反应器工艺设计2-1.ppt

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1、反应器工艺设计2-1 Still waters run deep.流静水深流静水深,人静心深人静心深 Where there is life,there is hope。有生命必有希望。有生命必有希望第第6 6章章 设备的工艺设计设备的工艺设计1 设备选型及设计的原则2 液体输送机械的选型设计3 反应器的工艺设计4 贮罐的选型及工艺设计5 换热设备的选择及工艺设计33反应器反应器(Reactor)(Reactor)的选型与设计的选型与设计 聚合反应过程的特点：聚合反应过程的特点：反应机理复杂，产品质量指标反应机理复杂，产品质量指标多，大多数反应体系随聚合反应的多，大多数反应体系随聚合反应的进行

2、，粘度急剧上升，物理粘壁现进行，粘度急剧上升，物理粘壁现象严重，搅拌流动困难，传热传质象严重，搅拌流动困难，传热传质不均匀等。不均匀等。对反应器的工艺要求与设计要点对反应器的工艺要求与设计要点1 1 1 1 反应动力学要求反应动力学要求反应动力学要求反应动力学要求 （或产品质量与产量的要求）（或产品质量与产量的要求）（或产品质量与产量的要求）（或产品质量与产量的要求）2 2 2 2 热量传递的要求热量传递的要求热量传递的要求热量传递的要求3 3 3 3 质量传递过程与动量传递过程的要求质量传递过程与动量传递过程的要求质量传递过程与动量传递过程的要求质量传递过程与动量传递过程的要求4 4 4 4

3、 过程操作与控制的要求过程操作与控制的要求过程操作与控制的要求过程操作与控制的要求5 5 5 5 机械工程的要求机械工程的要求机械工程的要求机械工程的要求（1 1 1 1）结构型式）结构型式）结构型式）结构型式（2 2 2 2）材质选定）材质选定）材质选定）材质选定6 6 6 6 技术经济管理的要求技术经济管理的要求技术经济管理的要求技术经济管理的要求 一一 对反应器的工艺要求与设计要点对反应器的工艺要求与设计要点聚合反应器分类与选型聚合反应器分类与选型聚合反应器分类与选型聚合反应器分类与选型1 1 反反应应动动力力学学要要求求（或或产产品品质质量量与与产产量量的的要要求）求）根根据据动动力力

4、学学确确定定一一定定的的转转化化率率和和反反应应时时间间，从从而而决决定定满满足足一一定定生生产产规规模模所所需需的的反反应应器器容积容积，进而确定设备的，进而确定设备的工艺尺寸工艺尺寸等。等。该该因因素素对对设设备备的的选选型型、操操作作方方式式的的确确定定和和设设备台数都有较大影响。备台数都有较大影响。2 2 热量传递的要求热量传递的要求 及时移出反应热，保证反应过程正常进行，及时移出反应热，保证反应过程正常进行，需要解决需要解决传热方式传热方式和和传热装置传热装置问题，还需问题，还需设计出可靠的设计出可靠的计测控制系统计测控制系统以便对反应温以便对反应温度实施有效的检测和控制。度实施有效

5、的检测和控制。3 3 质量传递过程与流体动力学过程的要求质量传递过程与流体动力学过程的要求 为为使使反反应应和和传传热热正正常常进进行行反反应应系系统统的的物物料料流流动动需需满满足足既既定定要要求求。为为此此，设设计计时时采采用用在在管管式式反反应应器器外外面面加加设设泵泵用用以以调调节节流流量量和和流速，或在釜式反应器内设置流速，或在釜式反应器内设置搅拌搅拌等措施。等措施。4 4 工程控制的要求工程控制的要求 为为保保证证生生产产稳稳定定、可可靠靠、安安全全地地进进行行，设设计反应器时必须重视计反应器时必须重视安全操作安全操作和和自动控制自动控制。例例如如设设置置防防爆爆膜膜、安安全全阀阀

6、、自自动动排排料料阀阀以以及及快快速速终终止止聚聚合合反反应应等等措措施施。为为此此目目的的而而设设计计地地工工艺艺接接管管和和辅辅助助设设备备等等均均需需仔仔细细考考虑虑，并尽量采用自动控制。并尽量采用自动控制。5 5 机械工程的要求机械工程的要求（1 1）结结构构型型式式 保保证证反反应应设设备备在在操操作作条条件件下下有有足足够的强度、足够的传热面积，并易制造。够的强度、足够的传热面积，并易制造。（2 2）材质选定材质选定 设备所用的材料对反应介质具有设备所用的材料对反应介质具有稳定型。材质必须耐腐蚀，对反应介质稳定，稳定型。材质必须耐腐蚀，对反应介质稳定，且材质力求价廉易得，尽量立足于

