【正文】 制對(duì)流傳熱的無因次準(zhǔn)數(shù)關(guān)聯(lián)式表示。 ? Nu=a(NRe)b(NPr)c(μ b/μ w)m ? 或 αL/λ= a(ρND 2/μ) b(Cpμ/λ) c(μ b /μ w)m (64) ? 式中， α 為被攪拌液體對(duì)壁面的傳熱膜系數(shù)， L為定性長度，對(duì)夾套釜 L取釜徑 T， D為攪拌槳葉直徑， N為攪拌器轉(zhuǎn)速； λ ， Cp， ρ ， μ 分別為流體在主體溫度下的導(dǎo)熱系數(shù)、熱容、密度和粘度； μ w為壁溫下流體的粘度。 ? 湍流時(shí)，雷諾數(shù)的指數(shù)一般取 b＝ 2/3， Npr的指數(shù) C＝ 1/3，粘度比的指數(shù) m＝ 。 ? 各種攪拌釜傳熱方程的主要差別在于常數(shù) a值的不同。 ? a值包含了幾何因素的影響，所以各攪拌釜傳熱方程只能在幾何相似的條件下應(yīng)用。 ? 無特殊說明時(shí)，有關(guān)攪拌釜的傳熱關(guān)聯(lián)式均由標(biāo)準(zhǔn)釜所得。 ? 標(biāo)準(zhǔn)釜的幾何尺寸為： ? 攪拌釜直徑 T與攪拌器直徑 D之比為 3： 1 ? 液層高度 H與釜徑 T之比為 1： 1 ? 攪拌槳葉離底高度 C與槳葉直徑 D之比為 1。 ? 推薦的攪拌一側(cè)傳熱膜系數(shù)關(guān)聯(lián)式匯集于表 62中。 表 62 推薦的攪拌一側(cè)傳熱膜系數(shù)關(guān)聯(lián)式 ? 通式： ? αL/λ= a(ρND 2/μ) b(Cpμ/λ) c(μ b /μ w)m(其它項(xiàng) ) 二、非均相體系的傳熱 ? 非均相的液 固懸浮體系所形成的漿液，當(dāng)固體顆粒體積分率小于 1％時(shí)，固體顆粒對(duì)于傳熱影響很小，此時(shí)可以應(yīng)用均相體系的傳熱關(guān)聯(lián)式進(jìn)行傳熱計(jì)算。 ? 若固體體積分率大于 1％時(shí)，影響變得顯著并使傳熱系數(shù)下降。 ? Frantisak對(duì)裝有四塊擋板及推進(jìn)式攪拌器的夾套攪拌釜進(jìn)行研究，根據(jù)對(duì) 363個(gè)牛頓型漿液測量值的線性回歸分析，得到 (617)式。 ? 式中， NRea， NPra表示采用體系物料的平均物性計(jì)算所得雷諾數(shù)和普蘭特?cái)?shù)； ? Cpd， Cpc分別為分散相和連續(xù)相的恒壓熱容； ? ρ d， ρ c分別為分散相和連續(xù)相的密度； ? Φ d為分散相的體積分率。 ? 混合物的平均物性 Cpm， ρ m可根據(jù)以濃度為基礎(chǔ)的加和性予以確定。 0. 13 0. 16 0. 040. 330. 6 0. 26 dRecd 5 RTpd di a pr apcCT NC???? ? ? ? ??????? ?? ? ? ? ???? ? ? ? ??? ? ? ? ??? ? 而 λ m和 μ m可按下式計(jì)算： ? 式中， λ d， λ c分別為分散相相連續(xù)相的導(dǎo)熱系數(shù)， μ c為連續(xù)相的粘度， Φ d為分?jǐn)?shù)相體積分率。 c c d d c dmc d d c d[ 2 +2 ( ) ]=[ 2 + + ( ) ] ? ? ? ? ? ??? ? ? ? ? 2m d d= [ 1+ + 5 ] ? ? ? (618) (619) 四、攪拌聚合釜總傳熱系數(shù)的計(jì)算 ? 外側(cè)（夾套側(cè)）傳熱膜系數(shù) α 0的計(jì)算方法： ? Lehrer提出，對(duì)流體通過夾套作強(qiáng)制對(duì)流時(shí)的傳熱膜系數(shù) α 0，可按下式計(jì)算 ： ? (632) ? ? 