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第六章 搅拌聚合釜(二) CHAPTER 6 Agitation and mixing 主要参考文献 (Reference) Perry,R.H.and Chilton,C.H:“Chemical Engineerings,Handbook ”,5th Ed.New York McGraw.Hill,1973 Kirk-Othmer : “Encyclopedia of Chemical Technology”, 2nd Ed.,Vol.13.Jhon Wiley Sons,1967 徐波,孙彤等.改善搪瓷釜传热性能的途径. 辽宁工学院学报, 2001,21(6):63~64 Wilfred W. Smulders Macromolecular Architecture in Aqueous Dispersions - ‘living’ free-radical polymerization in emulsion 聚合过程的传热问题 搅拌聚合釜传热方式的工程分析 搅拌聚合釜的传热计算 搅拌聚合釜的传质过程 搅拌聚合釜的设计 搅拌聚合釜的热稳定性 聚合过程的传热问题 (The Heat Transfer of Polymerization Process) 聚合反应速率的特点 稳定聚和温度的方法 聚合釜具有足够大的传热面积，这是设计聚合釜时一定要妥善解决的问题。 在工艺上和聚合釜的操作上，可以采取适当的措施，尽量使峰值降低，使转化率—— 时间曲线变得平坦一些。 采用复合引发剂， 在某些情况下向聚合釜中注入冷水， 分批操作--分批加入单体和引发剂， 连续多釜操作--逐渐加入单体和引发剂， 在聚合过程的初期还需要解决另一种 传热问题，为使聚合产物的分子量分 布窄一些，要尽快将釜内物料温度升高 到聚合温度，这是也要求达到相当高的 传热温度。 聚合反应对传热装置的要求： 传热速率高，结构简单，表面平坦、光滑，不易结垢， 便于清洗， 一般采用间接传热方式：夹套传热 延缓结垢 – 尽可能提高聚合釜内壁的光洁度，并在釜壁涂复阻垢剂； 提高夹套内传热介质的薄膜给热系数 – 在夹套中安装螺旋导流板以提高传热介质在夹套内的流速，一般可自500增至1500-2000 Kcal/(m2) (h)(oc); 安装扰流喷嘴—部分传热介质从喷嘴喷入夹套，可以使传热介质处于高度湍流状态，从而提高薄膜给热系数。 传热速率正比于传热面积，而传热面积是设备所决定的； 设备形式对传热面积有影响，同样容积的设备，长径比不同，单位容积所具有的表面积不同。 因此，不同容积的聚合釜，在设计时应考虑不同的长径比。 常用热源 电—容易获得高温，使用和控制温度方便，不污染环境，比较安全，但费用较高。 蒸汽—加热温度在90-260oC，是一种无毒安全的载热体，燃料热能的利用率可达70-75%。 将电能转化为热能有以下几种方法： 电阻加热—可用电热丝或电热棒通 过辐射和对流直接使工作空间加热，也 可以用它加热空气或液体载热体，再由 载热体加热工作对象，这样可以使加热 温度比较均匀，也有利用设备本身的电 组进行加热的。 几种常用的冷冻方法 工业水—温度随地区季节而变， 冷冻水，50C 左右；冷冻盐水，温度更低； 液氨—在一个大气压下,沸点约-29oC. 氟里昂—在一个大气压下,沸点约-25.5oC. 乙烯—沸点约 -99oC. 在工业上,从经济角度考虑,常采用分级冷却的方法,如可采用三级热交换冷却. 内侧薄膜给热系数 的大小受搅拌作用的影响，Nusselt 准 数包含 ， 搅拌容器中的分散过程 影响分散相粒度（剪切力）大小的因素： 搅拌设备的几何形状，搅拌器的形式和 大小，搅拌器的转速； “一级涡流”-当搅拌作用使流体发生湍流 时，表现为速度和压力的涨落，涨落的 “波长”与主流的尺度具有相同的数量级， 称为“一级涡流”。 关于液-液分散的一般结论，在很大程度上可以运用于气体在液相中的分散，下面两个式子是透平式搅拌器及浆式搅拌器用于气体在液相中的分散，分散相大小和搅拌装置几个物理量之间的关系式： 透平式搅拌器： 浆式搅拌器： 特点：仅仅是物理过程，如气体、固体或液体在液体中 扩散和溶解；有的则伴随着化学过程。 如果化学过程的速率大于物理的扩散过程，则扩散过程 的速率将对传质的总包速率起控制作用，就有必要研究 如何提高扩散过程的速率。 固体颗粒悬浮在液体中，发生溶解或起化学反应， 固-液相间发生传质过程，传质速率： 讨论了搅拌分散过程和传质过程的关系，弄清搅拌器的尺寸、转速