第二章 聚合反应器

第二章聚合反应器第1页，课件共97页，创作于2023年2月第2页，课件共97页，创作于2023年2月主要内容：搅拌釜式反应器、管式反应器、卧式反应器等形式反应器的特点、结构、工作原理，及其在高分子合成工业中的应用。重点：釜式反应器、卧式反应器难点：设备选型第3页，课件共97页，创作于2023年2月

第一节

概述

一、聚合反应器作用二、聚合反应器的型式及特点第4页，课件共97页，创作于2023年2月一、聚合反应器的作用作用：满足聚合反应工艺及产品质量的要求。聚合反应特点：

---聚合方法多样，反应机理复杂；

---随反应进行，体系粘度急剧上升,易粘壁等；

---有的需要加热，有的放热激烈。设计和选型依据：充分考虑单体、聚合物、催化剂的性质和状态，聚合反应

机理，以及聚合过程中体系的

物性变化。第5页，课件共97页，创作于2023年2月二、聚合反应器的型式及特点

（一）

按反应体系相态分类１、

均相反应器２、

非均相反应器（二）

按操作方式分类１、

间歇式（分批）２、

半连续式３、连续式第6页，课件共97页，创作于2023年2月（三）按反应器结构分类

釜式反应器（搅拌釜式、系列釜式)

管式（塔式）反应器特种反应器第7页，课件共97页，创作于2023年2月第二节搅拌釜式反应器第8页，课件共97页，创作于2023年2月第9页，课件共97页，创作于2023年2月第二节

搅拌釜式反应器

第10页，课件共97页，创作于2023年2月一、釜体包括：直立圆筒、上下封头、接管、法兰、支座等封头：上，平盖形、椭圆形、球形；下，椭圆形、球形、锥形材质：碳钢、不锈钢、复合钢板、或非金属材料（搪瓷、塑料、橡胶衬里）等，据物料特性选用第11页，课件共97页，创作于2023年2月釜盖为椭圆封头、端部法兰式结构

特点：开式结构、釜盖重量较轻，适用压力较低、容积较小的反应釜选用。

第12页，课件共97页，创作于2023年2月釜盖为平盖、端部法兰式结构．

特点：开式结构、结构紧凑、外形尺寸较小、釜盖重量较小、造价较高，适用于压力较高、容积小的反应釜选用。第13页，课件共97页，创作于2023年2月特点：开式结构、平盖及端部法兰尺寸较小，釜盖重量较轻用于必须采用平盖结构而容积又比较大的反应釜。第14页，课件共97页，创作于2023年2月闭式、留人孔式结构

特点：闭式结构、无法兰、结构简单、造价较低，适用容积大的反应釜。第15页，课件共97页，创作于2023年2月二、搅拌装置的型式与选择搅拌过程目的：使组分混合均匀，强化传质传热。作用：使体系各部分均相混合成均质状态，增大分散相的有效接触面积，降低分散相周围液膜阻力，提高传质传热速度。机械能—液体运动能第16页，课件共97页，创作于2023年2月（一）搅拌器型式按桨叶构形分：1、

桨式平叶桨式：桨面与运动方向垂直，低速运转时，环向流动，转速提高

径向流增大。折叶桨式：产生较大轴向流动，利于搅拌混合。

第17页，课件共97页，创作于2023年2月第18页，课件共97页，创作于2023年2月第19页，课件共97页，创作于2023年2月第20页，课件共97页，创作于2023年2月第21页，课件共97页，创作于2023年2月2、锚式（框式）

第22页，课件共97页，创作于2023年2月第23页，课件共97页，创作于2023年2月第24页，课件共97页，创作于2023年2月第25页，课件共97页，创作于2023年2月第26页，课件共97页，创作于2023年2月第27页，课件共97页，创作于2023年2月第28页，课件共97页，创作于2023年2月第29页，课件共97页，创作于2023年2月低速运行，低剪切，但循环能力强，不易产生死区（浆叶与釜壁隔隙小）。刮扫作用可防滞流层，利于传热，去除沉积物。

