．加热装置
管式反应器多采用联苯混合物作为热载体。
加热方式有两种：
一种采用联苯锅炉产生联苯蒸汽进入夹套，冷凝后返回联苯锅炉，加热气化后循 环使用。该种加热方式具有传热均匀的优点，但设备管线较复杂； 另一种是将电热棒直接安装在夹套内，加热夹套内的联苯混合物。此种加热方式 结构简单，费用低，操作简便，联苯渗漏及热损失小。
（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。 （三）密封装置 为了保证搅拌反应器内处于正常或真空状态，防止反应器内物料溢出或大气中 杂质渗入，影响反应的正常进行，在选装的搅拌轴与釜封头间需安装密封装置。其 主要型式有填料密封和机械密封两种 （四）传动装置 根据工艺要求，聚合反应器的搅拌器在一定的转速下运行，由于搅拌的转速通 常小于电动机的转速，因而需设置传动装置 传动装置包括电动机、减速器、联轴器及机座 （五)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。
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。
管式反应器
管式反应器是一种连续式反应器。物料从管道的一端连续输入，产物 从管道的另一端连续输出，直达到某一转化率，并在流动中完成化学反 应，随着管道中物料的移动，浓度逐渐降低，反应速率逐渐减小。 在管式反应器中物料呈平推流运动，沿管轴方向每一微积单元，其物 料的组成、浓度、温度不随时间而改变属稳态操作。这和连续操作搅拌 釜式反应器相同，而无数的微积单元又可视为无数个连续操作搅拌釜式 反应器的串联，因此管式反应器兼具间歇操作和连续操作搅拌釜式反应 器的特点。有利于大型化、连续化生产，设备结构简单，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。 设计中的要点有两个： 其一，保证物料在管式反应器中呈平推流运动； 其二，尽量减小管式反应器管内体 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，并且随管
3．加热装置 通常采用夹套式加热，以联苯作为热载体，由电热棒封闭式加热或采用联 锅炉循环加热。 4．出料装置 卧式反应器的料位控制十分重要，料位的上下波动除影响反应时间外，还会 产生“凝胶粒子”，直接影响高聚物的质量。生产中通常控制出料量以稳定卧 式反应器中的料位，反应器中物料粘度高，有时反应器内还呈真空状，故必须 采取持殊方法才能将料排出。 出料方式常见有两种，当反应器内物料粘度不太大、真空度不高时，可利用位 差及压差将物料排出； 当体系中物料粘度大、真空度高时，一般采用螺杆排料。出料螺杆与挤出机螺 杆结构相似，只是没有加料段，而有伸进釜内的引料螺旋带。 5.传动及密封装置 卧式反应器的搅拌轴转速不宜过高，因为过高的转速不仅功率消耗大，而且 摩擦热量亦大。在高粘度介质中热量不易散发，会导致产品质量二话。另外， 当搅拌过快时，反而会造成料液来不及表面更新，对小分子物料排除不利。但 搅拌速度过慢，亦不利于反应正常进行。
1．筒体 卧式反应器的筒体呈卧式圆柱形，多为不锈钢制，筒体外侧及两端 均设置碳钢制加热夹套。联苯汽上进下出，作为热载体进行热交换。在 筒体上端开有进料口和抽气口。物料从进料口连续进入，反应器中生成 的小分子蒸汽由抽气口抽出，反应完毕的物料从简体下部的出料口排出。 2．搅拌装置 可单轴搅拌，也可双轴搅拌。单轴搅拌结构简单，但对料液的剪切作 用难以达到轴附近，聚合物易粘附在轴上，适用于制备体系中粘度不太 高的聚合物。双轴搅拌结构较复杂，但聚合物在轴上粘附现象减少，且 能将料液撕裂成薄膜，有助于增大蒸发面积相促进自由表面更新，适用 于高粘度物料的聚合。 单轴式搅拌装置其轴心相对筒体有一定的偏心距，以使轴的振动稳定 性提高。装有双轴搅拌装置的反应器，其筒体内底呈马鞍形，以避免料 液聚积在釜底形成死角。 搅拌翼的主要作用是加强物料在卧式反应器内的径向混合，防止物料 粘壁。生产中根据物料在卧式反应器中的粘度变化，常将多种搅拌翼组 合使用。