聚合物合成工程聚合物生產(chǎn)設備演示文稿當前第1頁\共有34頁\編于星期一\13點（優(yōu)選）聚合物合成工程聚合物生產(chǎn)設備當前第2頁\共有34頁\編于星期一\13點3.3.1釜式聚合反應器

由容器部分(釜體)、熱交換裝置、攪拌裝置、密封裝置及其他部分(如擋板、接管、人孔和支座等)組成,如圖3-1所示。圖3-1攪拌聚合釜的結(jié)構(gòu)圖當前第3頁\共有34頁\編于星期一\13點1.釜體

釜體由圓形簡體和上下封頭組成,其作用是為物料提供反應空間,所用材質(zhì)多為搪玻璃、不銹鋼和復合鋼板,規(guī)格有7m3、13.5m3

、14m3

、30m3

、33m3等,最大可達250m3。2.熱交換裝置

熱交換裝置的結(jié)構(gòu)有夾套傳熱、內(nèi)冷件傳熱和釜外循環(huán)傳熱等,其作用是供給或帶走熱量保證反應順利進行。其中,夾套傳熱是聚合釜的主要傳熱方式。當前第4頁\共有34頁\編于星期一\13點3.攪拌裝置

攪拌裝置由攪拌器(包括攪拌軸、攪拌漿葉和聯(lián)結(jié)件)和傳動裝置組成,其作用是提高釜內(nèi)物料的流動性,保證物料混合均勻、傳熱和傳質(zhì)等。攪拌器材質(zhì)一般采用不銹鋼或搪玻璃。攪拌器的攪拌作用是由運動著的攪拌漿葉產(chǎn)生的,其攪拌特性和效果主要取決于漿葉型式和尺寸。

根據(jù)槳葉結(jié)構(gòu)型式及尺寸大小,不同攪拌器適用于不同的攪拌體系。當前第5頁\共有34頁\編于星期一\13點當前第6頁\共有34頁\編于星期一\13點當前第7頁\共有34頁\編于星期一\13點

攪拌器的攪拌參數(shù)主要包括攪拌轉(zhuǎn)速N、攪拌功率P和攪拌混合時間t等，有關攪拌器作用原理、攪拌參數(shù)的計算、攪拌器操作特性和攪拌器選型即將在《聚合反應工程基礎》深入學習。

實際上,攪拌裝置一般還包括擋板、導流筒、內(nèi)盤管等附件,其作用主要是改變釜內(nèi)物料流型,增大物料湍動程度,增強攪拌效果,提高槳葉的剪切性能,增大傳熱面積等。此將在《高分子工程設計》深入學習。當前第8頁\共有34頁\編于星期一\13點4.密封裝置

密封裝置分為動密封或軸封(攪拌軸與簡體間)和靜密封(釜體法蘭與各接管處法蘭間)兩種。其作用是保證釜內(nèi)處于一定的正壓或真空及防止反應物逸出或雜質(zhì)滲入。密封的好壞直接影響聚合釜的運行和聚合物的生產(chǎn)及產(chǎn)品的質(zhì)量等。其中,動密封包括填料密封和機械密封兩種型式。

釜式反應器對各種反應體系適應性強、操作彈性大、適用溫度和壓力范圍廣，既可用于間歇操作(生產(chǎn)靈活性大、更換品種方便、適應市場需求能力強)，又可用于連續(xù)操作(反應器操作過程穩(wěn)定、產(chǎn)品質(zhì)量均一、多釜串聯(lián)連操作產(chǎn)量大)。當前第9頁\共有34頁\編于星期一\13點3.1.2管式聚合反應器

管式聚合反應器由單根連續(xù)管或一根以上的管子平行排列構(gòu)成,它是使反應流體通過細長的管子而進行的反應裝置,結(jié)構(gòu)簡單,單位體積所具有的傳熱面較大,適用于高溫、高壓裝置,例如高壓聚乙烯生產(chǎn)和尼龍66的熔融縮聚的前期就采用此聚合裝置,如圖3-2所示。圖3-2管式聚合反應器的結(jié)構(gòu)示意圖A加熱段；B反應段；C冷卻段當前第10頁\共有34頁\編于星期一\13點

