聚合反应器介绍

2．以流动状态、搅拌目的为依据选型 表1—I列出了根据流动状态和搅拌目 的来选择搅拌器。
(三)搅拌附件
为了消除釜内液体的打漩现象，可在 反应釜内设臵挡板。挡板的作用是将 切向流动转变为轴向和径向流动，增 大被搅动液体的湍动程度，从而改善 搅拌效果。 当搅拌浆料时，挡板与釜壁之间应留 1/6板宽的空隙，以防止固体物料的 沉积。如有必要，挡板也可做成空心
3．推进式搅拌器 推进式(也称螺
旋桨式)
搅拌器的结构简单．其直径较 小，d/D＝1/4-1/3。以整体铸造的
叶轮最为常见，适合于液体粘度较
低、液量较大的搅拌。其转速较 高．一般为300-600r/min，叶端线 速度为5-15m/s。利用较小的搅拌功 率通过高速旋转的桨叶获得较好的 搅拌效果。
4．涡轮式搅拌器 又称透平搅拌器，是应用较广泛的一种搅拌器，能
大于1m/s时，填抖密封需有冷却装臵。
2．填料 填料应具有足够塑性和弹性，耐介质及润滑剂的腐蚀，耐磨性好，
与轴的摩擦系数小，具有耐温性能等。
在选用时应根据反应器内的介质、操作压力、操作温度、搅拌轴转 速等来选择。 对压力小于0.2MPa而介质又无毒、不易燃易爆的场合，可选用一般 石棉制品，安装时外涂一般工业用黄油即可。 在压力较高或高真空和介质有毒、易燃、易爆时，常用浸渍聚四氟 乙烯的填料等。 对高温、高压场合，常用金属填料(如铅、紫铜、铝及不锈钢等)。
第一章 聚合反应器
一、聚合反应器在高分子合成工业中的作用 高聚物生产过程设备：
a. 传递过程设备(动量传递、热量传递、质量传递等物理过程的
设备) b. 化学反应过程设备，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
密封圈四部分组成。
当轴旋转时．静环不动，而动环与轴一起 转动，通过弹簧作用使动、静环之间紧密
接触，从而阻止流体的泄漏。
机械密封有四个密封点。 A点是静环座和设备之间的密封．属静密封，通常 设备凸缘做出凹面，静环做成凸面。中间用一般 垫片。 B点是静环与静环座之间的密封，也属于静密封， 采用具有弹性的密封圈。
状，内部能通入传热介质，既可改善
搅拌效果，又增加传热面积。
2．导流筒 无论采用何种型式的搅拌器，釜内液体总是从各个方向流向搅拌器，
所以不同的液体行程长短不一．在需要控制回流的速度和方向以确定某一特定流型 时，可在反应器内设臵导流筒。导流筒一般是一个圆筒，安装在搅拌器的外面或上 方。
设臵导流筒提高了对筒内液体的搅动程度，同时又确立了充分循环的流型，使
(三)机械密封与填料密封比较 机械密封和填料密封比较具有泄漏量少，使用寿命长，摩擦消耗功
率小，轴不易磨损等优点；
但其结构复杂，加工困难，成本高，拆装不便，因而一般用于密封 要求高，被密封介质是易燃、易爆、强腐蚀以及高压、高真空的场合。
四、传动装臵 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，因而需设臵传动装臵。 传动装臵包括电动机、减速器、联轴器 及机座。
1．桨式搅拌器 平叶桨和折叶桨(斜桨)
平叶桨面与运动方向垂直，当桨叶低速运转时，液体主要为环向流动。 当桨叶转速增大时，液体径向流逐渐增大。转速愈高，径向流愈强。由于液
体仅以切线方向离开桨叶，主要是水平液流，造成的轴向流很弱，不利于轴
向混合。为增加轴间流，可将平叶桨倾斜一定角度(一般为45度)、即为折叶 桨。这样可以产生较大的轴向流动，有利于搅拌混合。
耗的能量(称搅拌轴功率)、搅拌轴封消耗的能量和机械传动消耗的
能量。轴封消耗的能量在使用填料密封时一般为轴功率的10％一15 ％，在使用端面密封时，约为轴功率的2％，机械传动的效率一般 为0.8一0.95。 因此，在计算搅拌功率时，首先应计算轴功率。
2．均相流体搅拌轴功率的计算
一个具体几何构型只有一条功率曲线，它与搅拌反应釜的大小无 关，但不同几何构型的搅拌桨叶都有持定的功率曲线。
2．釜内传热件 当聚合釜壁采用导热性不良的材质或较大型的聚合釜、单靠
夹套传热不能满足工艺要求时，需在反应器内增设传热件，如加
传热挡板、蛇形管等。 3．釜外传热 釜外传热可分为两种情况，一种是把釜内产生的气体导出至 釜外回流冷凝器，然后使冷凝液返回反应釜。因为是蒸汽冷凝传 热，其传热系数高，且传热面积不受反应器容积的限制。 釜外传热的另一种方法是将反应釜内液相导出，进行釜外循 环传热，反应器中的部分反应物料由泵抽出，经外部冷却后再进 入反应器，如丙烯的溶液聚合就可以采用此种传热装臵。
