聚合反应工程(华东理工大学)4.聚合反应工程分析(引论).ppt
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1、聚合反应工程和聚合反应的实施聚合反应工程和聚合反应的实施第四章 聚合反应工程 引引 论论1 1 概述概述q聚合反应实施聚合反应实施小试研究阶段:小试研究阶段:确定聚合机理和聚合方法确定聚合机理和聚合方法 工业化生产工业化生产 聚合反应设备(放大)聚合反应设备(放大)聚合反应工艺流程聚合反应工艺流程 聚合反应工程聚合反应工程聚合反应工艺(配方、操作)聚合反应工艺(配方、操作)聚聚合合反反应应工工程程实实施施经经验验化化学学反反应应工工程程理理论论1 1 概述概述q工业化学反应过程中发生的物料过程:工业化学反应过程中发生的物料过程:(1 1)返混)返混不同停留时间物料的混合不同停留时间物料的混合(
2、2 2)动量传递)动量传递不同流动速度物料间的混合;不同流动速度物料间的混合;(3 3)质量传递)质量传递不同浓度物料间的混合;不同浓度物料间的混合;(4 4)热量传递)热量传递不同温度物料间的混合。不同温度物料间的混合。这些物理过程会影响到化学反应的浓度和温度在时间和空间上的分这些物理过程会影响到化学反应的浓度和温度在时间和空间上的分布,从而影响到化学反应的结果。布,从而影响到化学反应的结果。1 1 概述概述 与与低分子反应相比,聚合反应和聚合物生产有以下特点:低分子反应相比,聚合反应和聚合物生产有以下特点:1、反应机理多样,动力学关系复杂,重现性差,微量杂质影响大。反应机理多样,动力学关系
3、复杂,重现性差,微量杂质影响大。2、聚合过程中,除转化率外,需要考虑聚合度、分布、共聚物组成、分布、聚合过程中,除转化率外,需要考虑聚合度、分布、共聚物组成、分布和序列分布、聚合物结构、及聚合物性能。和序列分布、聚合物结构、及聚合物性能。3、多数聚合体系粘度很高,有的是多相体系,他们的流动、混合、传质、多数聚合体系粘度很高,有的是多相体系,他们的流动、混合、传质、传热和低分子体系有很大不同,同时反应器的结构需要作一些专门的考传热和低分子体系有很大不同,同时反应器的结构需要作一些专门的考虑。虑。4、聚合物体系和聚合产品种类多,化工数据缺乏,进一步研究、聚合物体系和聚合产品种类多,化工数据缺乏,进
4、一步研究“三传三传”比比较困难,使得反应器的设计和放大受到限制,聚合反应工程的发展比较较困难,使得反应器的设计和放大受到限制,聚合反应工程的发展比较缓慢。缓慢。1 1 概述概述q聚合反应过程的实施的特点:聚合反应过程的实施的特点:1.1.聚合反应聚合反应有多种多样的聚合反应机理;采用不同的聚合方法。有多种多样的聚合反应机理;采用不同的聚合方法。2.2.聚合反应的结果除了要对反应的转化率和选择率进行考察外,还要考聚合反应的结果除了要对反应的转化率和选择率进行考察外,还要考察分子量和分子量分布、分子的结构以及高分子的立构规整性等等;察分子量和分子量分布、分子的结构以及高分子的立构规整性等等;3.3
