5.聚合反应器讲解优秀PPT.ppt
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1、聚合反应器及反应器内聚合反应器及反应器内流体的流淌和混合流体的流淌和混合第五章聚合反应器及其工程因素5.1 5.1 聚合釜概述聚合釜概述l带有搅拌装置的反应器带有搅拌装置的反应器搅拌聚合釜搅拌聚合釜l 带有搅拌装置的容器带有搅拌装置的容器原料配制槽、浆料沉析原料配制槽、浆料沉析槽槽5.1 5.1 聚合釜概述聚合釜概述l聚合釜的结构聚合釜的结构釜体釜体密封装置密封装置减速机减速机搅拌器搅拌器釜盖釜盖料孔料孔温度计孔温度计孔视镜孔视镜孔人孔人孔搅拌孔搅拌孔电动机电动机5.1 5.1 聚合釜概述聚合釜概述q影响聚合釜功能的主要因素影响聚合釜功能的主要因素q釜体长径比釜体长径比矮胖型、瘦长型;矮胖型、
2、瘦长型;q搅拌桨形式搅拌桨形式剪切型、循环型;高粘度型、低粘度型;剪切型、循环型;高粘度型、低粘度型;q挡板挡板消退旋涡;消退旋涡;q夹套、内冷管夹套、内冷管传热实力;传热实力;q釜体材质釜体材质结垢问题、导热问题等结垢问题、导热问题等5.1 5.1 聚合釜概述聚合釜概述l各种搅拌器形式:各种搅拌器形式:5.1 5.1 聚合釜概述聚合釜概述q对不同的化工生产过程,搅拌(反应釜)应具备以下作用:对不同的化工生产过程,搅拌(反应釜)应具备以下作用:q推动液体流淌,混匀物料;推动液体流淌,混匀物料;q产生剪切力,分散物料,并使之悬浮;产生剪切力,分散物料,并使之悬浮;q增加流体的湍流,以提高传热效率
3、;增加流体的湍流,以提高传热效率;q加速物料的分散与合并,增大物质传递速度;加速物料的分散与合并,增大物质传递速度;q对高粘体系,可以更新表面,促使低分子物(如水、溶剂)对高粘体系,可以更新表面,促使低分子物(如水、溶剂)蒸出。蒸出。5.2 搅拌聚合釜内流体的流淌和混合5.2.15.2.1聚合釜内流体的流淌状况聚合釜内流体的流淌状况5.2.25.2.2搅拌器的类型和选用搅拌器的类型和选用5.2.35.2.3聚合釜的搅拌功率计算聚合釜的搅拌功率计算5.2.45.2.4搅拌器的流淌特性和转速搅拌器的流淌特性和转速5.2.55.2.5搅拌器的混合特性搅拌器的混合特性5.2.65.2.6搅拌釜中的分散
4、过程搅拌釜中的分散过程5.2.15.2.1聚合釜内流体的流淌状况聚合釜内流体的流淌状况l流淌状况(简称流淌状况(简称“流况流况”)在整个搅拌容器中流在整个搅拌容器中流体速度向量的方向。体速度向量的方向。l确定釜内流体流况的因素:确定釜内流体流况的因素:l 釜体的几何尺寸;釜体的几何尺寸;l 搅拌器的几何尺寸;搅拌器的几何尺寸;l 传动力;传动力;l 处理物料的物性等。处理物料的物性等。5.2.15.2.1聚合釜内流体的流淌状况聚合釜内流体的流淌状况q搅拌釜内流况的层次:搅拌釜内流况的层次:q 循环流淌循环流淌宏观流淌宏观流淌q 剪切流淌剪切流淌微观流淌微观流淌5.2.15.2.1聚合釜内流体的
5、流淌状况聚合釜内流体的流淌状况l宏观流淌是指流体以大尺寸(凝合流体、气泡、宏观流淌是指流体以大尺寸(凝合流体、气泡、液滴)在大范围内(整个聚合釜空间)中的流淌液滴)在大范围内(整个聚合釜空间)中的流淌状况。宏观流淌也称状况。宏观流淌也称“循环流淌循环流淌”。l循环流淌存在三种典型流况:循环流淌存在三种典型流况:径向流淌:径向流淌:轴向流淌:轴向流淌:切向流淌:切向流淌:5.2.15.2.1聚合釜内流体的流淌状况聚合釜内流体的流淌状况l微观流淌是指流体以小尺寸(小气泡、更微小的微观流淌是指流体以小尺寸(小气泡、更微小的液滴)在小范围(气泡、液滴大小的空间)中的液滴)在小范围(气泡、液滴大小的空间