式中， De是夾套的當(dāng)量直徑，用 (633)式求算。 ? De=(8/3)(D2Dl)/2 (633) ? 式中， Dl為夾套內(nèi)徑， D2為夾套外徑。 ? ?1 5 3e R e Pr0 13R e PrD N1 N 1NN??? ??? ? NRe的計(jì)算與夾套進(jìn)水方式： ? 如圖 (68)所示，若冷卻水的入口接管安裝在容器下部，出口管安裝在容器的上部時(shí)，雷諾數(shù) NRe用 (634)式計(jì)算： ? NRe=Deρ(u 0u A)(6 34) ? 式中， u0是接管入口處流體流速，設(shè)夾套側(cè)冷卻水流量為 W，接管內(nèi)徑為 di，則 u0為 ? u0=4W/πd i2ρ (6 35) ? 接管 沿徑向方向安裝 時(shí)（圖 68）： ? uA取夾套內(nèi)流體上升速度，即 ? uA=4W/[π(D 22 D12)ρ] (6 36) ? 接管 按切線方向安裝 時(shí)（圖 69）： ? uA取夾套內(nèi)間隙流體速度，即 ? uA=2W/[Hj(D22 D12)ρ] (6 37) ? 式中的 Hj為夾套高度。 ? 切向進(jìn)水時(shí)，增加了冷卻水的流速，從而增加了湍動(dòng)程度使傳熱膜系數(shù)提高。 ? 由釜壁側(cè)的傳熱膜系數(shù) α i及夾套側(cè)的傳熱膜系數(shù) α 0，結(jié)合攪拌釜材質(zhì)的熱阻就可利用式 (63)計(jì)算攪拌釜的總傳熱系數(shù) K。 第四節(jié) 攪拌釜內(nèi)的傳質(zhì)過程 ? 物理過程：擴(kuò)散、溶解 ? 化學(xué)過程 ? 提高攪拌強(qiáng)度，增大傳質(zhì)膜系數(shù)，增大傳質(zhì)速率 ? 傳質(zhì)面積一定，攪拌程度與傳質(zhì)系數(shù)無關(guān) ? 一 分散體系的傳質(zhì)膜系數(shù) ? N=Kla（ CsCl） ? 擴(kuò)散努賽爾準(zhǔn)數(shù) ? N’ u=NSh=KD/DAB ? 擴(kuò)散普蘭德準(zhǔn)數(shù) ? Nsc=u/pDAB ? 傳質(zhì)過程關(guān)系式 ? NSh=f（ N’ u， Nsc） ? 二 伴有相間傳質(zhì)的聚合反應(yīng) ? 在應(yīng)用混合，損拌等理論來處理聚合反應(yīng)過程還是獲得很大的成功 ? 伴有相間傳質(zhì)的聚合反應(yīng)與低分子化學(xué)反應(yīng)類似 ? 以氣液相聚合為例，在氣液單體從氣相傳遞到相界而，再從相界面進(jìn)入液相進(jìn)行聚合反應(yīng)過程中，存在有傳遞阻力和化學(xué)反應(yīng)阻力。 ? 實(shí)際表現(xiàn)出來反應(yīng)速率是包括傳遞過程阻力在內(nèi)的綜合反應(yīng)速率，面不是純粹的反應(yīng)速率。 ? 這種含有傳遞過程阻力在內(nèi)的反應(yīng)速率關(guān)系就稱為宏觀動(dòng)力學(xué)。 ? 排除傳質(zhì)阻力的影響，使實(shí)際反應(yīng)速率與傳遞過程特性無關(guān)，即所謂動(dòng)力學(xué)控制。 ? 必須竭力提高聚合反應(yīng)器的攪拌轉(zhuǎn)速，攪拌轉(zhuǎn)速不再影響實(shí)際反應(yīng)速率為止。 ? 倘若傳質(zhì)速率遠(yuǎn)小于聚合反應(yīng)速率時(shí)，實(shí)際反應(yīng)速率就完全取決于傳遞過程速率，表現(xiàn)為傳遞過程特性而與聚合反應(yīng)動(dòng)力學(xué)特性無關(guān)，此時(shí)稱 為擴(kuò)散控制。 ? 如果聚合反應(yīng)和傳遞過程兩者的速率有相同數(shù)量級(jí)時(shí)，那末二種過程的特性都以不可忽視的程度影響實(shí)際反應(yīng)速率的特性。 ? 在伴有相間傳質(zhì)的聚合反應(yīng)中，傳質(zhì)阻力主要導(dǎo)致反應(yīng)物或反應(yīng)產(chǎn)物在體系中產(chǎn)生濃度差，特別是當(dāng)裝置大型化后影響更為顯著。 ? 聚合反應(yīng)中的傳質(zhì)情況盡管多種多樣，但一般可歸納入傳質(zhì)過程與聚合反應(yīng)相伴進(jìn)行或相繼進(jìn)行兩種模式，如圖 610及圖 611所示。 ? 在模式 1中，氣相單體從氣相本體經(jīng)氣膜傳遞到氣 液相界面，再經(jīng)湍流擴(kuò)散進(jìn)入液相，與液相中的引發(fā)劑相遇進(jìn)行聚合反應(yīng)。 ? 單休在液相中的擴(kuò)散過程與聚合反應(yīng)相伴進(jìn)行，由于單體在液相中存在一定的濃度差，所以隨著擴(kuò)散的近行，聚合反應(yīng)是在不向的單體濃度下進(jìn)行的。 ? 在模式 2中，氣相單體經(jīng)氣膜，液膜進(jìn)入液相本體的傳遞外，還存在由液相本體經(jīng)公因膜到固體催化劑表而的傳遞過程，最后在催化劑表面反應(yīng)。 ? 氣體單體所經(jīng)的一系列傳遞過程均在聚合反應(yīng)前進(jìn)行，聚合時(shí)的單體濃度是 CAB，傳質(zhì)過程與聚合反應(yīng)是相繼串聯(lián)進(jìn)行的。 ? 根據(jù)傳質(zhì)速率和聚合速率的比值不同，按氣液相反應(yīng)理論，對(duì)擬一級(jí)反應(yīng)可分為快速反應(yīng)、中速反應(yīng)、慢速反應(yīng)和無限慢反應(yīng)四種。 ? (1)快速反應(yīng)。單位面積液腹內(nèi)的最大反應(yīng)速率大于純物理傳質(zhì)速率的 23倍，主要是受擴(kuò)散控制 ? (2)中速反應(yīng)。中速反應(yīng)的總速率不僅與界面面積省關(guān)，面且與液相總體積有關(guān) ? (3)慢速反應(yīng)。此時(shí)反應(yīng)甚慢，反應(yīng)對(duì)傳質(zhì)系數(shù)的影響可以忽略，反應(yīng)基本在液相本體內(nèi)進(jìn)行。 ? (4)無限慢反應(yīng)。由于反應(yīng)速度極慢，此時(shí)屬于動(dòng)力學(xué)控制，可以不考慮傳質(zhì)對(duì)聚合反應(yīng)的影響 ? 反應(yīng)釜操作規(guī)程 ? 一、反應(yīng)釜開車前 ? 檢查釜內(nèi)、攪拌器、轉(zhuǎn)動(dòng)部分、附屬設(shè)備、指示儀表、安全閥、管路及閥門是否符合安全要求。 ? 檢查水、電、氣是否符合安全要求。 第五節(jié) 聚合反應(yīng)釜的安全操作 第五節(jié) 聚合反應(yīng)釜的安全操作 ? 二、反應(yīng)釜開車中 ? 加料前應(yīng)先開反應(yīng)釜的攪拌器，無雜音且正常時(shí)，將料加到反應(yīng)釜內(nèi)，加料數(shù)量不得超過工藝要求。 ? 打開蒸氣閥前，先開回氣閥，后開進(jìn)氣閥。打開蒸氣閥應(yīng)緩慢，使之對(duì)夾套預(yù)熱，逐步升壓，夾套內(nèi)壓力不準(zhǔn)超過規(guī)定值。 ? 蒸氣閥門和冷卻閥門不能同時(shí)啟動(dòng)，蒸氣管路過氣時(shí)不準(zhǔn)錘擊和碰撞。 ? 開冷卻水閥門時(shí)，先開回水閥，后開進(jìn)水閥。冷卻水壓力不得低于 ，也不準(zhǔn)高于 。 ? 