7、国内。一般且材质力求价廉易得，尽量立足于国内。一般不用碳钢制作，以防铁离子渗入反应体系干扰不用碳钢制作，以防铁离子渗入反应体系干扰反应或污染产品。用搪瓷或搪玻璃的设备。反应或污染产品。用搪瓷或搪玻璃的设备。6 6 技术经济管理的要求技术经济管理的要求经济效果的好与差是衡量设计质量的关键因素。经济效果的好与差是衡量设计质量的关键因素。设计成果应当投资少，符合优质设计成果应当投资少，符合优质高产低耗高产低耗的要的要求，需采取多方面的措施。求，需采取多方面的措施。1 1 1 1 反应动力学要求反应动力学要求反应动力学要求反应动力学要求 （或产品质量与产量的要求）（或产品质量与产量的要求）（或产品质量

8、与产量的要求）（或产品质量与产量的要求）2 2 2 2 热量传递的要求热量传递的要求热量传递的要求热量传递的要求3 3 3 3 质量传递过程与动量传递过程的要求质量传递过程与动量传递过程的要求质量传递过程与动量传递过程的要求质量传递过程与动量传递过程的要求4 4 4 4 过程操作与控制的要求过程操作与控制的要求过程操作与控制的要求过程操作与控制的要求5 5 5 5 机械工程的要求机械工程的要求机械工程的要求机械工程的要求（1 1 1 1）结构型式）结构型式）结构型式）结构型式（2 2 2 2）材质选定）材质选定）材质选定）材质选定6 6 6 6 技术经济管理的要求技术经济管理的要求技术经济管理

9、的要求技术经济管理的要求 一一 对反应器的工艺要求与设计要点对反应器的工艺要求与设计要点聚合反应器分类与选型聚合反应器分类与选型聚合反应器分类与选型聚合反应器分类与选型 按基本结构分类如下：按基本结构分类如下：管式、塔式反应器釜式反应器特种反应器二二 聚合反应器分类与选型聚合反应器分类与选型釜式反应器的基本结构釜式反应器的基本结构釜式反应器的基本结构釜式反应器的基本结构 管式、塔式反应器管式、塔式反应器（Tubular ReactorTubular Reactor、Tower ReactorTower Reactor）特点：特点：特点：特点：传热面积较大，传热系数较高，流体传热面积较大，传热系

10、数较高，流体传热面积较大，传热系数较高，流体传热面积较大，传热系数较高，流体流速较快，因此反应物料停留时间短，便于流速较快，因此反应物料停留时间短，便于流速较快，因此反应物料停留时间短，便于流速较快，因此反应物料停留时间短，便于分段控制以创造最适宜的温度梯度和浓度梯分段控制以创造最适宜的温度梯度和浓度梯分段控制以创造最适宜的温度梯度和浓度梯分段控制以创造最适宜的温度梯度和浓度梯度。结构简单、耐高压等优点。度。结构简单、耐高压等优点。度。结构简单、耐高压等优点。度。结构简单、耐高压等优点。应用：应用：应用：应用：一般用于规模大的气体反应和某些液一般用于规模大的气体反应和某些液一般用于规模大的气体

11、反应和某些液一般用于规模大的气体反应和某些液体反应，还可用于强烈放热或吸热的化学反体反应，还可用于强烈放热或吸热的化学反体反应，还可用于强烈放热或吸热的化学反体反应，还可用于强烈放热或吸热的化学反应。如应。如应。如应。如LDPE,PPLDPE,PPLDPE,PPLDPE,PP生产中所用的生产中所用的生产中所用的生产中所用的管式反应器管式反应器管式反应器管式反应器。特点：特点：特点：特点：可间歇操作也可连续操作，停留时间可可间歇操作也可连续操作，停留时间可可间歇操作也可连续操作，停留时间可可间歇操作也可连续操作，停留时间可长可短，温度、压力范围可高可低，停止操作长可短，温度、压力范围可高可低，停

12、止操作长可短，温度、压力范围可高可低，停止操作长可短，温度、压力范围可高可低，停止操作后易开启清理。后易开启清理。后易开启清理。后易开启清理。釜式反应器釜式反应器（Tank Reactor）应用：应用：应用：应用：一般由于有液相参加的化学反应，如液一般由于有液相参加的化学反应，如液固，液液，液气，液固气。如固，液液，液气，液固气。如PP,PSPP,PS生产中所用的生产中所用的釜式反应器釜式反应器。特种反应器特种反应器特种反应器特种反应器分类：分类：分类：分类：间歇操作间歇操作间歇操作间歇操作 Batch Batch ReactorReactor连续操作连续操作连续操作连续操作Continuou

13、s Stirred Continuous Stirred Tank Reactor(CSTR)Tank Reactor(CSTR)半间歇釜式反应器半间歇釜式反应器半间歇釜式反应器半间歇釜式反应器Semi-batch Tank ReactorSemi-batch Tank Reactor特种反应器特种反应器（Special Reactor Special Reactor）特点：特点：高粘度聚合体系，如螺杆型高粘度聚合体系，如螺杆型反应器、表面更新型反应器（反应器、表面更新型反应器（聚酯生聚酯生产中后缩聚反应产中后缩聚反应采用的单轴或双轴卧采用的单轴或双轴卧式反应器）。式反应器）。BACKPPPP