采用連續(xù)操作方式，物料組成沿管程遞變，但某一截面上物料組成在時間進程中變化較小，物料的流動接近于平推流，物料返混很小，物料停留時間分布窄，反應器比傳熱面積大，物料溫度可管長分段控制。反應慢時，要求管子長，壓力降大，不適合粘度大體系的生產(chǎn)，一般處理粘度較低的均相反應物料。3.1.3塔式聚合反應器

與釜式聚合反應器相比,塔式聚合反應器構(gòu)造簡單,型式較少,是一種長徑比較大的垂直圓筒結(jié)構(gòu),是擋板式或固體填充式,也可以是簡單的空塔,見圖3-3。當前第11頁\共有34頁\編于星期一\13點

物料的流動接近于平推流，物料返混很小，根據(jù)加料速度的快慢，物料在塔內(nèi)的停留時間可有較大變化，塔內(nèi)物料溫度可沿塔高分段控制，多用于連續(xù)生產(chǎn)且對物料的停留時間有一定要求的情況，常用于縮聚反應，對于本體聚合和溶液聚合也有應用，在合成纖維工業(yè)中，塔式聚合反應器所占比例有30%左右，管式、塔式反應器約占聚合反應器的10-20%不適合粘度大體系的生產(chǎn)。當前第12頁\共有34頁\編于星期一\13點3.1.4流化床聚合反應器

流化床聚合反應器是一種垂直圓筒形或圓錐形容器,內(nèi)裝催化劑或參與反應的細小固體顆粒,反應流體從反應器底部進入,而反應產(chǎn)物則從頂部流出,如圖3-4所示。圖3-4流化床聚合反應器的結(jié)構(gòu)示意圖

流體在反應器中的流速要控制到固體顆粒在流動中浮動而不致從系統(tǒng)中帶出,在此狀態(tài)下,顆粒床層猶如液體沸騰一樣,這種反應器傳熱好,溫度均勻且容易控制,但催化劑的磨損大,床內(nèi)物料返混大,對要求高轉(zhuǎn)化率的反應不利。當前第13頁\共有34頁\編于星期一\13點3.1.5其他特殊型聚合反應器

板框式聚合裝置(有機玻璃和聚苯乙烯)、臥式聚合釜(聚氯乙烯)、捏合機式聚合裝置(芳香族聚酰亞胺)、擠出型反應器(尼龍66)和履帶式聚合裝置(聚異丁烯橡膠)。3.1.6聚合反應器選用依據(jù)

包括聚合反應器的穩(wěn)定性和傳熱效能、反應器的有效利用率和生產(chǎn)能力、物料在反應器中的停留時間和停留時間分布、物料在反應器中的混合狀況以及最終的反應結(jié)果(如聚合轉(zhuǎn)化率、殘余單體的含量、聚合物分子量及分布、聚合物組成、聚合物顆粒形態(tài)、顆粒直徑及其分布)等。1.聚合反應器的操作特性當前第14頁\共有34頁\編于星期一\13點

同一種聚合物可以用不同的聚合方法生產(chǎn),而不同的聚合方法對聚合反應器的要求不同,例如懸浮聚合、乳液聚合等低黏度體系一般采用釜式聚合反應器;而本體聚合和熔融縮聚等黏度較高體系常采用特殊型式的聚合反應器。2.聚合反應及聚合過程的特點3.聚合反應器的操作特性對聚合物結(jié)構(gòu)與性能的影響4.經(jīng)濟效益當前第15頁\共有34頁\編于星期一\13點§3.2聚合物分離設備

聚合物分離設備也是關鍵設備,主要包括脫揮發(fā)分分離設備、化學凝聚分離設備和離心分離設備三種。3.2.1脫揮發(fā)分分離設備

1.脫揮發(fā)分

未反應的低沸點單體和溶劑。2.脫揮發(fā)分的脫除和回收方法

工業(yè)上,主要有閃蒸法和汽提法兩種。閃蒸法是在帶攪拌的閃蒸器中減壓除去物料中揮發(fā)性組分的分離方法;汽提法是用專門的噴射器將聚合物膠液分散于以蒸汽為加熱介質(zhì)且?guī)C械攪拌的汽提器中使溶劑及低沸點單體被汽化的分離方法。

