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1、第22卷第3期合成纤维工业Vol.22No.31999年6月CHINASYNTHETICFIBERINDUSTRYJun.1999丙烯腈悬浮共聚合反应釜的设计洪璋传宋玺文(安庆石化总厂,246001)(吉林奇峰腈纶公司)[1,2]1丙烯腈聚合的特点均停留时间(S)要短得多,所以设计采用全混合单釜操在水溶性引发剂诱导下,丙烯腈的悬浮聚合,其起始作,所得到聚合物的平均相对分子质量符合窄分布要求。阶段,聚合引发、链增长先是在水相中进行,当反应活性3聚合釜容积的计算和高ö径比的选择链增长到8～10个链节时,原先的均相体系开始混浊,出由于在工艺研究
2、阶段对聚合反应基础数据、一定温现相分离,活性长链分子开始从水中析出,但仍继续增度等条件下,引发、增长及终止或转移反应速率常数、引长,逐步形成最初一级约(5.2～5.3)×10-3Lm的微粒。发剂浓度、pH值、反应进出口单体浓度变化的平均转化随着反应不断进行,初级微粒不断增多,这时粒子因运动率都是确定的,所以可以利用这些基础数据,精确求出反而互相碰撞、凝聚,这种初级粒子逐步转变成较大一些微应平均停留时间(S)。粒。这种微粒在碰撞中又会进一步增长,经反复多次碰撞S=x1(1-x)K2prKiIöKt合并,结果使开始沉淀出以分子链为基的初级微粒
3、逐步式中x——单体平均转化率(%);形成多层次,似“米花球”的宏观粒子;通过碰撞合并和下Kpr——聚合增长速率常数;述自身聚合引起粒子增大,在搅拌作用受到湍流或剪切Ki——聚合引发速率常数;力分散作用,使这种不断增长的粒子又被粉碎。当这种合Kt——聚合终止速率常数。并—分离达到稳态动平衡时,整个聚合体系就形成由一再根据对釜的生产能力要求算出单位时间进料体积定数量和粒经范围多层次粒子构成的非均相悬浮体系。总量(F)。前述粒子聚合增大是这个体系在逐步形成过程中,聚合F=Gö(txC0Qm)场所也由水相向粒子相表面过渡,形成粒子,吸附和捕捉式中
4、G——每台釜的产量(kgöa);水相中单体和反应生成游离基,使反应转移至粒子表面t——年有效操作时间(h);界区进行。C0——单体进料浓度(%);从上述阐明聚合过程特点中可以清楚了解粒子形成3Qm——进料混合体的密度(kgöm)。的结构和粒径大小和分布同聚合场所环境有着密切关根据求出的S和F,求出釜的工作容积(V2):系,特别是聚合工艺、聚合釜的结构和搅拌等因素;反过V2=S平均F来形成粒子结构、大小分布等对体系流变性能、传热性能釜的实际容积为:有很大影响,给工艺控制、产品性能如脱水、干燥和溶解V实=V2öG及设备运行能耗等带来有利或不利
5、结果。所以结合工艺式中G——装料系数,一般为0.8～0.85。进行聚合釜合理设计,以获得良好聚合环境是十分重要聚合釜容积包含上、下盖容积和桶体部分容积。一般的,也是水相悬浮聚合釜设计比一般反应釜设计要难的底、盖采用碟形结构,所以原因之一。3V底=V盖=0.1227D2聚合釜的基本设计参数桶身容积:聚合釜的基本设计参数:①年产量;②年工作时V桶=(PD2H)ö4间;③原料进料浓度;④总进料量;⑤进料混合体系的因此,总容积:平均密度、温度及物性;⑥聚合工艺参数(聚合反应温度V总=(PD2H)ö4+(2×0.1227D3)T1,聚合转化率,聚合
6、pH值);⑦聚合釜出口物料固含式中D——聚合釜内径;量,未反应单体浓度,出口物的物性,平均密度、粘度、比H——桶体高度。热等;⑧反应釜操作方式,装料系数。只要选择一定高ö径(HöD)比,就可以求出聚合釜根据文献[3]介绍,丙烯腈聚合活性链寿命(t)比平的D,H和其他各项工艺尺寸。选择HöD要考虑以下两©1994-2010ChinaAcademicJournalElectronicPublishingHouse.Allrightsreserved.http://www.cnki.net第3期洪璋传等.丙烯腈悬浮共聚合反应釜的设计57点互相牵
7、制的因素:聚合釜HöD大,有利于扩大釜的传D——搅拌釜内径。热面积,因传热面积大,可增加单体进料浓度,强化反应有了搅拌器排出量准数,可按下式求出釜内循环流速度,缩短平均停留时间,有利于提高釜的生产能力;但量准数(Nqc)和循环量(qc)。2是HöD比增大,釜内混合作用减弱,搅拌功率成倍增加,Nqc=Nqd{1+[0.16(döD)-1]}3搅拌器轴因釜高度加大而延长,单支承轴在旋转时易摆qc=Nqcõnõd动,这对混合是不利的。HöD小使釜的传热面积不能满通过上式计算,可以确定搅拌器选型、直径、转速三足除去反应热的需求,所以这两方面要结合
8、起来考虑,必者关系;搅拌器的型式和直径设计对循环流量准数有密要时要反复多次才能取得最佳结果。鉴于上述因素,纵观切关系,选择型式不良或直径尺寸不符合要求,都会影响国外多家厂商的聚合釜的结构,Hö
