有机铝聚合物反应釜的放大设计.pdf

第40卷第11期
2011年11
Contemporary Chemical industry
November, 2011
工艺与装备
有机铝聚合物反应釜的放大设计
李齐春,张爱生,金碧
浙江省明矶石综合利用研究所,浙江温州325028)
摘要:简述了有机铝聚合物的制备中试工艺,通过计算,确定了放大后反应釜的传热面积、搅拌类型、
搅拌转速及搅拌功率为方便加料位置的调整,专门设计了可旋转的加料管。试生产结果表明放大设计是可行的。
关键词:有机铝;反应釜;放大设计
中图分类号:TQ053文献标识码:A文章编号:1671-0460(2011)11-1143-03
Scale-up Design of Reactor for the Organo-aluminum Polymer
I-c/i7,
ZHANG Ai-sheng, JI Bi
(Zhejiang Institute of Multipurpose Utilization of Alunite, Zhejiang Wenzhou 325028, China
Abstract: The pilot test of preparing organo-aluminum polymer was introduced. Heat transter area of the scaled-u
reactor, type of propeller, stir speed as well as the power consumption of stirring were determined through calculation
Furthermore, the rotary feed pipe was especially designed in order to conveniently adjust the feeding point. The
results show that the scale-up is applicable
Key words: Organo-aluminum; Reactor; Scalc-up
有机铝聚合物是有机铝凝胶剂的一种,而凝胶的物料为计算对象。随着中间体不断与水进行反应,
剂是油墨制造工艺中不可缺少的成份,其主要作用物料粘度逐渐变小,最终产品常温下(25℃)的粘
是控制流变性,除了形成凝胶外,还对油墨光泽、度为0.09Pas,比重为1.01。形成中间体为放热反
屈服值、颜料的润湿性、渗透性等都有显著的影响,应,聚合反应吸收热量,整个过程对外放热。反应
可提高油曌适应高速印刷的能力"。由于有机铝聚完成后在140℃温度,一定真空度下分离ROH,
合物在油墨连接料中使用方便,凝胶反应过程无整个过程从反应开始到结束需5h。
VOC释放、能耗低等特点,日益受到重视。中试完
成后需对关键设备反应釜进行放大设计,确定传热
面积、搅拌类型、搅拌速度、搅拌功率及加料管结
构等,为产业化开发做好准备。
1中试实验
1.1合成路线及工艺
本文中的有机铝聚合物制备路线如下:
8090100118120130140
图1中间体粘度随温度变化趋势
R COOH+A1(OR)R COOHA1(OR
Fig. l Relationship between the viscosity of the intermediate
A-0
and temperature
铝醇盐与羧酸在溶剂中发生反应,生成中间体1,2中试装置
RCOOALT(OR)a,然后在一定温度下与水反应,生成
中试设备为50L导热油电加热反应釜,内径为
有机铝聚合物及ROH。90℃左右铝醇盐与羧酸全0.47m,装料系数为0.8,搅拌器为双叶平桨,桨叶
部转化为中间体,此时釜内物料粘度达到最大,图直径为0.185m,三角皮带传动,配备电磁调速器,
1为中间产物 RCOOA(OR)粘度与温度的关系。反见图2。搅拌转速为5/A,搅拌雷诺准数
应釜的放大搅拌设计以温度90℃时粘度0.106Pa"sRe=dnpm=0.185X5×10100.106=1630,Re>
基金项目:浙江省科学技术厅科研院所专项基金资動项?(2010-20015)
收稿日期:2011-08-27
作者筒介:李齐春(1974-),男,工程师,江省明石综合利用研究所总工程师,主要从専金属有机铝化工产品开发与生产。电话
0577-88617003,E-ai1:qc109126.c0m
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2011年11月
1000,流动状态为湍流
么,所需传热面积A=Q(K△m)=156706/(200
环水
4.18x81.5)=2.30m2
考虑20%的富裕量,传热面积需2.76mn,而普
(
通1000L外盘管式加热不锈钢反应釜传热面积为
反成
2.867m2,实际传热面积已大于计算传热面积,因此
无需再安装内盘管。
调速
出料1
2.3搅拌器型式及搅拌功率的确定
2.3.1搅拌选型
图2中试实验装置示意图
反应过程属均相快速反应,过程控制因素是湍
Fig 2 Flow diagram of the pilot test apparatus
放大设计
流强度,混合属液-一液分散,粘度在O.1Pa"sPa·s范围,因此采用平直叶圆盘涡轮搅拌器,反
2.1反应釜规格的确定
应金装料系数取0.8,D=1100mm,静液面高度为
根据产量,考虑设备利用率,放大20倍,采H=925mm,与反应釜内径之比为HID=0.841,小于
用1000L反应釜,装料系数为0.8,采用蒸汽加热,1.3,故采用一个搅拌器。
蒸汽最大压力为1.0MPa,正常供汽压力为0.8MPa。2.3.2搅拌器尺寸的确定
2.2反应传热面积的确定
各种形式搅拌器的主要尺寸与反应釜的内径有
图3为两种冷热介质换热前后的温度状态变关,搅拌器的搅拌效果与搅拌器在搅拌容器内的位
化。所需热量包括3部分,即从25℃升温到140置和液位的高度有关,见图4.
℃所需热量,ROH汽化所需热量Q2、环境散热
Q。反应所需热量主要来自饱和水蒸汽液化。反应
物料静止:液
时间为5h,物料平均比热C=2.1kJ(kg:℃),那
么,物料从25℃加热升温至140℃所需热量为
Q1=MC△=-800X(140-25)x2.1=193200k
在「日
图4搅拌器结构示意图
物料M1=800kg
Fig 4 Structure diagram of stirring apparatus
派汽T=170C
取搅拌器直径为反应内径的1/3,即
4=100/3=367m,圆整后取标准系列为d=350
mm,搅拌桨离反应総底部的距离C等于即为350
冷凝水7.-100℃
m,搅拌桨离静止液面距离S为575mm。
物料M.=800k
1,-140)℃
2.3.3搅拌器功率的确定
图3反应釜热交换示意图
参照中试,保持物料流动在湍流区,搅拌圆盐
Fig 3 Heat transfer diagram of the reactor
涡轮式搅拌器叶端速度一般为3~8m/s,取5mk,
经计算,ROH汽化所需热Q2=147467kJ