14、PPPP环环环环管管管管生生生生产产产产装装装装置置置置缩聚釜缩聚釜PVC 间歇聚合釜PVC 间歇聚合釜三三 釜式反应器的基本结构釜式反应器的基本结构 1 1 釜体釜体 提供足够的反应体积保证反应物达提供足够的反应体积保证反应物达到规定转化率所需的时间，并且有足够到规定转化率所需的时间，并且有足够的强度和耐腐蚀能力以保证运行可靠。的强度和耐腐蚀能力以保证运行可靠。2 2 换热装置换热装置 有效地输入或移出热量，以保证反有效地输入或移出热量，以保证反应过程最适宜地温度。应过程最适宜地温度。釜式反应器设计程序及计算方法釜式反应器设计程序及计算方法釜式反应器设计程序及计算方法釜式反应器设计程序及计算

15、方法NEXTNEXT3 3 搅拌器搅拌器 加加加加强强强强反反反反应应应应物物物物料料料料与与与与催催催催化化化化剂剂剂剂均均均均匀匀匀匀混混混混合合合合使使使使之之之之接接接接触触触触良良良良好好好好，使使使使各各各各类类类类助助助助剂剂剂剂均均均均匀匀匀匀分分分分散散散散，使使使使悬悬悬悬浮浮浮浮体体体体系系系系或或或或乳乳乳乳液液液液体体体体系系系系保保保保持持持持稳稳稳稳定定定定，强强强强化化化化釜釜釜釜内内内内传传传传热热热热与传质。与传质。与传质。与传质。作用：作用：作用：作用：混合功能混合功能 搅动功能搅动功能 分散功能分散功能 悬浮功能悬浮功能 4 4 轴密封装置轴密封装置 用

16、来防止釜体与搅拌轴之间的泄漏用来防止釜体与搅拌轴之间的泄漏。5 5 上、下封头上、下封头6 6 工艺接管工艺接管 为为适适应应工工艺艺需需要要，设设备备上上必必须须有有各各种种加加料料口口、出出料料口口、视视镜镜、人人孔孔及及测测温温孔孔等等，其其大大小小和和安安装装位位置置均均由由工工艺艺条条件件确定。确定。1 1 1 1 反应釜体积计算反应釜体积计算反应釜体积计算反应釜体积计算（1 1 1 1）间歇反应釜间歇反应釜间歇反应釜间歇反应釜 （2 2 2 2）连续反应釜连续反应釜连续反应釜连续反应釜2 2 2 2 确定封头型式确定封头型式确定封头型式确定封头型式3 3 3 3 确定封头与筒体的连

17、接方式确定封头与筒体的连接方式确定封头与筒体的连接方式确定封头与筒体的连接方式4 4 4 4 反应釜直径反应釜直径反应釜直径反应釜直径D D D D0 0 0 0与筒体高度与筒体高度与筒体高度与筒体高度H H H H的确定的确定的确定的确定5 5 5 5 计算并选择釜体内径。计算并选择釜体内径。计算并选择釜体内径。计算并选择釜体内径。计算釜体直边高度。计算釜体直边高度。计算釜体直边高度。计算釜体直边高度。计算最高液位、最低液位。计算最高液位、最低液位。计算最高液位、最低液位。计算最高液位、最低液位。画出反应器几何外型示意图。画出反应器几何外型示意图。画出反应器几何外型示意图。画出反应器几何外型

18、示意图。6 6 6 6 应用举例应用举例应用举例应用举例 7 7 7 7 釜式反应器小结釜式反应器小结釜式反应器小结釜式反应器小结 我我 四四 釜式反应器设计程序及计算方法釜式反应器设计程序及计算方法a.a.根据年产量确定日产量根据年产量确定日产量根据年产量确定日产量根据年产量确定日产量WWd d ，kgdkgd-1-1b.b.确定生产周期或每天生产批数确定生产周期或每天生产批数确定生产周期或每天生产批数确定生产周期或每天生产批数 T T T T=R R+a a (6-1)(6-1)式中式中式中式中 T T一个生产周期的时间，一个生产周期的时间，一个生产周期的时间，一个生产周期的时间，h h；

19、R R反应达到预期转化率所需反应时间，反应达到预期转化率所需反应时间，反应达到预期转化率所需反应时间，反应达到预期转化率所需反应时间，h h；a a 辅助操作时间，辅助操作时间，辅助操作时间，辅助操作时间，h h。则：每天生产批数则：每天生产批数则：每天生产批数则：每天生产批数 24/24/24/24/T T (6-2)(6-2)c.c.选择反应器装料系数选择反应器装料系数选择反应器装料系数选择反应器装料系数 V V V VR R R R/V/V/V/VT T T T (6-3)(6-3)式中式中式中式中 V VR R 反应物料所占体积，反应物料所占体积，反应物料所占体积，反应物料所占体积，m