6、)中的湍流状况。微观流淌是由于搅拌桨的剪切作用而湍流状况。微观流淌是由于搅拌桨的剪切作用而引起的局部混合作用,微观流淌也称引起的局部混合作用,微观流淌也称“剪切流淌剪切流淌”。l在搅拌釜内进行流淌的流体都存在循环流淌与剪在搅拌釜内进行流淌的流体都存在循环流淌与剪切流淌,唯二者的比重有所不同。切流淌,唯二者的比重有所不同。5.2.15.2.1聚合釜内流体的流淌状况聚合釜内流体的流淌状况l以循环流淌为主的搅拌以循环流淌为主的搅拌器称循环型搅拌器;器称循环型搅拌器;l以剪切流淌为主的搅拌以剪切流淌为主的搅拌器称剪切型搅拌器;器称剪切型搅拌器;推进式推进式平桨平桨三斜窄叶涡轮式三斜窄叶涡轮式5.2.1
7、5.2.1聚合釜内流体的流淌状况聚合釜内流体的流淌状况搅拌雷诺数是判定搅拌釜内流淌形式的无因次准数。搅拌雷诺数是判定搅拌釜内流淌形式的无因次准数。雷诺数不同,釜内流体流淌表现不同流态。雷诺数不同,釜内流体流淌表现不同流态。q搅拌雷诺数与流态搅拌雷诺数与流态滞流滞流层流层流过度流过度流湍流湍流5.2.15.2.1聚合釜内流体的流淌状况聚合釜内流体的流淌状况q搅拌雷诺数与搅拌特性行为准数的关系搅拌雷诺数与搅拌特性行为准数的关系动力特性:功率准数动力特性:功率准数重力特性:弗劳德准数重力特性:弗劳德准数传热特性:努塞尔准数传热特性:努塞尔准数混合特性:混合时间数混合特性:混合时间数循环特性:解除流量
8、数循环特性:解除流量数5.2.15.2.1聚合釜内流体的流淌状况聚合釜内流体的流淌状况搅拌釜内液流流态与特性曲线搅拌釜内液流流态与特性曲线q搅拌雷诺数对搅拌釜搅拌雷诺数对搅拌釜内的特性行为(准数)内的特性行为(准数)的影响在层流和过度流的影响在层流和过度流区域有确定性作用,在区域有确定性作用,在湍流区域则影响不大。湍流区域则影响不大。5.2.25.2.2搅拌器的类型和选用搅拌器的类型和选用q搅拌器的分类:搅拌器的分类:q搅拌器形态:桨式、推动式、涡轮式、螺搅拌器形态:桨式、推动式、涡轮式、螺杆和螺带式等;杆和螺带式等;q搅拌流况:循环流淌、剪切流淌;搅拌流况:循环流淌、剪切流淌;q搅拌目的:混
9、合、悬浮、分散、传热等。搅拌目的:混合、悬浮、分散、传热等。5.2.25.2.2搅拌器的类型和选用搅拌器的类型和选用q桨式搅拌器桨式搅拌器l主要类型:主要类型:锚式锚式斜桨斜桨平桨平桨框式框式5.2.25.2.2搅拌器的类型和选用搅拌器的类型和选用l平桨和斜桨搅拌器结构简洁,剪切力较强,斜桨还有平桨和斜桨搅拌器结构简洁,剪切力较强,斜桨还有较强的向上或向下垂直液流。较强的向上或向下垂直液流。l锚式和框式搅拌器搅拌转速低,搅动范围大,不易产锚式和框式搅拌器搅拌转速低,搅动范围大,不易产生死区,刮壁作用利于传热,剪切作用小,适用高粘生死区,刮壁作用利于传热,剪切作用小,适用高粘度流体。度流体。设计
10、参数:设计参数:转速:转速:20200rpm桨径桨径/釜径:釜径:0.50.7叶端速度:叶端速度:1.52m/s粘度范围:粘度范围:0.1102Pa.s桨径桨径/釜径:釜径:0.95粘度范围:粘度范围:102103Pa.s设计参数:设计参数:5.2.25.2.2搅拌器的类型和选用搅拌器的类型和选用q推动式搅拌器推动式搅拌器q特点:结构简洁,剪特点:结构简洁,剪切作用小,循环性能切作用小,循环性能好,属于循环型搅拌好,属于循环型搅拌器,适用于低粘度,器,适用于低粘度,液量大的液体搅拌。液量大的液体搅拌。q设计参数:设计参数:q 桨径桨径0.4m,q D/T:0.10.33 q 叶端速度:叶端速度
