聚合物合成工艺设计材料科学与工程学院许莉莉第6章设备的工艺设计第6章设备的工艺设计§1设备选型及设计的原则§2液体输送机械的选型设计§3反应器的工艺设计§4贮罐的选型及工艺设计§5换热设备的选择及工艺设计§3反应器Reactor的选型与设计§3反应器Reactor的选型与设计聚合反应过程的特点：反应机理复杂，产品质量指标多，大多数反应体系随聚合反应的进行，粘度急剧上升，物理粘壁现象严重，搅拌流动困难，传热传质不均匀等。对反应器的工艺要求与设计要点一对反应器的工艺要求与设计要点1反应动力学要求（或产品质量与产量的要求）2热量传递的要求3质量传递过程与动量传递过程的要求4过程操作与控制的要求5机械工程的要求（1）结构型式（2）材质选定6技术经济管理的要求聚合反应器分类与选型1反应动力学要求（或产品质量与产量的要求）根据动力学确定一定的转化率和反应时间，从而决定满足一定生产规模所需的反应器容积，进而确定设备的工艺尺寸等。该因素对设备的选型、操作方式的确定和设备台数都有较大影响。2热量传递的要求及时移出反应热，保证反应过程正常进行，需要解决传热方式和传热装置问题，还需设计出可靠的计测控制系统以便对反应温度实施有效的检测和控制。3质量传递过程与流体动力学过程的要求为使反应和传热正常进行反应系统的物料流动需满足既定要求。为此，设计时采用在管式反应器外面加设泵用以调节流量和流速，或在釜式反应器内设置搅拌等措施。4工程控制的要求为保证生产稳定、可靠、安全地进行，设计反应器时必须重视安全操作和自动控制。例如设置防爆膜、安全阀、自动排料阀以及快速终止聚合反应等措施。为此目的而设计地工艺接管和辅助设备等均需仔细考虑，并尽量采用自动控制。5机械工程的要求（1）结构型式保证反应设备在操作条件下有足够的强度、足够的传热面积，并易制造。（2）材质选定设备所用的材料对反应介质具有稳定型。材质必须耐腐蚀，对反应介质稳定，且材质力求价廉易得，尽量立足于国内。一般不用碳钢制作，以防铁离子渗入反应体系干扰反应或污染产品。用搪瓷或搪玻璃的设备。6技术经济管理的要求经济效果的好与差是衡量设计质量的关键因素。设计成果应当投资少，符合优质高产低耗的要求，需采取多方面的措施。一对反应器的工艺要求与设计要点1反应动力学要求（或产品质量与产量的要求）2热量传递的要求3质量传递过程与动量传递过程的要求4过程操作与控制的要求5机械工程的要求（1）结构型式（2）材质选定6技术经济管理的要求聚合反应器分类与选型二聚合反应器分类与选型按基本结构分类如下：管式、塔式反应器釜式反应器特种反应器釜式反应器的基本结构管式、塔式反应器（TubularReactor、TowerReactor）特点：传热面积较大，传热系数较高，流体流速较快，因此反应物料停留时间短，便于分段控制以创造最适宜的温度梯度和浓度梯度。结构简单、耐高压等优点。应用：一般用于规模大的气体反应和某些液体反应，还可用于强烈放热或吸热的化学反应。如LDPEPP生产中所用的管式反应器。釜式反应器（TankReactor）特点：可间歇操作也可连续操作，停留时间可长可短，温度、压力范围可高可低，停止操作后易开启清理。分类：间歇操作BatchReactor连续操作ContinuousStirredTankReactorCSTR半间歇釜式反应器Semi-batchTankReactor应用：一般由于有液相参加的化学反应，如液－固，液－液，液－气，液－固－气。如PPPS生产中所用的釜式反应器。特种反应器特种反应器（SpecialReactor）特点：高粘度聚合体系，如螺杆型反应器、表面更新型反应器（聚酯生产中后缩聚反应采用的单轴或双轴卧式反应器）。BACKPP环管生产装置缩聚釜PVC间歇聚合釜PVC间歇聚合釜三釜式反应器的基本结构1釜体提供足够的反应体积保证反应物达到规定转化率所需的时间，并且有足够的强度和耐腐蚀能力以保证运行可靠。2换热装置有效地输入或移出热量，以保证反应过程最适宜地温度。NEXT釜式反应器设计程序及计算方法3搅拌器加强反应物料与催化剂均匀混合使之接触良好，使各类助剂均匀分散，使悬浮体系或乳液体系保持稳定，强化釜内传热与传质。作用：①混合功能②搅动功能③分散功能④悬浮功能4轴密封装置用来防止釜体与搅拌轴之间的泄漏。5上、下封头6工艺接管为适应工艺需要，设备上必须有各种加料口、出料口、视镜、人孔及测温孔等，其大小和安装位置均由工艺条件确定。我四釜式反应器设计程序及计算方法1反应釜体积计算（1）间歇反应釜（2）连续反应釜2确定封头型式3确定封头与筒体的连接方式4反应釜直径D0与筒体高度H的确定5计算并选择釜体内径。计算釜体直边高度。计算最高液位、最低液位。画出反应器几何外型示意图。6应用举例7釜式反应器小结间歇釜式反应器容积计算方法a