[发明专利]一种搅拌釜反应器

说明书

技术领域

本发明涉及搅拌釜反应器领域，尤其涉及一种用于烯烃淤浆聚合的搅 拌釜反应器。

背景技术

搅拌釜反应器在工业诸多领域中都有着广泛的应用。据统计，三大高分 子合成材料生产中约有70％是采用搅拌釜反应器完成的。在工业生产过程 中，搅拌釜反应器的搅拌混合性能直接影响到产品质量、生产成本以及能耗 等问题。

搅拌釜按照其用途分类，有液相均相搅拌釜、气液两相搅拌釜、固液两 相搅拌釜、气液固三相搅拌釜等。工业上很多工艺，特别是烯烃聚合工艺， 都会遇到气液固三相接触混合的场合，而气液固三相搅拌釜是最佳选择之 一。气液固三相搅拌釜由于其广泛的应用和釜内复杂的传递现象，一直以来 都是化学反应工程的重点和难点。

聚烯烃是合成树脂的一个重要分支，是现代石化工业最重要的产品。烯 烃聚合的工艺主要有淤浆法、气相法、溶液法等。淤浆法由于具有工业化时 间早、工艺技术成熟和产品质量较好等特点，因而应用较广。最具代表性的 淤浆法乙烯聚合工艺是日本三井油化的搅拌釜式低压淤浆法生产高密度和 中密度聚乙烯的工艺(简称CX工艺)。该工艺通过改变两个聚合釜的排列 方式(并联或串联)、改变操作条件和添加共聚单体的方法，控制产品分子 量、分子量分布和密度，生产出熔融指数为0.01～35g/10min、密度范围在 0.943～0.970g/cm³的高密度聚乙烯(HDPE)。

虽然淤浆法工艺使用较广、产品质量较好，但是淤浆法工艺在生产上仍 存在一些问题待解决。浆液的夹带是淤浆法聚乙烯生产中的一个棘手的问 题，指的是一些较小的浆液液滴(或聚合物颗粒)随着气体进入到了聚合釜 上方管道。大量的浆液夹带会使得越来越多的固体进入釜顶换热器，从而导 致换热器结垢增多，换热能力下降，换热器的清洗周期变短，严重时将造成 生产停车，存在着技术问题。如何消除浆液夹带现象是聚合装置扩产的一大 关键。另外，如何增加气体在釜内的停留时间，以及如何得到更均匀的气含 率和固含率分布，也是淤浆法工艺研究的重要课题。要解决上述问题，可以 添加一些内构件(如除沫设备、复杂新型挡板等)，也可以通过改善釜内的 流型(优化搅拌桨的设计)实现，显然后者是更好的方法。

搅拌桨(即搅拌涡轮)是搅拌釜反应器的核心部件，用于实现搅拌釜内 的各相态的混合，其作用有均相混合、气液分散、固液悬浮三种。在气液固 三相搅拌釜中，搅拌桨将同时提供这三种作用。

由于对于大多数情况的三相体系，特别是烯烃聚合反应体系，气液分散 往往比固液悬浮更困难。因此，在搅拌涡轮的选择、设计时，气液分散效果 更为重要。很多情况下，由于固体较容易均匀悬浮，可以将液固两相看成一 相，即浆液相。此时，三相体系已简化为浆液-气体两相体系。如何达到浆 液中更好的气体分散(气含率分布)、气体停留(气泡停留时间)、气体逸出 (表面夹带量)，是目前搅拌釜研究的重点内容之一。

涡轮式搅拌桨是最为常用的一类用于多相低粘体系的搅拌桨。涡轮式搅 拌桨有很多种。根据涡轮形式可以分为两类：一类是有一个圆盘安装在轮毂 上，叶片再安装在圆盘上，称圆盘式涡轮，进一步根据其叶片安装方向划分 为直叶圆盘涡轮(叶片垂直于圆盘安装，简称DT)和斜叶圆盘涡轮(叶片 倾斜于圆盘安装，简称PDT)；另一类是叶片直接安装在轮毂上，称风扇式 叶轮，进一步根据其叶片安装方向划分为直叶风扇式涡轮(简称直叶涡轮) 和斜叶风扇式涡轮(简称斜叶涡轮)。根据叶片安装方向可以分为两类：叶 片垂直安装的称径向流涡轮，可以在桨叶周围提供一个径向流场；叶片倾斜 安装的称轴向流涡轮，可以在桨叶周围提供一个轴向流场，进一步根据其排 出流的方向，可将轴向流涡轮进一步划分为上流式轴向流涡轮和下流式轴向 流涡轮。

在气液体系中，最常用的是直叶圆盘涡轮(DT)。这种涡轮剪切力大， 可以提供很强的径向流，把液体从轴向吸入，向径向排出。排出流遇到挡板 (或槽壁)则向上下分开，使槽内形成上下循环的流型。直叶圆盘涡轮排出 能力大，而且圆盘的使用使得其能在叶轮下一度保持气体进而使之分散，增 大了气泡停留时间，有利于提供较好的气液传质和提高反应的单程转化率， 因此，在很多气液操作中都采用直叶圆盘涡轮。