20、m3 3 V VT T 反应器实际体积，反应器实际体积，反应器实际体积，反应器实际体积，mm3 3。搅拌釜反应器，搅拌釜反应器，搅拌釜反应器，搅拌釜反应器，取取取取0.70.70.80.8，有起泡或沸腾时，取，有起泡或沸腾时，取，有起泡或沸腾时，取，有起泡或沸腾时，取0.40.40.60.6。间歇釜式反应器容积计算方法间歇釜式反应器容积计算方法d.d.计算反应器体积及台数计算反应器体积及台数计算反应器体积及台数计算反应器体积及台数间歇釜式反应器容积计算方法间歇釜式反应器容积计算方法多台反应器并联使用多台反应器并联使用多台反应器并联使用多台反应器并联使用或WWd d 日产量日产量日产量日产量 ，

21、kgdkgd-1-1T T一个生产周期的时间，一个生产周期的时间，一个生产周期的时间，一个生产周期的时间，h h 每天生产批数每天生产批数每天生产批数每天生产批数 反应器装料系数反应器装料系数反应器装料系数反应器装料系数V VR R 反应物料所占体积，反应物料所占体积，反应物料所占体积，反应物料所占体积，mm3 3 V VT T 反应器实际体积，反应器实际体积，反应器实际体积，反应器实际体积，mm3 3a.a.根据年产量确定每小时处理物料量根据年产量确定每小时处理物料量根据年产量确定每小时处理物料量根据年产量确定每小时处理物料量 d d,kgh,kgh-1-1；b.b.确定物料平均停留时间确定

22、物料平均停留时间确定物料平均停留时间确定物料平均停留时间，(无辅助操作时间无辅助操作时间无辅助操作时间无辅助操作时间)，h h；c.c.确定装料系数确定装料系数确定装料系数确定装料系数(同间歇操作同间歇操作同间歇操作同间歇操作););d.d.计算反应器体积及台数。计算反应器体积及台数。计算反应器体积及台数。计算反应器体积及台数。连续操作反应液体积计算公式如下：连续操作反应液体积计算公式如下：连续操作反应液体积计算公式如下：连续操作反应液体积计算公式如下：连续釜式反应器容积计算方法连续釜式反应器容积计算方法a.a.a.a.标准椭圆封头标准椭圆封头标准椭圆封头标准椭圆封头(standard ell

23、ipse head)(standard ellipse head)(standard ellipse head)(standard ellipse head)b.b.碟封头碟封头(dished head)(dished head)c.c.锥形封头（锥形封头（conical head)conical head)d.d.球面封头（球面封头（spherical head)spherical head)封头封头(end plate)是化工设备的重要组成部是化工设备的重要组成部分，它与圆形直筒部分一起组成设备的外分，它与圆形直筒部分一起组成设备的外壳，如储罐、塔设备、换热器、反应器等壳，如储罐、塔设备、

24、换热器、反应器等设备的釜体均是由筒体与封头组成的。设备的釜体均是由筒体与封头组成的。确定封头型式确定封头型式封头的设计参数及特点封头的设计参数及特点封头的设计参数及特点封头的设计参数及特点封头的设计参数及特点封头的设计参数及特点封头名称封头高度（h）封头侧面积(s)封头体积(V)特 点半球封头0.5D0.5D1.571D1.571D2 20.2618D0.2618D3 3标准椭圆封 头0.25D0.25D1.083D1.083D2 20.131D0.131D3 3应力分布均匀，封头与筒体的强度相等，应用最广碟封头0.225D0.225D1.063D1.063D2 20.122D0.122D3

25、3曲面连接处存在弯曲应力，强度不如标准椭圆封头球面封头0.134D0.134D0.842D0.842D2 20.0539D0.0539D3 3一般用于卧式容器的两端封头平封头0D0D0.785D0.785D2 20D0D3 3600锥封头0.866D0.866D1.571D1.571D2 20.2267D0.2267D3 3应力分布不均匀，加工简单，造价低，排料容易，可用于低压反应器。如间歇缩聚反应，产物粘度高，采用1200锥封头作为下封头便于出料。1200锥封头0.375D0.375D1.123D1.123D2 20.1397D0.1397D3 3900锥封头0.5D0.5D1.111D1.