11、:515m/s三叶右旋推进式三叶右旋推进式5.2.25.2.2搅拌器的类型和选用搅拌器的类型和选用q涡轮式搅拌器涡轮式搅拌器l主要类型:主要类型:平直叶对开圆盘涡轮式平直叶对开圆盘涡轮式弯叶圆盘涡轮式弯叶圆盘涡轮式螺距叶圆盘内涡轮式螺距叶圆盘内涡轮式5.2.25.2.2搅拌器的类型和选用搅拌器的类型和选用q特点:物料被抽吸入祸轮式搅拌器后,在离心力作用特点:物料被抽吸入祸轮式搅拌器后,在离心力作用下,液体作切向和径向流淌,甩出搅拌器的液体和壁下,液体作切向和径向流淌,甩出搅拌器的液体和壁面碰撞后形成上下两路的循环流淌,并回流入搅拌器。面碰撞后形成上下两路的循环流淌,并回流入搅拌器。q 涡轮式搅
12、拌器有较大的剪切力,可使液体微团涡轮式搅拌器有较大的剪切力,可使液体微团分散,适用于低到中等粘度液体的混合、液分散,适用于低到中等粘度液体的混合、液液分散、液分散、液液固悬浮及促进良好的传热、传质。固悬浮及促进良好的传热、传质。设计参数:设计参数:叶径叶径/叶宽:叶宽:58;叶径叶径/釜径:釜径:0.50.7;叶片数:叶片数:48。5.2.25.2.2搅拌器的类型和选用搅拌器的类型和选用q螺杆和螺带式搅拌器螺杆和螺带式搅拌器l主要类型:主要类型:螺带式螺带式螺带螺杆式螺带螺杆式螺杆式螺杆式带导流筒螺杆带导流筒螺杆5.2.25.2.2搅拌器的类型和选用搅拌器的类型和选用q特点:特点:适用于高粘度
13、流体(适用于高粘度流体(10103Pa.s)。)。螺带可与釜内壁吻合,起刮壁作用,有利于夹套传螺带可与釜内壁吻合,起刮壁作用,有利于夹套传热;另外螺带、螺杆对缩聚反应而言可不断地带出小分热;另外螺带、螺杆对缩聚反应而言可不断地带出小分子。子。设计参数:设计参数:桨径桨径D/螺距螺距S1螺带叶宽螺带叶宽B/釜径釜径T0.1桨径桨径D/釜径釜径T0.955.2.25.2.2搅拌器的类型和选用搅拌器的类型和选用q三叶后掠式搅拌器三叶后掠式搅拌器三叶后掠整体式三叶后掠整体式特点:为径流搅拌器,协作指型挡特点:为径流搅拌器,协作指型挡板可得上下循环流,循环量大,剪板可得上下循环流,循环量大,剪切作用也好
14、,固体分散、溶解、悬切作用也好,固体分散、溶解、悬浮、传热、液相反应等过程都很适浮、传热、液相反应等过程都很适用。用。设计参数:设计参数:n=100300rpm;103)功率曲线为一水平线,代表重力功率曲线为一水平线,代表重力NFr和粘性和粘性力力NRe不影响不影响NP,NP是一个常数。是一个常数。5.2.35.2.3聚合釜的搅拌功率计算聚合釜的搅拌功率计算q均相流体的搅拌功率计算均相流体的搅拌功率计算物性参数:物性参数:、操作参数:操作参数:N、D、dNRe和和NFr功率曲线功率曲线NPP=NPN2D5搅拌功率搅拌功率(P)5.2.35.2.3聚合釜的搅拌功率计算聚合釜的搅拌功率计算q常用的
15、功率曲线常用的功率曲线Rushton的的NRe图图不同形式搅拌器的不同形式搅拌器的NRe图图5.2.35.2.3聚合釜的搅拌功率计算聚合釜的搅拌功率计算q非均相流体的搅拌功率计算非均相流体的搅拌功率计算q 对浓对浓液、液液、液固等非均相体系,其搅拌固等非均相体系,其搅拌功率计算一般可接受均相液体搅拌功率分析计功率计算一般可接受均相液体搅拌功率分析计算方法。但物性系数需接受混合物平均物性参算方法。但物性系数需接受混合物平均物性参数。数。如:液如:液-固悬浮体系:固悬浮体系:(1)密度)密度(2)粘度)粘度 液体粘度液体粘度 液液-固相体积比固相体积比 沉降后沉积层中液沉降后沉积层中液-固相体积比
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