當前第16頁\共有34頁\編于星期一\13點3.脫揮發(fā)分設備

①閃蒸釜

閃蒸釜(或閃蒸器)一般是帶攪拌的釜式結(jié)構(gòu),它是一種傳質(zhì)和傳熱設備,如圖3-5所示。圖3-5閃蒸釜

閃蒸釜的材質(zhì)一般采用不銹鋼或碳鋼內(nèi)涂防腐層,閃蒸釜的熱量供給可通過夾套和內(nèi)部直接過熱溶劑蒸汽加熱來實現(xiàn)。一般由釜體、攪拌器、擋板和熱交換裝置組成。當前第17頁\共有34頁\編于星期一\13點

其中,圖3-6為無溢流管篩板式結(jié)構(gòu)。②汽提器圖3-6氯乙烯汽提塔結(jié)構(gòu)1-回流冷凝器；2-噴嘴；3-塔節(jié)；4-篩板；5-視鏡；6-裙座

釜式汽提器又可分為單臺和多臺兩種形式。當前第18頁\共有34頁\編于星期一\13點③蒸發(fā)器

薄膜蒸發(fā)器、流下液滴、液柱型蒸發(fā)器和表面更新型蒸發(fā)裝置。當前第19頁\共有34頁\編于星期一\13點3.2.2化學凝聚分離設備

1.脫除物質(zhì)——溶劑

2.脫除方法

通過在聚合物膠液體系中加入凝聚劑、沉淀劑等，使固體聚合物從膠液中析出的化學凝聚方法。3.凝聚方法及過程

①對于溶液聚合體系，主要通過加入沉淀劑，使聚合物呈粉狀或絮狀固體析出，再過濾將聚合物與溶劑分離，即凝聚法。

凝聚方法——干法和濕法當前第20頁\共有34頁\編于星期一\13點

干法,即聚合物溶液閃蒸法,是將溶液中的溶劑及未反應單體通過間接加熱脫除，得到無水分的聚合物半成品，溶劑蒸汽經(jīng)冷凝后直接使用；

凝聚過程濕法則是將聚合物溶液注入熱水中，用水蒸氣汽提，即利用高于溶劑沸點的熱水或過熱蒸汽直接加熱溶液，使溶劑及未反應單體蒸發(fā)，聚合物溶液則凝聚成小顆粒，得到含水的聚合物粗產(chǎn)品，溶劑經(jīng)冷凝、精制后循環(huán)使用。例如：乙丙橡膠的生產(chǎn)過程中，膠液中的溶劑是采用凝聚法進行的。

當前第21頁\共有34頁\編于星期一\13點

凝聚釜,一般由釜體、噴嘴、折流板和攪拌器組成,如圖3-7所示。折流板的作用是使按一個方向運動的水經(jīng)受折流板的阻力，改變水流的流動狀態(tài)，改善凝聚效果。

凝聚分離設備圖3-7凝聚釜當前第22頁\共有34頁\編于星期一\13點②對于乳液聚合體系，聚合物膠粒因表面皂分子層保護作用而穩(wěn)定，對這類聚合物體系的凝聚過程是破壞皂類保護層的過程，即通過加入酸、堿、鹽等，使這些酸、堿或鹽與膠乳中某些組分作用，破壞原有的混合狀態(tài)，使聚合物與水分離(破乳)。

絮凝箱,是膠乳與凝聚劑的混合設備,有圓筒式和箱式兩種結(jié)構(gòu),內(nèi)設輔助箱和擋板,如圖3-8所示。圖3-8絮凝箱當前第23頁\共有34頁\編于星期一\13點3.2.3離心分離設備

將聚合物從液體介質(zhì)中分離一般采用化學破壞（凝聚）分離方法和離心分離方法,與前述化學凝聚分離不同，離心分離是一種物理方法,適用于懸浮聚合和乳液聚合體系。

離心力作用下,利用固體顆粒（分散相）在液體介質(zhì)（連續(xù)相）中的沉降作用將固液分離或利用非均相體系各組分的比重不同將其分離的方法。1.分離過程

沉降離心分離法

適用于分離含固量較少，固體顆粒較小且固、液兩相比重差較大的懸浮物料，也適用于液—液系統(tǒng)，用以分離兩種互不相溶且比重不同的液體組成的乳濁液。

當前第24頁\共有34頁\編于星期一\13點

離心力作用下,使液體介質(zhì)從固體顆粒中分離出來。

離心過濾法

適用于分離含固量較多，固體顆粒較大的懸浮液物料，是工業(yè)上使用最多的一種分離方法。2.離心分離設備

離心分離過程所用設備是離心機。根據(jù)操作方式，離心機分為間歇式離心機和連續(xù)式離心機兩種；根據(jù)離心機的結(jié)構(gòu)分為臥式刮刀卸料離心機和螺旋沉降式離心機等。當前第25頁\共有34頁\編于星期一\13點