26、111D2 20.1309D0.1309D3 3示意图示意图示意图示意图各种封头的外形尺寸各种封头的外形尺寸封头与筒体的连接形式有两种封头与筒体的连接形式有两种封头与筒体的连接形式有两种封头与筒体的连接形式有两种:焊接连接和法兰连焊接连接和法兰连焊接连接和法兰连焊接连接和法兰连接接接接。法兰连接便于设备内部结构的。法兰连接便于设备内部结构的。法兰连接便于设备内部结构的。法兰连接便于设备内部结构的安装与检修安装与检修安装与检修安装与检修，但，但，但，但造价较高，密封性能较差造价较高，密封性能较差造价较高，密封性能较差造价较高，密封性能较差;焊接连接设备焊接连接设备焊接连接设备焊接连接设备结构简单

27、、结构简单、结构简单、结构简单、造价低、密封性能好，但不利于设备安装与检修造价低、密封性能好，但不利于设备安装与检修造价低、密封性能好，但不利于设备安装与检修造价低、密封性能好，但不利于设备安装与检修，为此常在釜体上封头上开设人孔。一般来说，对于为此常在釜体上封头上开设人孔。一般来说，对于为此常在釜体上封头上开设人孔。一般来说，对于为此常在釜体上封头上开设人孔。一般来说，对于搅拌釜反应器，若反应器直径较大，对密封要求较搅拌釜反应器，若反应器直径较大，对密封要求较搅拌釜反应器，若反应器直径较大，对密封要求较搅拌釜反应器，若反应器直径较大，对密封要求较高时，应采用焊接连接。若直径较小，内部结构比高

28、时，应采用焊接连接。若直径较小，内部结构比高时，应采用焊接连接。若直径较小，内部结构比高时，应采用焊接连接。若直径较小，内部结构比较复杂，对安装和检修要求较明确时，可采用法兰较复杂，对安装和检修要求较明确时，可采用法兰较复杂，对安装和检修要求较明确时，可采用法兰较复杂，对安装和检修要求较明确时，可采用法兰连接。连接。连接。连接。容器法兰及垫片的设计标准参见附录容器法兰及垫片的设计标准参见附录容器法兰及垫片的设计标准参见附录容器法兰及垫片的设计标准参见附录。容器法兰的密封面型式有平面、凹凸面和榫槽面三容器法兰的密封面型式有平面、凹凸面和榫槽面三容器法兰的密封面型式有平面、凹凸面和榫槽面三容器法兰

29、的密封面型式有平面、凹凸面和榫槽面三种种种种(图图图图)，其中榫槽面法兰密封性能最好，平面法兰，其中榫槽面法兰密封性能最好，平面法兰，其中榫槽面法兰密封性能最好，平面法兰，其中榫槽面法兰密封性能最好，平面法兰最差，但平面法兰造价低，因此可根据设备的性能最差，但平面法兰造价低，因此可根据设备的性能最差，但平面法兰造价低，因此可根据设备的性能最差，但平面法兰造价低，因此可根据设备的性能要求进行选择。要求进行选择。要求进行选择。要求进行选择。确定封头与筒体的连接方式确定封头与筒体的连接方式 法兰的结构及密封面型式法兰的结构及密封面型式法兰的结构及密封面型式法兰的结构及密封面型式H H 釜体总高度釜体

30、总高度釜体总高度釜体总高度(HeightHeight，包括封头高度，包括封头高度，包括封头高度，包括封头高度)，mm；D D 釜体直径釜体直径釜体直径釜体直径(DiameterDiameter)，mm。H/DH/D小小小小(矮胖型矮胖型矮胖型矮胖型)，釜内液体比表面积大，表面更新，釜内液体比表面积大，表面更新，釜内液体比表面积大，表面更新，釜内液体比表面积大，表面更新容易，小分子组分易汽化容易，小分子组分易汽化容易，小分子组分易汽化容易，小分子组分易汽化;搅拌轴相对较短，搅拌装搅拌轴相对较短，搅拌装搅拌轴相对较短，搅拌装搅拌轴相对较短，搅拌装置旋转稳定；搅拌桨直径大，需要搅拌功率高；对置旋转稳

31、定；搅拌桨直径大，需要搅拌功率高；对置旋转稳定；搅拌桨直径大，需要搅拌功率高；对置旋转稳定；搅拌桨直径大，需要搅拌功率高；对传热面积的增加不利传热面积的增加不利传热面积的增加不利传热面积的增加不利;传热距离较长，传热效果差。传热距离较长，传热效果差。传热距离较长，传热效果差。传热距离较长，传热效果差。H/DH/D大大大大(瘦高型瘦高型瘦高型瘦高型)，釜内液体比表面积小，有利于气，釜内液体比表面积小，有利于气，釜内液体比表面积小，有利于气，釜内液体比表面积小，有利于气体吸收体吸收体吸收体吸收;搅拌轴较长，加工困难，且旋转不稳定搅拌轴较长，加工困难，且旋转不稳定搅拌轴较长，加工困难，且旋转不稳定搅

