聚合物合成工程-第3 章讲 聚合物生产设备.pptVIP

第3章 聚合物生产设备 3.1 聚合物合成设备 3.2 聚合物分离设备 3.3 聚合物脱水及干燥设备 §3.1 聚合物合成设备 聚合物合成设备是关键设备,其种类很多。按结构划分: 3.3.1 釜式聚合反应器 由容器部分(釜体) 、热交换 装置、搅拌装置、密封装置及其 他部分 (如挡板、接管、人孔和支 座等) 组成,如图3-1所示。 图3-1 搅拌聚合釜的结构图 1. 釜体 釜体由圆形简体和上下封头组成,其作用是为物料提供反应空间,所 用材质多为搪玻璃、不锈钢和复合钢板,规格有7m3、13.5m3 、14m3 、 30m3 、 33m3等,最大可达250m3。 2. 热交换装置 热交换装置的结构有夹套传热、内冷件传热和釜外循环传热等,其作用是供给或带走热量保证反应顺利进行。其中,夹套传热是聚合釜的主要传热方式。 3. 搅拌装置 搅拌装置由搅拌器(包括搅拌轴、搅拌浆叶和联结件)和传动装置组 成,其作用是提高釜内物料的流动性,保证物料混合均匀、传热和传质 等。搅拌器材质一般采用不锈钢或搪玻璃。搅拌器的搅拌作用是由运动 着的搅拌浆叶产生的,其搅拌特性和效果主要取决于浆叶型式和尺寸。 根据桨叶结构型式及尺寸大小,不同搅拌器适用于不同的搅拌体系。 搅拌器的搅拌参数主要包括搅拌转速N、搅拌功率P和搅拌混合时间t等，有关搅拌器作用原理、搅拌参数的计算、搅拌器操作特性和搅拌器选型即将在《聚合反应工程基础》深入学习。 实际上,搅拌装置一般还包括挡板、导流筒、内盘管等附件,其作用主要是改变釜内物料流型,增大物料湍动程度,增强搅拌效果,提高桨叶的剪切性能, 增大传热面积等。此将在《高分子工程设计》深入学习。 3.1.2 管式聚合反应器 管式聚合反应器由单根连续管或一根以上的管子平行排列构成,它是使反应流体通过细长的管子而进行的反应装置,结构简单,单位体积所具有的传热面较大,适用于高温、高压装置,例如高压聚乙烯生产和尼龙66的熔融缩聚的前期就采用此聚合装置,如图3-2所示。 图3-2 管式聚合反应器的结构示意图 A 加热段；B 反应段；C 冷却段 采用连续操作方式，物料组成沿管程递变，但某一截面上物料 组成在时间进程中变化较小，物料的流动接近于平推流，物料返混 很小，物料停留时间分布窄，反应器比传热面积大，物料温度可管 长分段控制。反应慢时，要求管子长，压力降大，不适合粘度大体 系的生产，一般处理粘度较低的均相反应物料。 3.1.3 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,型式较少,是一种长径比较大的垂直圆筒结构,是挡板式或固体填充式,也可以是简单的空塔,见图3-3。 物料的流动接近于平推流，物料返混很小， 根据加料速度的快慢，物料在塔内的停留时间可有 较大变化，塔内物料温度可沿塔高分段控制，多用 于连续生产且对物料的停留时间有一定要求的情 况，常用于缩聚反应，对于本体聚合和溶液聚合也 有应用，在合成纤维工业中，塔式聚合反应器所占 比例有30%左右，管式、塔式反应器约占聚合反应 器的10-20%不适合粘度大体系的生产。 3.1.4 流化床聚合反应器 流化床聚合反应器是一种垂直圆筒形或圆锥形容器,内装催化剂或参与反应的细小固体颗粒,反应流体从反应器底部进入,而反应产物则从顶部流出,如图3-4所示。 图3-4 流化床聚合反应器的 结构示意图 流体在反应器中的流速要控制到固 体颗粒在流动中浮动而不致从系统中带 出,在此状态下,颗粒床层犹如液体沸腾一 样,这种反应器传热好,温度均匀且容易控 制,但催化剂的磨损大, 床内物料返混大, 对要求高转化率的反应不利。 3.1.5 其他特殊型聚合反应器 板框式聚合装置(有机玻璃和聚苯乙烯)、卧式聚合釜(聚氯乙烯)、捏合机式聚合装置(芳香族聚酰亚胺)、挤出型反应器(尼龙66)和履带式聚合装置(聚异丁烯橡胶) 。 3.1.6 聚合反应器选用依据 包括聚合反应器的稳定性和传热效能、反应器的有效利用率和生产能力、物料在反应器中的停留时间和停留时间分布、物料在反应器中的混合状况以及最终的反应结果(如聚合转化率、 残余单体的含量、聚合物分子量及分布、聚合物组成、聚合物颗粒形态、颗粒直径及其分布)等 。 1. 聚合反应器的操作特性 同一种聚合物可以用不同的聚合方法生产,而不同的聚合方法对聚合反应器的要求不同,例如悬浮聚合、乳液聚合等低黏度体系一般采用釜式聚合反应器;而本体聚合和熔融缩聚等黏度较高体系常采用特殊型式的聚合反应器。