聚合反应工程(华东理工大学)5.聚合反应器

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1、聚合反应器及反应器内流体的流动和混合第五章聚合反应器及其工程因素5.1聚合釜概述带有搅拌装置的反应器——搅拌聚合釜带有搅拌装置的容器——原料配制槽、浆料沉析槽5.1聚合釜概述聚合釜的结构釜体密封装置减速机搅拌器釜盖料孔温度计孔视镜孔人孔搅拌孔电动机5.1聚合釜概述影响聚合釜功能的主要因素釜体长径比——矮胖型、瘦长型；搅拌桨形式——剪切型、循环型；高粘度型、低粘度型；挡板——消除旋涡；夹套、内冷管——传热能力；釜体材质——结垢问题、导热问题等5.1聚合釜概述各种搅拌器形式：5.1聚合釜概述对不同的化工生产过程，搅拌（反应釜）应具备以下作用：推动液体流动，混匀物料；产生剪切力

2、，分散物料，并使之悬浮；增加流体的湍流，以提高传热效率；加速物料的分散与合并，增大物质传递速度；对高粘体系，可以更新表面，促使低分子物（如水、溶剂）蒸出。5.2搅拌聚合釜内流体的流动和混合5.2.1聚合釜内流体的流动状况5.2.2搅拌器的类型和选用5.2.3聚合釜的搅拌功率计算5.2.4搅拌器的流动特性和转速5.2.5搅拌器的混合特性5.2.6搅拌釜中的分散过程5.2.1聚合釜内流体的流动状况流动状况（简称“流况”）——在整个搅拌容器中流体速度向量的方向。决定釜内流体流况的因素：——釜体的几何尺寸；——搅拌器的几何尺寸；——传动力；——处理物料的物性等。5.2.1聚合釜内

3、流体的流动状况搅拌釜内流况的层次：循环流动——宏观流动剪切流动——微观流动5.2.1聚合釜内流体的流动状况宏观流动是指流体以大尺寸（凝聚流体、气泡、液滴）在大范围内（整个聚合釜空间）中的流动状况。宏观流动也称“循环流动”。循环流动存在三种典型流况：径向流动：轴向流动：切向流动：5.2.1聚合釜内流体的流动状况微观流动是指流体以小尺寸（小气泡、更微小的液滴）在小范围（气泡、液滴大小的空间）中的湍流状况。微观流动是由于搅拌桨的剪切作用而引起的局部混合作用，微观流动也称“剪切流动”。在搅拌釜内进行流动的流体都存在循环流动与剪切流动，唯二者的比重有所不同。5.2.1聚合釜内流体的

4、流动状况以循环流动为主的搅拌器称循环型搅拌器；以剪切流动为主的搅拌器称剪切型搅拌器；推进式平桨三斜窄叶涡轮式5.2.1聚合釜内流体的流动状况搅拌雷诺数是判定搅拌釜内流动形式的无因次准数。雷诺数不同，釜内流体流动表现不同流态。搅拌雷诺数与流态滞流层流过度流湍流5.2.1聚合釜内流体的流动状况搅拌雷诺数与搅拌特性行为准数的关系动力特性：功率准数重力特性：弗劳德准数传热特性：努塞尔准数混合特性：混合时间数循环特性：排除流量数5.2.1聚合釜内流体的流动状况搅拌釜内液流流态与特性曲线搅拌雷诺数对搅拌釜内的特性行为（准数）的影响在层流和过度流区域有决定性作用，在湍流区域则影响不大。

5、5.2.2搅拌器的类型和选用搅拌器的分类：搅拌器形状：桨式、推进式、涡轮式、螺杆和螺带式等；搅拌流况：循环流动、剪切流动；搅拌目的：混合、悬浮、分散、传热等。5.2.2搅拌器的类型和选用桨式搅拌器主要类型：锚式斜桨平桨框式5.2.2搅拌器的类型和选用平桨和斜桨搅拌器结构简单，剪切力较强，斜桨还有较强的向上或向下垂直液流。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，适用高粘度流体。设计参数：转速：20～200rpm桨径/釜径：0.5～0.7叶端速度：1.5～2m/s粘度范围：0.1～102Pa.s桨径/釜径：>0.95粘度范围：102

6、~103Pa.s设计参数：5.2.2搅拌器的类型和选用推进式搅拌器特点：结构简单，剪切作用小，循环性能好，属于循环型搅拌器，适用于低粘度，液量大的液体搅拌。设计参数：桨径<0.4m,D/T:0.1~0.33叶端速度：5～15m/s三叶右旋推进式5.2.2搅拌器的类型和选用涡轮式搅拌器主要类型：平直叶对开圆盘涡轮式弯叶圆盘涡轮式螺距叶圆盘内涡轮式5.2.2搅拌器的类型和选用特点：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动，甩出搅拌器的液体和壁面碰撞后形成上下两路的循环流动，并回流入搅拌器。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

7、液体的混合、液—液分散、液—固悬浮及促进良好的传热、传质。设计参数：叶径/叶宽：5～8；叶径/釜径：0.5～0.7；叶片数：4～8。5.2.2搅拌器的类型和选用螺杆和螺带式搅拌器主要类型：螺带式螺带螺杆式螺杆式带导流筒螺杆5.2.2搅拌器的类型和选用特点：适用于高粘度流体（10～103Pa.s）。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子。设计参数：桨径D/螺距S＝1螺带叶宽B/釜径T＝0.1桨径D/釜径T＝0.955.2.2搅拌器的类型和选用三叶后掠式搅拌器三叶后掠整体式特