聚醚反應釜換熱優化設計

宋新軍,王 麗,谷昭儀

（威海化工機械有限公司,山東 威海264203）

1 問題提出

近幾年國內聚醚工業的快速發展，對于大型化的聚醚反應釜及其關鍵設備和成套工藝技術提出了更高的要求。聚醚反應釜是聚醚合成生產過程中最關鍵的設備。聚醚工業的快速發展帶動了聚醚生產工藝的技術進步。合成工藝的技術進步推動了聚醚反應釜的技術發展，聚醚反應釜技術水平的提高保證了先進工藝得以實現。

然而聚醚反應是個放熱過程，在反應到關鍵階段,物料會放出的大量熱量，隨著物料反應的進行物料的粘度也會增加，聚合物流動性越來越差，熱量不能有效的被置換出去，這會導致生成物的分子量和不飽度和雙鍵含量難以控制，平均分子量與理論分子量相差過大，使體系中物料分散不均勻，形成局部凝膠，分散體的粒徑不均勻。從而導致生產出來的產品雜質較多，質量不高,還會加長了聚合反應的周期，減少了聚合產品的產量，甚至有可能因熱量無法及時擴散而發生危險事故。

2 解決方案

以往用于聚醚反應的攪拌設備的換熱結構靠外部夾套實現冷卻過程，由于冷卻循環水在外部夾套的流動，外部夾套內會出現流動的死區、氣相空間，致使正在用于置換熱量的流體沿著阻力最小的路線流動，致使反應釜內的熱量置換區域不均，置換時間長，所需能量消耗高。以往用于聚醚反應的攪拌設備的攪拌器往往只注重后期高粘度物料的特點，因此所需攪拌功率高，攪拌葉片厚重，攪拌轉速低，不利于反應物放熱后對熱量的置換。

我公司根據上述不良現象，進行了專項研發，對聚醚反應釜的結構進行了優化，取得了很好的效果。解決上述不良現象，我們對聚醚反應釜的伴熱結構和攪拌結構進行優化。

優化時采用理論計算、仿真模擬、冷模試驗對比的方法，根據聚醚反應的工藝過程進行理論計算，確定所需的解決的熱量數值，并根據計算確定初步方案；通過全容積的仿真模擬計算，優選結構，并根據仿真數據，修正結構，并優選出最佳的結構組合；利用冷模試驗裝置按比例進行驗證，減少理論計算和仿真模擬的計算偏差，取保結構的優選和可實現性。

具體優化如下：

（1）對于伴熱結構的優化:采取用內、外同時伴熱結構，減少每段換熱部件的直線長度，減少了熱量置換流體流動的阻力，有效的控制了反應物料的反應溫度，保證了釜內反應壓力的平穩，可使釜內溫度的穩定易控，可以有效的控制反應釜溫度，減小釜內的溫度梯度；內部盤管和釜壁采用高精度拋光處理(Ra≤0.1μm)，減少物料粘連，提高換熱效率，促進物料的流動，保證了快速的熱量置換。

（2）對于攪拌結構的優化:由于聚醚反應過程中的反應物料在開始到完成反應會出現牛頓流體和非牛頓流體不同的反應時期，致使攪拌需要在不同的流體形式下需要不同的攪拌形式，但不可能在反應過程中更換攪拌器，所以必須選用新型的攪拌裝置，有效的完成不同流體形式的混合攪拌的需要，為此根據需要，通過仿真模擬和冷模試驗對比，采取了門框式攪拌形式，下部采取隨形的錨式形式，并在攪拌器的迎液面進行了減阻力處理，大大提升了攪拌效果，降低了攪拌功率。

通過如此的的結構優化后設計出的新型聚醚反應釜，具備了生產穩定聚醚產物的所需的結構特點，該聚醚反應釜，包括釜體，在釜體上部的中間位置安裝有機架，在機架上部連接有減速機，在減速機上連接有攪拌電機，在機架內的減速機與釜體之間設有機械密封部件。攪拌軸通過機械密封部件與減速機相連接，在攪拌軸上安裝高性能流體攪拌混合攪拌器。在釜體內部設有單進單出雙螺旋盤管,釜體內表面及盤管的外壁進行拋光處理。釜體外部用半圓管伴熱，外部半圓管分三部分，位于下封頭一部分，筒體上分上、下兩部分，并且每一部分半圓管均有單獨的冷媒進、出口。本發明針對現有技術存在的不足，通過對反應釜伴熱結構與強有力的攪拌系統相配合可使反應放出的大量熱能迅速散失，通過冷媒將之帶走，提高了聚合反應的換熱效果，對反應更便于控制，而且更安全，使換熱效果達到最佳，同時有利于縮短反應的時間，使產品的生產周期縮短。

通過大量模擬試驗和冷漠對比試驗可以看出,在聚醚反應過程中,高性能流體攪拌混合攪拌器能達到良好的混合效果，對于前期加入大量固體催化劑，高性能流體攪拌混合攪拌器具有較大的槳葉面積,可以很好的分散催化劑顆粒，滿足反應的要求。通過對速度矢量的分析可以得出，攪拌時反應釜內的流體分為內外上下的大循環,可以使釜

內流體流動充分，換熱及時，減小釜內的溫度梯度，有利于反應的均勻進行。

設備運行時，在釜內，冷媒從冷媒進口管進入，并分為兩路直接走盤管，經冷媒出口管流出釜后,進入冷媒回管線。在釜外冷媒分為三路，分別通過冷媒進口，進入三部分夾套半圓管，經冷媒出口管流出夾套半圓管,進入冷卻水回水管線。在反應的初始階段，高性能流體攪拌混合攪拌器以較高轉速將催化劑均勻分布到釜內介質中，在反應的中后期，高性能流體攪拌混合攪拌器將釜內的流體分為內外上下的大循環,可以使釜內流體流動充分，換熱及時，減小釜內的溫度梯度。

該反應釜的優點：本設備內、外部均采用特殊伴熱結構，可以嚴格的控制反應裝置溫度，能增加反應速率、縮短反應時間，并有效控制聚醚平均分子量和不飽和雙鍵含量。能較好的控制反應鏈增長過程序中，歧化反應、鏈轉移反應以及大分子間的副反，使制得的聚醚平均分子量與理論分子量接近。使體系中物料分散均勻，不會形成局部凝膠，分散體的粒徑均勻，粘度低。生產出的聚醚產物具有分子量高、不飽和度低、分子量分布窄、平均官能度高等優質特點。

3 結束語

換熱優化的聚醚反應釜的經過使用，能有效的控制反應釜溫度，減小釜內的溫度梯度。減少反應鏈增長過程序中的歧化反應、鏈轉移反應以及大分子間的副反應，使制得的聚合物平均分子量與理論分子量接近。使體系中物料分散均勻，不會形成局部凝膠。可以生產出高質量的聚醚產品。能滿足聚醚行業對反應設備高效、節能、升溫快、控溫準、保溫好、操作方便、使用壽命長要求。