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1、专论 综述 合 成 橡胶 工 业 , 1994 , 17 (2) : 10 7 一1 11 CHINASYNTHE T ICRUB B E RINDUSTR Y 工业聚合反 应 装置 n . 溶液聚合反应器 王凯 (浙江大学高分子科 学与工程系 , 杭州 , 31 002 7) 讨论了间歇式和连续 式溶液聚合反应器 的特点 , 并相应推荐了一 些新型溶液聚合反应器 . 针讨间歇操作 式 、 最大叶片 式 、 超级叶 片 式和组合挽拌器子;而衬连续 式溶液聚合反应器 , 则重点推荐选用带, . J壁机构的搅 拌器 . 关键词 : 溶液聚合 挽井釜 式反应器 间歇聚合 连续 聚合 挽掉器 述评 溶
2、液聚合大多采用搅拌釜式聚合反应器 . 按 操作方式分 , 聚合反应器一般分为间歇式或半连 续式聚合反应器和连续式聚合反应器两大类 . 溶 液聚合中由于反应物料的粘度较高 , 一般 为数千 至数万毫帕秒的中粘流体 , 故在设计溶液聚合反 应器时 , 要考虑的工程问题主要是混合和传热 , 而 对连续聚合则还须考虑停留时间分布 。 显然 , 其 中搅拌器型式和机构的选择和设计 , 无论对聚合反 应器还是对整个聚合反应装置系统 , 其影响都是 至关重要的 。 图1列 出 了各种搅拌器适用的粘度 范围 。 ( ( (A) ) )卜 一l l l 二二l 二二二 【 二 卫卫 魏魏区区口口口口 通通通通通
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6、. 超级叶片式 ; B一5 . 前进型螺带 式; B一6 . 扭曲格子式; B一7 . 复劫式(商品名为v i st i r ) 1 间歇式或半连续式溶液攘合反应器 1 1 聚合过程的特点 这类反应器的最大特点是反应物系在聚合过 程中的粘度变化大 . 聚合开始时 , 物系粘度接近 于溶剂粘度 , 一般小于数十毫帕秒 , 而聚合后期则 粘度可升至数千至数万 、 甚至数十万毫 帕秒 。 通 常 , 搅拌器分成低粘用和高粘用两大类 , 适用 于中 粘流体者很少 如图 l (A)所示 , 而在如此宽的 粘度范围内还能使混合和传热均保持高效的搅拌 器则更少 。 再则 , 半连续式聚合反应器在聚合初 期的
7、液面一般较低 , 随聚合进行液面逐渐升高 , 要使搅拌器在液高有相 当大波动的情况下仍保持 高的混合效率也是一个难题 。 若聚合后期体系的粘 度不 太高 , 溶 液聚合不 难实现 , 其反应器的结构也较简单 。 日本综研化学公 司用于 生产涂料的丙烯酸溶液聚合釜 , 使用 的即 是简单的多层桨式搅拌器 , 聚合热除了靠盘管和 夹套析出外 , 很大一部分热量是靠溶剂或单 体的 蒸发由釜 顶 冷凝冷却 器析出(参 见 第I报中 图3)【 刁 。 但是 , 若釜 内物料的粘度很大 , 则它与由 冷凝冷却器流下 的低粘溶剂或单体的混合也是十 分困难的 , 这 时仅用这种简单的搅拌 器 就不 可 能获得
8、好的效果了 。 1 . 2 强侣昆合和传热效率的措施 要使间歇式和半连续式聚合反应器在宽的粘 * 国家 自然科学基金资助项目 . 10 8 合成 橡 胶 工 业 第1 7卷 、 、 , 曰 、 , , 度范围和液面有较大波动的情况下始终保持高的 混合和传热效率 , 可采取如下两种措施 。 (1) 采用特殊型式的适 应宽 粘度域的搅拌 器 。 图 2是日本住友重机械公司开发的新型搅 拌器 , 称作最大叶片式搅拌器 。 它的特点是搅拌 叶片又宽又长 。 由 图1可见 , 最大叶片式搅拌器 的适用粘度范围很广 , 由于其桨径与釜径比(d / D ) 大 , 故对高粘流体其传热能力也高;还由于其叶片
9、长 , 故对液面波动的适应能力也强 。 前已介绍过的 泛能(仙h o n e )式搅拌器(参见第I报中图5) , 即 与最大叶片式搅拌器属同一类型 。 图3和 图4分 别是泛能式搅拌器的混合 、 传热能 力与传统 搅 拌器的对比图 阔 , 而图5和 图 6则分别是最大叶 片式搅拌器的混合速率和传质系数与传统搅拌器 的对比 图 1 1 . 但这些新型搅拌器 须与 变速 电机 (最好是恒功率输出型变速电机)配合 , 低粘时采 用高转速 , 高粘时则采用低转速 。 纵向位置 Z /D I一】 0 . 6 0 . 4 、 只= 0 15 kw /m , 二 二) 20峨洲 )40( X ) h , W
10、/(m , K) 图4 泛能式搅拌器的传热性能 1 . 泛能式; 2 . 三叶后掠式 60以 完全混合时间 o 。 , s - , 百一一 一一一二 二二 口 口D D D 口当当. J J J l J J J 二二二二二二 二二1二 二二二, ,r 二 丁甲性rw e, ,仁二 二., ,巴 巴r叹, ,【, - , ,r . . , 尸. , r , r r r L L L一 二二 , 二二 口 口口 口n , ,. l l l 陈, 一胜1 1面 引引, , 11 1 1 翔翔 口口口 口口口m m m . l l l! ! ! ll l l口 口D D D口口 口口l 1 1 1笋从
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