聚合反应工程(华东理工大学)4.聚合反应工程分析（引论）

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1、聚合反应工程和聚合反应的实施第四章聚合反应工程《《引论》》1概述聚合反应实施小试研究阶段：确定聚合机理和聚合方法工业化生产①聚合反应设备（放大）③聚合反应工艺流程聚合反应工程②聚合反应工艺（配方、操作）聚合反应工程实施经验化学反应工程理论1概述工业化学反应过程中发生的物料过程：（1）返混――不同停留时间物料的混合（2）动量传递――不同流动速度物料间的混合；（3）质量传递――不同浓度物料间的混合；（4）热量传递――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布，从而

2、影响到化学反应的结果。1概述与低分子反应相比，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。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、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。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“三传”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缓

3、慢。1概述聚合反应过程的实施的特点：1.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。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.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；4.聚合反应过程中始终存在着放热和散热的尖锐矛盾，这个矛盾往往成为过程开发的关键所在。2聚合反应的装置工业聚合反应过程的核心：聚合反应器2聚合反应的装置1.釜式聚合反应器应用：低粘度的的悬浮聚合过程、乳液聚合过程

4、高粘度的本体聚合和熔融缩聚等过程操作方式：间歇操作半连续操作单釜和多釜的连续操作2聚合反应的装置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；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）锚式、螺带式、带导流筒的螺杆式及其它特殊形式的搅拌（高粘度体系）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。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。釜式聚合反应器结构构成聚氯乙稀生产33立方米聚

5、合釜结构示意图2聚合反应的装置2.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体系,主要是一些缩聚反应。苯乙烯本体聚合反应器己内酰胺连续缩聚用的VK塔2聚合反应的装置3.管式聚合反应器优点：简单，单位体积所具有的传热面积大，单位体积生产能力大、单程转化率高，适用高温、高压操作。缺点：容易发生聚合物的粘壁现象，造成管道堵塞；当物料的粘度很大时，压力损失也大。应用：尼龙66的熔融缩聚高压聚乙烯及中压聚烯烃高压聚乙烯生产管式反应器2聚合反应的装置双环管式聚合反应器环状反应器应

6、用：中压聚烯烃（聚丙烯）；反应器的容积：20～100M3；管长：100～150M；反应器材质：采用碳钢管；反应器内部构件：轴流泵。2聚合反应的装置4.卧式聚合釜带刮板的卧式聚合釜有螺带的卧式聚合釜应用：物料粘度高而需要将小分子去除的物料体系，如：聚酯。2聚合反应的装置4.卧式聚合釜表面更新型卧式聚合釜采用双轴结构的卧式聚合釜，可以有效地避免死区。2聚合反应的装置5.捏和机式聚合装置有强的剪切作用，可以达到物料捏和和混炼的作用。二种形式的捏和机示意图应用：液固反应，耐热性聚合物芳香族聚酰亚胺2聚合反应

7、的装置5.捏和机式聚合装置捏和机式聚合装置常见的搅拌器形式有三种。捏和机式聚合装置常见的搅拌器形式2聚合反应的装置6.螺杆挤压机式聚合装置利用螺杆强烈的剪切和挤压作用，将高粘度的物料体系强行地混合、推进、挤出。双螺杆聚合装置应用：尼龙66生产中作后聚器，聚碳酸酯。聚合反应－加工一体化。2聚合反应的装置7.履带式聚合装置履带式聚合装置示意图应用：聚合反应速度很快，需要迅速排除热量或小分子的聚合反应。如：聚异丁烯、聚酯。2聚合反应的装置8.流化床聚合装置适合于气固聚合反应系统，已经用于聚烯烃（如乙烯、丙

8、烯或它们与丁烯的共聚物）的生产。UNIPOL法生产聚烯烃流化床过虑层催化剂加料器出料旋风分离器共聚单体乙烯氢催化剂2聚合反应的装置9.其他（1）板框式聚合装置（PMMA聚合后聚器）（2）静态混合器反应器（适合均相和多相体系，试验中）（3）鼓泡塔式反应器（配位络合催化剂的聚烯烃生产，气液固三相反应器）板框式聚合装置Kenics静态混合器3聚合反应的操作方式1.间歇式操作原料一次性投入，反应结束后反应物一次性从反应器内排出。特点：(1)适用于小批量、多品种生产。(2)产品