水環(huán)式真空泵，要先開泵后給水，停泵時(shí)，先停泵后停水，并應(yīng)排除泵內(nèi)積水。 ? 隨時(shí)檢查反應(yīng)釜運(yùn)轉(zhuǎn)情況，發(fā)現(xiàn)異常應(yīng)停車檢修。 ? 清洗反應(yīng)釜時(shí)，不準(zhǔn)用堿水刷反應(yīng)釜，注意不要損壞搪瓷。 ? 三、反應(yīng)釜停車后 ? 停止攪拌，切斷電源，關(guān)閉各種閥門。 ? 鏟鍋時(shí)必須切斷攪拌機(jī)電源，懸掛警示牌，并設(shè)人監(jiān)護(hù)。 ? 反應(yīng)釜必須按壓力容器要求進(jìn)行定期技術(shù)檢驗(yàn)，檢驗(yàn)不合格，不得開車運(yùn)行。 ? 四、反應(yīng)釜保養(yǎng) ? 所有反應(yīng)釜每三個(gè)月保養(yǎng)一次，保養(yǎng)時(shí)檢查閥門和管道有無泄漏、攪拌軸轉(zhuǎn)動(dòng)是否平穩(wěn)、軸承有無異常響聲、減速機(jī)機(jī)油有沒有變黑或低于水平線、釜體上和管道上壓力表每半年檢定一次，安全閥及釜體一年一次。 ? 聚合經(jīng)常是在有壓力條件下操作，單體大多為易燃易爆物且常有毒性，聚合反應(yīng)又是放熱反應(yīng)，有的過程反應(yīng)熱很大，如果傳熱失去控制，溫度急劇升高導(dǎo)致反應(yīng)速度加速，最后引起爆聚甚至發(fā)生爆炸。 ? 針對(duì)以上情況，應(yīng)采取適當(dāng)?shù)陌踩胧?，主要有? ? (1)在正常生產(chǎn)前，應(yīng)嚴(yán)格檢驗(yàn)反應(yīng)釜的密閉性： ? 防止有毒、易燃、易爆物料的泄漏，以保作人員的安全，防止發(fā)生燃爆。 ? (2)反應(yīng)釜應(yīng)裝有安全泄壓裝置： ? 對(duì)低壓操作的反應(yīng)釜可裝簡單的防爆膜。 ? 對(duì)需在較高壓力下操作的設(shè)備，常采用安全閥，在其下方再裝一防爆膜，以防聚合物在閥上積累，使安全閥失效。 ? 防爆膜的爆破壓力可取比安全閥略小，在二者之間還可接一壓力表以顯示防爆膜是否破裂。 ? 安全閥通道應(yīng)足夠大，其尺寸的決定還缺乏可靠的計(jì)算，靠經(jīng)驗(yàn)選定。 ? 如可按正常生產(chǎn)時(shí)最高聚合速率的 3～ 5倍的蒸氣量來選定。 ? 對(duì) 4～ 20m3的 PVC聚合釜，每 m3釜體積可取 為宜。 ? (3)一旦反應(yīng)失控時(shí)，可采取如下緊急措施： ? 1)用終止劑中斷反應(yīng)， 如： ? 非水溶液體系的立體有規(guī)聚合反應(yīng)，可注水來消除催化劑活性； ? 在自由基聚合時(shí)可加自由基捕捉劑，如雙酚 A。 ? 2)注入冷水： 如懸浮聚合或乳液聚合反應(yīng)釜預(yù)留部分自由空間，在反應(yīng)失控時(shí)向釜內(nèi)注入冷水，降低反應(yīng)溫度、中止反應(yīng)； ? 3）泄壓： 對(duì)揮發(fā)性單體，可通過部分單體排放以降低反應(yīng)溫度。 ? (4)安全用電 ? 1)應(yīng)采用防爆電器 。如 ? 防爆電機(jī) ? 防爆開關(guān) ? 防爆燈具及暗線配電等。 ? 2)要有備用電源 ? 聚合釜如停止攪拌可能導(dǎo)致爆炸，當(dāng)停電時(shí)應(yīng)立即啟用備用電源。 ? 除攪拌外，備用電源的容量尚需足夠維持必要的安全設(shè)施用電，如水泵及照明用電等。 思考題 ? ，其中哪種類型對(duì)于反應(yīng)的控制比較有利？可采用哪些措施實(shí)現(xiàn)這種過程？ ? ？ ? ，為什么？ ? ，討論提高反應(yīng)釜傳熱能力的有效措施。 ? ？ 演講完畢，謝謝觀看！