32、拌轴较长，加工困难，且旋转不稳定;单单单单位反应器体积夹套传热面积较大，传热距离较短，位反应器体积夹套传热面积较大，传热距离较短，位反应器体积夹套传热面积较大，传热距离较短，位反应器体积夹套传热面积较大，传热距离较短，传热效果较好。传热效果较好。传热效果较好。传热效果较好。反应釜直径反应釜直径D D0 0与筒体高度与筒体高度H H的确定的确定反应釜直径反应釜直径D D0 0与筒体高度与筒体高度H H的确定的确定例例例例6-16-1 有有有有一一一一变变变变容容容容反反反反应应应应体体体体系系系系，采采采采用用用用搅搅搅搅拌拌拌拌釜釜釜釜反反反反应应应应器器器器，日日日日产产产产量量量量W W

33、W Wd d d d=26.6td=26.6td=26.6td=26.6td-1-1-1-1,间间间间歇歇歇歇操操操操作作作作。R R R R3h3h3h3h、a a a a=0.5h=0.5h=0.5h=0.5h、m m m m970kgm970kgm970kgm970kgm-3-3-3-3、体体体体积积积积收收收收缩缩缩缩系系系系数数数数-0.2-0.2-0.2-0.2、0.60.60.60.6、H/DH/DH/DH/D1.51.51.51.52 2 2 2，上上上上下下下下封封封封头头头头均均均均用用用用标标标标准准准准椭椭椭椭圆圆圆圆封封封封头头头头，如如如如本本本本题题题题附附附附图

34、所示，确定反应器几何外形尺寸。图所示，确定反应器几何外形尺寸。图所示，确定反应器几何外形尺寸。图所示，确定反应器几何外形尺寸。可可可可以以以以取取取取V V=1212MM3 3解：解：解：解：查表查表查表查表6-16-1标准椭圆封头的体积为标准椭圆封头的体积为标准椭圆封头的体积为标准椭圆封头的体积为0.131D0.131D3 3、h h封封封封D/4D/4。令：令：令：令：h h为釜体直边高度、为釜体直边高度、为釜体直边高度、为釜体直边高度、H H为反应器釜体总高度，则：为反应器釜体总高度，则：为反应器釜体总高度，则：为反应器釜体总高度，则：H Hh h+2h2h封封封封h+D/2=1.5Dh

35、+D/2=1.5D反应液体积：反应液体积：反应液体积：反应液体积：若取若取若取若取H/DH/D1.51.5，则有：，则有：，则有：，则有：h hD D反应器总体积应为：反应器总体积应为：反应器总体积应为：反应器总体积应为：间歇操作周期：间歇操作周期：间歇操作周期：间歇操作周期：虽虽虽虽然然然然反反反反应应应应器器器器属属属属于于于于非非非非标标标标准准准准设设设设备备备备，但但但但用用用用于于于于制制制制造造造造反反反反应应应应器器器器的的的的上上上上下下下下封封封封头头头头仍仍仍仍应应应应该该该该选选选选用用用用标标标标准准准准封封封封头头头头（参参参参见见见见附附附附录录录录）。因因因因为

36、为为为H/DH/D取取取取得得得得较较较较小小小小，所以此处按公称尺寸选定釜体直径为所以此处按公称尺寸选定釜体直径为所以此处按公称尺寸选定釜体直径为所以此处按公称尺寸选定釜体直径为1.8m1.8m。釜体的直边高度为：釜体的直边高度为：釜体的直边高度为：釜体的直边高度为：釜体实际高度为：釜体实际高度为：釜体实际高度为：釜体实际高度为：根据表6-2取封头直边高度为50mm,釜体圆形直筒部分高度:2.020-20.051.920m 反应器的实际体积为：最低液位：最低液位：反应器实际长径比为：反应器实际长径比为：反应器实际长径比为：反应器实际长径比为：H/D=2.92/1.8=1.622H/D=2.9

37、2/1.8=1.622。最高液位：最高液位：最高液位：最高液位：小小 结结 定操作方式定操作方式 反应器体积计算反应器体积计算 确定封头型式及连接方式确定封头型式及连接方式 确定釜体高度和直径确定釜体高度和直径 确定反应器的实际体积确定反应器的实际体积 反应器的实际长径比反应器的实际长径比 计算最高液位、最低液位计算最高液位、最低液位 画出反应器几何外形示意图画出反应器几何外形示意图例例例例6-26-2 有有有有一一一一丙丙丙丙烯烯烯烯聚聚聚聚合合合合反反反反应应应应体体体体系系系系，采采采采用用用用搅搅搅搅拌拌拌拌釜釜釜釜反反反反应应应应器器器器，年年年年产产产产量量量量W W W Wy y

38、 y y=4250ty=4250ty=4250ty=4250ty-1-1-1-1,间间间间歇歇歇歇操操操操作作作作,年年年年工工工工作作作作时时时时间间间间8000800080008000小小小小时时时时。R R R R3.5h3.5h3.5h3.5h、a a a a=1.5h=1.5h=1.5h=1.5h、m m m m500kgm500kgm500kgm500kgm-3-3-3-3、体体体体积积积积收收收收缩缩缩缩系系系系数数数数-0.2-0.2-0.2-0.2、0.60.60.60.6、H/DH/DH/DH/D1.81.81.81.82.52.52.52.5，上上上上下下下下封封封封头头