5、.聚合体系多样的流变行为使物料的流动、搅拌、混合等方面都产生一聚合体系多样的流变行为使物料的流动、搅拌、混合等方面都产生一系列问题;系列问题;4.4.聚合反应过程中始终存在着放热和散热的尖锐矛盾,这个矛盾往往成聚合反应过程中始终存在着放热和散热的尖锐矛盾,这个矛盾往往成为过程开发的关键所在。为过程开发的关键所在。2 2 聚合反应的装置聚合反应的装置工业聚合反应过程的核心工业聚合反应过程的核心:聚合反应器聚合反应器2 2 聚合反应的装置聚合反应的装置1.1.釜式聚合反应器釜式聚合反应器应用:应用:低粘度的的悬浮聚合过程、乳液聚合过程低粘度的的悬浮聚合过程、乳液聚合过程 高粘度的本体聚合和熔融缩聚
6、等过程高粘度的本体聚合和熔融缩聚等过程 操作方式:操作方式:间歇操作间歇操作 半连续操作半连续操作 单釜和多釜的连续操作单釜和多釜的连续操作2 2 聚合反应的装置聚合反应的装置 釜式聚合反应器长经比釜式聚合反应器长经比 按照长经比的不同,釜式聚合反应器可以分为瘦长型和矮胖型或者介于之间;按照长经比的不同,釜式聚合反应器可以分为瘦长型和矮胖型或者介于之间;搅拌装置搅拌装置 平桨式、推进式、涡轮式、三叶后掠式及布鲁马金式桨叶(低粘度系统)平桨式、推进式、涡轮式、三叶后掠式及布鲁马金式桨叶(低粘度系统)锚式、螺带式、带导流筒的螺杆式及其它特殊形式的搅拌锚式、螺带式、带导流筒的螺杆式及其它特殊形式的搅
7、拌(高粘度体系)(高粘度体系)釜式聚合反应器的除热釜式聚合反应器的除热 采用夹套和各种内冷构件,如内冷挡板、蛇管等。采用夹套和各种内冷构件,如内冷挡板、蛇管等。当釜内除热不足于除去反应热时,可以考虑采用釜外回流冷凝器和釜外循环当釜内除热不足于除去反应热时,可以考虑采用釜外回流冷凝器和釜外循环冷却器。冷却器。q釜式聚合反应器结构构成釜式聚合反应器结构构成 聚氯乙稀生产聚氯乙稀生产33立方米聚合釜结构示意图立方米聚合釜结构示意图 2 2 聚合反应的装置聚合反应的装置2.2.塔式聚合反应器塔式聚合反应器 一般用于连续生产且对物料的停留时间有一定要求的较高粘度的物料一般用于连续生产且对物料的停留时间有
8、一定要求的较高粘度的物料体系体系,主要是一些缩聚反应。主要是一些缩聚反应。苯乙烯本体聚合反应器苯乙烯本体聚合反应器 己内酰胺连续缩聚用的己内酰胺连续缩聚用的VKVK塔塔 2 2 聚合反应的装置聚合反应的装置3.3.管式聚合反应器管式聚合反应器优点:简单,单位体积所具有的传热面积大,优点:简单,单位体积所具有的传热面积大,单位体积生产能力大、单位体积生产能力大、单程转化率高,单程转化率高,适用高温、高压操作。适用高温、高压操作。缺点:缺点:容易发生聚合物的粘壁现象,造成管容易发生聚合物的粘壁现象,造成管道堵塞;道堵塞;当物料的粘度很大时,压力损失也大。当物料的粘度很大时,压力损失也大。应用:应用
9、:尼龙尼龙6666的熔融缩聚的熔融缩聚 高压聚乙烯及中压聚烯烃高压聚乙烯及中压聚烯烃 高压聚乙烯生产管式反应器高压聚乙烯生产管式反应器2 2 聚合反应的装置聚合反应的装置双环管式聚合反应器双环管式聚合反应器 环状反应器环状反应器应用:应用:中压聚烯烃(聚丙烯);中压聚烯烃(聚丙烯);反应器的容积:反应器的容积:2020100100M M3 3;管长:管长:100100150150M M;反反应应器器材质:材质:采用碳采用碳钢钢管管;反反应应器器内部构件:内部构件:轴轴流流泵泵 。2 2 聚合反应的装置聚合反应的装置4.4.卧式聚合釜卧式聚合釜带刮板的卧式聚合釜带刮板的卧式聚合釜 有螺带的卧式聚
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