高能耗。第30页，课件共97页，创作于2023年2月3、推进式搅拌器（也称螺旋浆式）第31页，课件共97页，创作于2023年2月第32页，课件共97页，创作于2023年2月第33页，课件共97页，创作于2023年2月第34页，课件共97页，创作于2023年2月第35页，课件共97页，创作于2023年2月第36页，课件共97页，创作于2023年2月结构简单，以整体铸造叶轮最常见，适于液休粘度较低，液量较大的搅拌，湍流。需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。（低剪切、强循环、高速运行、低能耗）

第37页，课件共97页，创作于2023年2月4、涡轮式搅拌器（透平搅拌器）第38页，课件共97页，创作于2023年2月第39页，课件共97页，创作于2023年2月第40页，课件共97页，创作于2023年2月应用较广泛，能处理粘度范围较宽液体.剪切力较大，使液体微团分散很细，适用于低、中等粘度液体的混合、液-液分散、液-固悬浮及促进良好的传热、传质或化学反应。据桨叶叶片形状和位置，又有平直叶片弯曲叶片、倾斜叶片、圆盘平直叶片、圆盘弯叶、圆盘斜叶等。

第41页，课件共97页，创作于2023年2月5、

螺杆式搅拌器（螺轴式搅拌器）当液体粘度大于10Pa.S时，常采用。将螺距一定的螺旋叶片固定在轴上，常增设离壁挡板或导流筒，以提高搅拌强度,造成一定循环流型。

６、

螺带式搅拌器适用于粘度较高场合（如达103Pa.S以上)具体构形有单螺带、双螺带、四螺带、螺杆/螺带式等

第42页，课件共97页，创作于2023年2月第43页，课件共97页，创作于2023年2月第44页，课件共97页，创作于2023年2月第45页，课件共97页，创作于2023年2月第46页，课件共97页，创作于2023年2月第47页，课件共97页，创作于2023年2月第48页，课件共97页，创作于2023年2月第49页，课件共97页，创作于2023年2月（二）搅拌器的选型考虑因素：搅拌功率，保证物料充分混合，利于传热、传质；动力消耗问题；结构便于操作和维修。第50页，课件共97页，创作于2023年2月1、

以液体粘度和反应釜体积为依据第51页，课件共97页，创作于2023年2月2、

以流动状态、搅拌目的为依据第52页，课件共97页，创作于2023年2月（三）搅拌附件

1、挡板目的：消除釜内液体的打漩现象作用：将切向流动转变为轴向和径向流动，增大被搅液体湍动程度，改善搅拌效果。？锚式、框式安装需档板吗？第53页，课件共97页，创作于2023年2月第54页，课件共97页，创作于2023年2月２、

导流筒目的：控制回流速度和方向以确定某一特定流型；作用：使所有物料均可通过导流筒内强烈混合区，提高混合效率，减少短路机会。第55页，课件共97页，创作于2023年2月（四）搅拌器的功率计算目的：衡量聚合釜的搅拌强度，为选用搅拌电动机和搅拌机械设计提供基本数据。搅拌器功率包括：a)

搅拌轴功率：搅拌叶克服流体阻力消耗能量；b)搅拌轴封消耗能量：填料（10%~15%轴功率）、端面（2%轴功率）c)

机械传动消耗的能量：机械传动效0.8~0.95第56页，课件共97页，创作于2023年2月1、

搅拌轴功率的关联式影响因素：搅拌器形状、尺寸、转速液体性质反应器尺寸和内部附件（挡板和其它）搅拌器在反应器内位置。第57页，课件共97页，创作于2023年2月第58页，课件共97页，创作于2023年2月第59页，课件共97页，创作于2023年2月第60页，课件共97页，创作于2023年2月

2、均相流体搅拌轴功率的计算

拉什顿算图拉什顿等人对各种推进式、涡轮式和桨式搅拌器在液体粘度（1*10-3~40）Pa.s以下，其雷诺数在106以下进行实验，测定功率并得到了功率因素Φ和雷诺准数Re的算图第61页，课件共97页，创作于2023年2月第62页，课件共97页，创作于2023年2月对液-液非均相体系，平均密度可用下式计算：