39、头头均均均均用用用用标标标标准准准准椭椭椭椭圆圆圆圆封封封封头头头头，如如如如本本本本题题题题附附附附图图图图所所所所示示示示，确确确确定定定定反反反反应应应应器器器器几几几几何何何何外形尺寸。外形尺寸。外形尺寸。外形尺寸。则，则，D=4.380mD=4.380m解：间歇操作周期为：解：间歇操作周期为：T=R+a=3.5+1.5=5.00hr；年批次：年批次：8000/5=1600反应液体积：反应液体积：VR=4250103/（1600500）=5.3125m3反应液总体积：反应液总体积：VT=VR/=5.3125/0.6=8.8542m3查表查表1得标准椭圆封头体积为得标准椭圆封头体积为0.

40、131D3,h封封=0.25D令令h为釜体直边高度，为釜体直边高度，H为反应器釜体总高度，则：为反应器釜体总高度，则：Hh2h封封hD/2=1.8D(取取H/D1.8)，则，则h=1.3D D=1.9039m因为因为H/D取得较小，所以此处按公称尺寸选定釜体直径为取得较小，所以此处按公称尺寸选定釜体直径为1.8000m釜体的直边高度为：釜体的直边高度为：根据表根据表2取封头直边高度为取封头直边高度为50mm,釜体圆形直筒部分高度釜体圆形直筒部分高度:2.8805-20.052.7805m反应器实际体积：反应器实际体积：反应器实际高度为反应器实际高度为Hh2h封封hD/2=2.88051.800

41、0/23.7805m反应器实际长径比：反应器实际长径比：H/D=3.7805/1.8=2.1003最高液位：最高液位：最低液位：最低液位：解：间歇操作周期为：解：间歇操作周期为：T T=R R+a=3.5+1.5=5.00h+a=3.5+1.5=5.00h年批次：年批次：8000/5=16008000/5=1600反应液体积：反应液体积：V VR R=425010=4250103 3/（16005001600500）=5.3125m=5.3125m3 3反应液总体积：反应液总体积：V VT T=V=VR R/=5.3125/0.6=8.8542m/=5.3125/0.6=8.8542m3 3查

42、表查表1 1得标准椭圆封头体积为得标准椭圆封头体积为0.131D0.131D3 3,h,h封封=0.25D=0.25D令令h h为釜体直边高度，为釜体直边高度，H H为反应器釜体总高度，则：为反应器釜体总高度，则：H Hh h2h2h封封h hD/2=1.8D(D/2=1.8D(取取H/DH/D1.8)1.8)，则，则h=1.3Dh=1.3D则，则，D=4.380mD=4.380m解：间歇操作周期为：解：间歇操作周期为：T=R+a=3.5+1.5=5.00hr；年批次：年批次：8000/5=1600反应液体积：反应液体积：VR=4250103/（1600500）=5.3125m3反应液总体积：

43、反应液总体积：VT=VR/=5.3125/0.6=8.8542m3查表查表1得标准椭圆封头体积为得标准椭圆封头体积为0.131D3,h封封=0.25D令令h为釜体直边高度，为釜体直边高度，H为反应器釜体总高度，则：为反应器釜体总高度，则：Hh2h封封hD/2=1.8D(取取H/D1.8)，则，则h=1.3D则，则，D=4.380m因为因为H/D取得较小，所以此处按公称尺寸选定釜体直径为取得较小，所以此处按公称尺寸选定釜体直径为1.8000m釜体的直边高度为：釜体的直边高度为：根据表根据表2取封头直边高度为取封头直边高度为50mm,釜体圆形直筒部分高度釜体圆形直筒部分高度:2.8805-20.0

44、52.7805m反应器实际体积：反应器实际体积：反应器实际高度反应器实际高度Hh2h封封5.3424/4=7.34m反应器实际高度为反应器实际高度为Hh2h封封hD/2=2.88051.8000/23.7805m反应器实际长径比：反应器实际长径比：H/D=3.7805/1.8=2.1003最高液位：最高液位：最低液位：最低液位：2解：物料流程示意图：解：物料流程示意图：因为H/D取得较小，所以此处按公称尺寸选定釜体直径为1.8000m釜体的直边高度为：根据表2取封头直边高度为50mm,釜体圆形直筒部分高度:2.8805-20.052.7805m反应器实际体积：反应器实际高度Hh2h封5.342

45、4/4=7.34m反应器实际高度为Hh2h封hD/2=2.88051.8000/23.7805m反应器实际长径比：H/D=3.7805/1.8=2.1003最高液位：最低液位：2解：物料流程示意图：CC液相本体法聚丙烯生产工艺的聚合釜属于液相本体法聚丙烯生产工艺的聚合釜属于液相本体法聚丙烯生产工艺的聚合釜属于液相本体法聚丙烯生产工艺的聚合釜属于中压容器，同时考虑挂胶问题，据此进行中压容器，同时考虑挂胶问题，据此进行中压容器，同时考虑挂胶问题，据此进行中压容器，同时考虑挂胶问题，据此进行主要设备的选择和工艺尺寸的设计计算。主要设备的选择和工艺尺寸的设计计算。主要设备的选择和工艺尺寸的设计计算。主