臥式刮刀卸料離心機

臥式刮刀卸料離心機是周期性循環(huán)操作，每個周期分加料、洗滌、分離、刮料、洗網(wǎng)五個程序。適用于分離含固相顆粒大于0.01mm的懸浮液，固相物料可得到較好的脫水和洗滌，處理量大，分離效果較好，對懸浮液濃度變化適應性強。

螺旋沉降式離心機

螺旋沉降式離心機由分為臥式離心機和立式離心機兩類,適用于分離含固相顆粒大于0.005mm的懸浮液，也可用于澄清含少量固相的液體，特別適用于分離濃度和固相粒度變化范圍較大的懸浮液。但不適用于液相比重大于固相比重，或固、液比重差很小的懸浮液的分離。這類離心機具有連續(xù)操作、處理量較大、單位產(chǎn)量耗電量較少、機器精構(gòu)緊湊等優(yōu)點。當前第26頁\共有34頁\編于星期一\13點1.明確分離目的

3.2.4聚合物分離設備的選擇原則

2.明確被分離體系的性狀

3.明確各種分離過程特點及分離設備的操作特性

4.在滿足分離過程要求的前提下，所選擇的分離設備費用應盡量少

3.2.5聚合物洗滌

經(jīng)脫揮、凝聚或離心分離后的聚合物一般還含有一定量可溶性雜質(zhì)如引發(fā)劑、乳化劑等，必須通過洗滌（水洗或堿洗）將其凈化。

當前第27頁\共有34頁\編于星期一\13點§3.3聚合物脫水及干燥設備

經(jīng)分離、水洗的聚合物粗產(chǎn)品中一般含有一定量（如40-70％）水分和少量其他有機揮發(fā)分，必須除去。

工業(yè)上，將水分從初始含量脫除到5-15%的過程稱為脫水，進一步將剩余水分和少量其他揮發(fā)分脫除至0.5%以下的過程稱為干燥。脫水和干燥可單獨為兩步，也可聯(lián)合成一個連續(xù)的過程。3.3.1脫水設備

對于不同類型聚合物,可采用不同的脫水設備。1.離心脫水機

適用于粉狀、塊狀的樹脂產(chǎn)品,脫水設備類似離心分離設備。當前第28頁\共有34頁\編于星期一\13點

適用于自身粘附性較強的橡膠類產(chǎn)品,如熱敏性較大的氯丁橡膠等。2.長網(wǎng)機3.脫水振動篩

適用于自身粘附性較強的橡膠類產(chǎn)品,如乳液丁苯膠等。4.擠壓脫水機

適用于自身粘附性較強的橡膠類產(chǎn)品,如熱敏性較小的順丁橡膠、異戊橡膠、乙丙橡膠、丁基橡膠和SBS彈性體等。當前第29頁\共有34頁\編于星期一\13點3.3.2干燥設備

平衡水分(平衡濕度)指固體物料與一定溫度和濕度的空氣接觸時，排出水分或吸收水分使含水量達一定值。當含水量大于平衡水分的固體物料與干燥介質(zhì)（如熱空氣）接觸時，濕物料表面水分汽化，物料中水分的平衡狀態(tài)被打破，逐步形成物料內(nèi)部與表面間的濕度差，物料內(nèi)部水分借擴散作用逐漸向其表面移動并汽化,汽化水分被干燥介質(zhì)連續(xù)不斷地帶走。1.干燥原理2.干燥過程——擴散與表面汽化當前第30頁\共有34頁\編于星期一\13點3.干燥技術(shù)及設備

它是一種常壓下進行的連續(xù)急劇的干燥過程，干燥介質(zhì)對濕物料起干燥和輸送作用,干燥介質(zhì)與濕物料間并流,具有干燥強度大、干燥時間短、熱效率高、設備簡單等特點。為了提高干燥效率,一般采用兩個氣流干燥器串聯(lián)或一個氣流干燥器和一個沸騰床干燥器串聯(lián),含水量可控制在0.1%左右。PP、PVC等干燥均可采用此干燥方式。

氣流干燥和氣流干燥器當前第31頁\共有34頁\編于星期一\13點