3、非均相体系搅拌功率计算

第63页，课件共97页，创作于2023年2月第64页，课件共97页，创作于2023年2月对气-液相体系：搅拌功率要比均相液体搅拌功率低对液-固非均相体系：搅拌功率计算值偏小

？第65页，课件共97页，创作于2023年2月三、密封装置

目的：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杂质渗入，影响反应正常进行。（一）填料密封1、

结构及工作原理工作原理：通过填料与搅拌轴之间的径向压力达到密封效果。

第66页，课件共97页，创作于2023年2月第67页，课件共97页，创作于2023年2月２、

填料要求：塑性、弹性,耐腐蚀、耐磨、耐温，与轴的磨擦系数小等。选用原则：据反应器内的介质、操作压力、操作温度、搅拌轴转速等较小正压（≤0.2Mpa）：无毒，不易燃、不易爆，石棉制品（石棉绳、油浸石棉盘根）安装时外涂工业黄油。压力较高或高真空和介质有毒、易燃、易爆，常用浸滞聚四氟乙烯填料；高温高压下，常用金属填料（铅、铝、紫铜及不锈钢）

第68页，课件共97页，创作于2023年2月（二）机械密封（端面密封）

1、

结构及原理第69页，课件共97页，创作于2023年2月（三）机械密封与填料密封比较第70页，课件共97页，创作于2023年2月四、传动装置

图示：电机、减速器、联轴器、机座等第71页，课件共97页，创作于2023年2月电动机功率计算：第72页，课件共97页，创作于2023年2月五、传热装置目的：依聚合反应放热或吸热特点，严格控制反应温度，使恒定或严格按温度曲线进行。要求：传热效率高、结构简单、避免易挂料的粗糙表面及结垢死角，易清洗。方法：间接第73页，课件共97页，创作于2023年2月1、

夹套

特点：结构简单，安全可靠，应用广泛;但处理高粘度物料时，传热系数不高，能量损失大。第74页，课件共97页，创作于2023年2月第75页，课件共97页，创作于2023年2月第76页，课件共97页，创作于2023年2月

Q=KF△tK：提高釜壁光滑度，合理选搅拌器，及时清洗；提高介质薄膜给热系数，如安装螺旋导流板，提高介质流速。F：投资费用。△t：能量消耗。第77页，课件共97页，创作于2023年2月2、

釜内传热件

当釜较大或釜体材质导热性不良时，增设传热挡板，蛇形管（D〈70mm)等3、

釜外传热（1）釜内产生气体导出至釜外回流冷凝器，冷凝液体返回；如醋酸乙烯溶液聚合。（2）釜内液相导出，釜外循环传热；部分物料泵抽出，冷却返回；如丙烯溶液。第78页，课件共97页，创作于2023年2月六、其他型式的搅拌反应器1、卧式第79页，课件共97页，创作于2023年2月2、底部传动、偏心式

第80页，课件共97页，创作于2023年2月新型搅拌釜式反应器

瑞士LIST公司最新开发成功的新型反应器

第81页，课件共97页，创作于2023年2月第82页，课件共97页，创作于2023年2月第83页，课件共97页，创作于2023年2月第二节管式反应器

一、管式反应器的工作原理原理：物料在流动中完成化学反应。随着物料

移动，浓度逐渐降低，反应速率逐渐减少。特点：1、稳态操作2、连续操作且兼具间歇特点，可控制时间，可分段调控，利于大型化、连续化生产。

3、结构简单，单位体积传热面积大，适于高

温高压的聚合反应器。第84页，课件共97页，创作于2023年2月二、管式反应器的结构１、

管体２、

挡液板目的：使物料流动状态尽量接近平推流使物料在管内流速趋于一致。

３、加热装置

第85页，课件共97页，创作于2023年2月第86页，课件共97页，创作于2023年2月第87页，课件共97页，创作于2023年2月第88页，课件共97页，创作于2023年2月第三节卧式反应器

一、卧式反应器的工作原理工作原理：采用回转圆盘等特殊装置，使反应物料尽可能展开，尽量除去体系内生成的小分子，以满足反应不同阶段的不同要求，达到预定的聚合度。第89页，课件共97页，创作于2023年2月第90页，课件共