聚合反应工程之聚合反应器.ppt

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。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。第31页,共58页，星期六，2024年，5月由于以上缺点，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。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。第32页,共58页，星期六，2024年，5月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。第33页,共58页，星期六，2024年，5月双环管式聚合反应器示意图第34页,共58页，星期六，2024年，5月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。第35页,共58页，星期六，2024年，5月四、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，甚至高达5000Pa·s，此时上述三类反应器难以适应工艺要求，故必须使用特殊型聚合反应器。此类反应器主要用于脱单体和后聚合反应器。按反应物料在反应器内滞留量的大小，可以分为：1．低滞液量型反应器2．高滞液量型反应器第36页,共58页，星期六，2024年，5月1．低滞液量型反应器物料在反应器中停留时间一般在10-20min以下。主要型式有螺杆型反应器及薄膜型反应器(1)螺杆型反应器有单螺杆与双螺杆之分：单螺杆挤出型反应器可处理粘度低于100Pa·s的物料，物料停留时间较长，传热效率低。双螺杆挤出型反应器可处理粘度高于1000Pa·的物料，停留时间可在0.5h内，传热效率高，可防止聚合物降解。第37页,共58页，星期六，2024年，5月双螺杆型挤出反应器结构示意图第38页,共58页，星期六，2024年，5月薄膜型反应器物料在高速旋转的搅拌桨叶与固定壁间形成薄膜，以利单体和溶剂蒸发。薄膜反应器的特点是传热系数大、扩散距离短、表面更新好、停留时间短物料无局部过热。离心薄膜反应器可应用于粘度为50Pa·s的体系Luwa型竖形薄膜反应器，可满足粘度为500～1000Pa·s体系的传质要求。第39页,共58页，星期六，2024年，5月离心薄膜反应器结构示意图第40页,共58页，星期六，2024年，5月Luwa薄膜反应器第41页,共58页，星期六，2024年，5月2．高滞液量型反应器因物料在反应器内停留时间约在1小时以上，致使反应器内滞液量大，难以形成薄膜，而需依赖物料的表面更新来达到工艺要求，故此类反应器属表面更新型反应器。第42页,共58页，星期六，2024年，5月不同型式的高滞液量型反应器Zimmer单轴型第43页,共58页，星期六，2024年，5月日立双轴型第44页,共58页，星期六，2024年，5月双轴多回转圆盘型第45页,共58页，星期六，2024年，5月ICI

双轴型第46页,共58页，星期六，2024年，5月由图可见，表面更新型反应器主要为卧式，有单轴与双轴之分。单轴式的缺点是由于不能对所通过的全部物料都起充分的剪切作用，易形成死角。在轴附近剪切难以达到，所以会使聚合物粘附于轴上。双轴式由于旋转体(桨叶)相互啮合，不易形成死角。第47页,共58页，星期六，2024年，5月新型聚合反应器釜式、塔式及特殊型反应器是广泛应用于聚合物生产中的几类聚合反应器。但随着新聚合方法的开发，出现了一些新型聚合反应器与之相适应，如烯烃(乙烯、丙烯)的聚合由