46、要设备的选择和工艺尺寸的设计计算。1 反应釜设计反应釜设计反应釜设计反应釜设计2 2 闪蒸釜设计闪蒸釜设计3 3 泵类等辅助设备的选型泵类等辅助设备的选型泵类等辅助设备的选型泵类等辅助设备的选型 实例实例 PP PP间歇法间歇法 国内国内国内国内间歇法间歇法间歇法间歇法本体聚合本体聚合本体聚合本体聚合PPPPPPPP生产技术中，生产装置生产技术中，生产装置生产技术中，生产装置生产技术中，生产装置中所用的聚合釜主要有中所用的聚合釜主要有中所用的聚合釜主要有中所用的聚合釜主要有4m4m4m4m3 3 3 3、12m12m12m12m3 3 3 3和和和和15m15m15m15m3 3 3 33 3

47、 3 3种种种种 。开始反应时，釜内全是液相丙烯，随着反应时开始反应时，釜内全是液相丙烯，随着反应时开始反应时，釜内全是液相丙烯，随着反应时开始反应时，釜内全是液相丙烯，随着反应时间的延长，液相丙烯中悬浮的聚丙烯固体颗间的延长，液相丙烯中悬浮的聚丙烯固体颗间的延长，液相丙烯中悬浮的聚丙烯固体颗间的延长，液相丙烯中悬浮的聚丙烯固体颗粒逐渐增多，反应后期几乎全是粒逐渐增多，反应后期几乎全是粒逐渐增多，反应后期几乎全是粒逐渐增多，反应后期几乎全是PPPPPPPP颗粒颗粒颗粒颗粒 。聚合釜采用聚合釜采用聚合釜采用聚合釜采用螺带式搅拌器螺带式搅拌器螺带式搅拌器螺带式搅拌器（单螺带搅拌或双螺（单螺带搅拌或

48、双螺（单螺带搅拌或双螺（单螺带搅拌或双螺带搅拌）。为防止釜底下料管的堵塞，釜底带搅拌）。为防止釜底下料管的堵塞，釜底带搅拌）。为防止釜底下料管的堵塞，釜底带搅拌）。为防止釜底下料管的堵塞，釜底设计了设计了设计了设计了小搅拌小搅拌小搅拌小搅拌。聚合热以。聚合热以。聚合热以。聚合热以夹套散热夹套散热夹套散热夹套散热为主，辅为主，辅为主，辅为主，辅以釜内冷却管散热的方式。以釜内冷却管散热的方式。以釜内冷却管散热的方式。以釜内冷却管散热的方式。一一 聚合釜设计容积的计算聚合釜设计容积的计算 反应釜设计1.11.1聚合釜材质的选定聚合釜材质的选定聚合釜材质的选定聚合釜材质的选定1.2 1.2 聚合釜容积

49、的确定聚合釜容积的确定聚合釜容积的确定聚合釜容积的确定1.3 1.3 聚合釜外形尺寸的设计聚合釜外形尺寸的设计聚合釜外形尺寸的设计聚合釜外形尺寸的设计1.4 1.4 内构件及搅拌轴封的设计内构件及搅拌轴封的设计内构件及搅拌轴封的设计内构件及搅拌轴封的设计 2 2 闪蒸釜设计闪蒸釜设计3 3 泵类等辅助设备的选型泵类等辅助设备的选型泵类等辅助设备的选型泵类等辅助设备的选型CC1.11.1聚合釜材质的选定聚合釜材质的选定聚合釜材质的选定聚合釜材质的选定CC 聚聚聚聚合合合合釜釜釜釜生生生生产产产产的的的的操操操操作作作作压压压压力力力力为为为为3.50.1Mpa3.50.1Mpa3.50.1Mpa

50、3.50.1Mpa，反反反反应应应应温温温温度度度度为为为为763763763763，同同同同时时时时催催催催化化化化剂剂剂剂有有有有腐腐腐腐蚀蚀蚀蚀作作作作用用用用，聚聚聚聚合合合合有有有有挂挂挂挂胶胶胶胶现现现现象象象象，故故故故其其其其材材材材质质质质选选选选用用用用不不不不锈钢，这样产品的清洁度也较高。锈钢，这样产品的清洁度也较高。锈钢，这样产品的清洁度也较高。锈钢，这样产品的清洁度也较高。每釜每次产量：每釜每次产量：每釜每次产量：每釜每次产量：2658Kg2658Kg2658Kg2658Kg则则则则每釜年每釜年每釜年每釜年产产产产量：量：量：量：80002658/(51000)=42