2．锚式(框式)搅拌器 对于粘度较大的液体搅拌，可把桨叶形状做成与反应釜底部的形状相似， 且桨叶与釜壁的隔隙小。 锚式搅拌器的转速比较低，故剪切作用较小，但搅动范围大，不易产生 死区。对高粘度流体的搅拌，可利用桨叶的刮扫作用来防止搅拌器与釜壁之 间产生滞流层，利于促进传热和去除釜壁沉积物。 当锚式搅拌器中间加设横梁或竖梁时，即称为框式搅拌器。
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
(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。 1．以液体粘度和反应釜体积为依
据选型
图1—11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。
(一)
填料密封 被装在搅拌轴
1．结构及工作原理
和填料箱体环隙中的填料在压盖压力的 作用下，对搅拌轴表面产生径向压紧力。 填料中含有润滑剂，其作用是使搅拌相 得到润滑和阻止设备内流体逸出或外部 流体渗入而达到密封作用。搅拌轴在旋 转过程中．润滑剂不断消耗，因此在填 料箱上常设臵添加润滑油的装臵：当设 备内温度高于100 度或搅拌轴的线速度
6．螺带式搅拌器
螺带式搅拌器适合于粘度较高的场合(如达103Pa· s以上)。具体
构形有单螺带、双螺带、凹螺带和螺杆／螺带式等。
通常螺带式搅拌器其螺距s与搅拌器 直径d之比为s/d＝1，螺带叶宽b与釜径D
之比为b/D-0.1，d/D-0.95。
由于外螺带可以与釜内壁很好地 吻合，直接刮扫釜壁上的液体，有利于 夹套式搅拌釜的传热与去除釜壁处的 沉积物。
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)。
第二节 搅拌釜式反应器
搅拌反应器：釜体、搅拌装臵、传热装臵、密封装臵和传动装臵等组成。
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。
象给聚合反应器的选型和设计带来一定的釜反应器。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，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 搅拌装臵的容器(如原料配制槽、溶解槽、浆料配制槽、沉 析槽等)。
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臵设在反应器的
C点是动环和静环有相对旋转运动的两个端面的密 封，是机械密封的关键部分，属于动密封，依靠 弹性元件及介质的压力使两个光洁而平直的端面 紧密接触，而且端面间形成一层极薄的液膜达到 密封作用。
D点是动环与轴(或轴套)之间的密封，也属静密封， 在端面磨损时．可以作补偿磨损的轴向移动，常 用的密封元件是“o”形环。
五、传热装臵 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臵型式有夹套传热、釜内传热件及釜外传热等。
2．机械密封的材质 动环和静环是机械密封的重要零件，它们组成一对摩擦副，而且在 运转时与被封的介质接触。因此，选择材料时，除考虑其耐磨性外，还 需考虑它们的耐腐蚀性，同时摩擦副配对的材质也应不同．一般采用动 环的硬度比静环大。 在机械密封中，除了动环与静环的接触面是泄漏面外，还有动环与 轴之间、静环与支座之间的间隙也是泄漏通道，需用密封圈将其堵住。 动环的静密封圈常用“o”形圈，静环的静密封圈多用平垫片。 根据摩擦副的数目，机械密封分为单端面密封和双端面密封两种。 根据介质压力在端面上所起的作用，又分为平衡型和非平衡型。
(2)永田进冶公式 根据无挡板的直立圆柱形反应器中搅拌的漩涡半径大小及搅拌叶片所受阻力进行 理论推寻，并结合实验研究推导出二叶平桨式搅拌轴功率的计算式。
三、密封装臵 为了保证搅拌反应器内处于正常或真空状态，防止反应器内物料逸出或大气中杂质 渗入影响反应的正常进行，在旋转的搅拌轴与釜封头间需安装密封装臵。其主要型式有 填料密封和机械密封两种。