聚合反应器技术及应用.docx

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1、聚合反应器技术及应用31聚合反应工艺及设备分类；郝静祖；摘要:以聚乙烯为例简单介绍了聚合反应的工艺流程，；1、聚合反应工艺流程及主要控制回路简介；聚合反应机理复杂，是强放热反应，过程具有大滞后、；其一般流程图如下：；图1聚合反应流程图；系统主要由聚合反应器(C4001)、循环汽冷却器；以聚乙烯合成为例[1]，聚合反应在硫化床反应器(；温度控制回路，主要依靠进入反应器入口的循环汽温度聚合反应工艺及设备分类郝静祖摘要:以聚乙烯为例简单介绍了聚合反应的工艺流程，及聚合反应器的一般分类关键词:聚合反应器聚合反应1、聚合反应工艺

2、流程及主要控制回路简介聚合反应机理复杂，是强放热反应，过程具有大滞后、大惯性、非线性等特性。温度、压力、浓度及催化剂的活性与牌号等都对化学平衡产生重要影响。其中，反应器床层温度对产品的质量、产率影响最大。其一般流程图如下：图1聚合反应流程图系统主要由聚合反应器(C4001)、循环汽冷却器(E4002)和循环汽压缩机组成。反应循环汽体在压缩机的作用下，连续经过被硫化的树脂反应床和冷却器，同时移走反应产生的热量。冷却器是单程壳式换热器，汽体走管程，调温水走壳层。以聚乙烯合成为例[1]，聚合反应在硫化床反应器(C4001)中

3、进行，反应压力为2.1MPa，反应温度88℃左右，具体数值视产品牌号而定。反应用料乙烯、H2、T2、CH及其共聚单体等从反应器底部加入，一部分转化为聚乙烯，大部分单体和共聚单体从反应器顶部作为循环汽又返回到反应器。循环汽冷却器(E4002)的调温水由水泵加入，从循环器冷却器出来的调温水带出大量的热量。催化剂Cat来自加料器STC4036。反应器有两套出料循环系统，一路排出料粉进入出料缸C4101，另一路从塔顶排出，循环反应。温度控制回路，主要依靠进入反应器入口的循环汽温度来调节，循环汽的温度由冷却水流量控制，而水流量的

4、控制为分程控制。控制系统结构为串级控制，主调节器4001T26，副调节器4001T46。循环汽流量控制：反应器流量由4001FIC检测并发出调节信号给入口导向阀4003FV，通过调节入口导向阀的开度来控制循环汽流量。反应器温度.PV在负荷平稳、催化剂加料均匀、活性好的情况下基本能维持稳定的正常88℃±1℃。当工况负荷有变化，或其它未知扰动的影响时，会造成温度的大范围波动，甚至出现高高限报警。如：由于产品牌号的变化，操作员为保证产品质量而改变催化剂加料量，一不小心就会导致聚合反应的剧烈变化，表现为反应器温度的剧烈波动。另

5、外，由于循环汽压泵的故障，常会引发循环汽流量的波动，而流量回路由于时间常数小，短时间即可恢复稳定，但由此而导致的反应器温度波动却迟迟不能恢复稳定，有可能会产生振荡。总的来说，反应器温度控制通道具有大惯性、大滞后、非线性等特征，目前普遍采用的PID控制有不尽如意之处，有待改进。2、聚合反应器以溶聚丁苯橡胶连续聚合工艺为线索，介绍了我国目前应用于聚合反应生产的反应器。2.1连续聚合用反应釜采用相向两侧进料的反应釜[2]，釜内设有轴向和径向搅拌器，搅拌速度350r/min，4块挡板用来强化混合，适当改善物料在釜内的停留时间分

6、布。单体和引发剂溶液由湍流区相对两侧的入口管线的3个孔进入体系，从而防止新鲜引发剂直接与高浓度的单体接触，以便减轻挂胶及凝胶的生成；另外要在反应物料中加入适量1,2-丁二烯。各种物料的组成(质量份)如下:单体溶液中丁二烯100，环己烷475，THF0.04，1,2-丁二烯0.04；引发剂溶液中正丁基锂0.065，环己烷156。聚合在126℃下连续进行502h后，釜内残余的湿聚合物占釜内容积不到1%，将其取出干燥后测其质量仅占产胶量的百万分之一。然而当进一步提高聚合温度或聚合物相对分子质量时，连续运转周期即明显缩短。聚合

7、体系物料混合的均匀程度对橡胶的质量有明显的影响，Asahi公司的专利[3]提出，聚合釜搅拌器的线速度与聚合液粘度之比宜控制在0.05以上。单体溶液也宜由反应器的中部及底部两个部位加入，这样可以改进物料的混合程度，也有利于降低聚合物中嵌段聚苯乙烯的含量。据专利报道[4]，有一种外形为釜，而物料在其中走向为S形的环形反应器。该反应器中央有一轴向转动的圆桶状搅拌器，单体和催化剂溶液在管道内混合后，进入冷剂环绕的中央管，然后进入转动搅拌器封闭端与热交换外壁之间的区域，在其中搅拌混合，然后依次在环行区下行和上行，最后离开聚合釜。

8、釜的夹套也通入冷剂。这种反应器可减少物料的短路和返混，缩短物料在釜内的平均停留时间分布。这种反应器有两大特点:一是反应速度快，停留时间短；二是传热面积大。在此反应器中于74~116℃聚合，达到单体转化率92%时所需的物料停留时间只要5min，此反应速度相当于一般聚合釜的7~8倍；圆桶状搅拌器的转速为787r/min。容积为570L