聚合过程及聚合反应器PPT课件

.,1,实际的聚合物生产工业，通常由原料准备与精致、引发剂配制、聚合、分离、后处理等六个工艺过程所组成。随着聚合物品种不同，生产工艺条件不同，辅助过程的重要性会有所差别，但聚合过程始终是整个工艺过程的核心。采用不同的聚合反应器对聚合产物的结构和性能会产生显著的影响。,.,2,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。,.,3,1.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。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。,.,4,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。,.,5,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。,.,6,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。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。,.,7,2.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。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。,.,8,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。,.,9,3.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。,.,10,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。,.,11,4.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。,.,12,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。,.,13,.,14,.,15,四种聚合方法工业实施的总结,.,16,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；塔式和特殊型聚合反应器则主要用于高粘度体系中。,.,17,一.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。,.,18,为了保证釜中物料的流动、混合与传热，釜中装有搅拌装置。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。,.,19,.,20,二.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。,.,21,三.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。,.,22,.,23,四.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。,.,24,第三