攪拌装置の製造

重合攪拌：重合反応攪拌装置
工業重合生産にとって、ポリマーの品質と生産コストの高低は、重合反応プロセスだけでなく、重合反応器の構造パターンにも依存する。攪拌釜式反応器は重要な重合反応設備として、品質とエネルギー伝達の問題を解決し、製品の性能を均一にし、生産コストを低下させるために、専門的な選択と設計が必要である。

攪拌釜式重合反応器の設計と工程増幅はほとんどすべての攪拌反応器の難度を集中し、主に：

（1）製品の品質要求が高い。例えば、製品の分子量、分子量分布、力学性能、耐熱性、平均粒径、粒径分布、粒子形態などはすべて高い要求がある、

（2）ポリマー系の複雑な多変性。例えば、不均一系、高粘度非ニュートン系、変粘度系など、

（3）撹拌釜中の流動の複雑性。例えば、三次元流のランダム性、攪拌機の形状が複雑で、境界条件が定めにくいなど、

（4）重合過程は熱効果が大きく、反応温度の要求が厳しく、伝熱素子と攪拌機はしばしば特殊な設計が必要である。

（5）集積設備の大型化。

原正公司は浙江大学と長年の産学研協力を行い、重合反応技術と装備の面で多くの貴重な経験と理論指導を吸収し、相次いで多種の重合過程の攪拌設備を開発し、工業生産に応用することに成功した。

◇バッチ溶液重合反応器

間欠溶液重合反応器の設計の難易度は重合反応後期の系粘度の高低に依存し、重合中に系粘度の変化が大きくなければ、攪拌器の設計は比較的簡単である。しかし、ほとんどの間欠溶液重合反応開始時のモノマーの粘度は低く、重合が進むにつれて粘度は急速に高くなり、一般的な攪拌機は粘度の広い範囲の変化に適応することが難しく、一部の半連続重合技術は反応過程でモノマーを絶えず滴下して液面の変化も大きく、多層羽根車を採用すると、エネルギー入力が突然変異し、液面材料が飛散する。また、一部の反応は後期になると粘釜物が発生し、熱伝達係数が大幅に低下した。

このような重合に対して、元はすでに豊富な設計と製造経験を蓄積しており、異なる技術に基づいて有効な措置をとることができる：

（1）広い粘度域攪拌器―SP 304大羽根パドルを開発し、材料の粘度が大幅に変化する技術に適合でき、重合初期の低粘度状態の時は軸流パドルで、粘度が増加する時、流体型は徐々に径流に向かい、内蔵熱交換素子とジャケットの伝熱係数を高めるのに有利である。

（2）共軸攪拌技術を採用し、より広い粘度域に適応できる。内層は高速多層タービンパドルであり、重合初期に適しており、粘度が増加した場合、外層低速枠式攪拌器を起動し、高粘度系の混合に適している。枠式攪拌器には粘釜物を除去するために各種のスクレーパを取り付けることもでき、伝熱を強化することができ、スクレーパ構造は物性と粘釜の程度に応じて専門的に選択設計する必要がある。

（3）スクリュー攪拌器を採用し、導流筒の配合の下で、0.5 ~ 10000 mPa.sの粘度範囲から高い循環能力と混合効率を維持でき、攪拌反応器内の上下濃度と温度の不均一性を効果的に解消し、導流筒の壁は中空構造に設計することができ、冷却媒体を内通し、両面伝熱は高い伝熱効率を持つ。スクリュー導流筒は循環能力が強く、適応粘度範囲が広く、伝熱効率が高いなどの3つの特徴があるため、間欠溶液重合の典型的な攪拌機となり、炭素繊維を生産するためのアクリロニトリル溶液重合、DMC開環重合によるシリコンゴムの生産などの応用に成功した。

（4）一部の攪拌機は中空構造に設計することができ、攪拌機のと攪拌軸はすべて中空で、冷却媒体は中空通路内を流動し、攪拌機は運動状態にあるため、その伝熱係数は内蔵コイルより5倍大きい。中空攪拌機は固形分の高いスラリー加熱や冷却過程にも使用でき、バッフルやコイルを設置するのが難しいガラス引き装置にも適用できる。

（5）攪拌機及び容器内壁の鏡面研磨により、粘釜物の生成を低減することができる。

（6）粘釜物の発生がない場合、近壁型攪拌機を選択することにより伝熱係数を高めることができる、

（7）大型重合反応器において、ジャケット伝熱面だけでは不十分な場合、各種の内部部材を用いて伝熱面を増加させたり、外循環熱交換を用いて伝熱面を補充したり、低沸点溶媒やモノマーを用いて蒸発熱を除去したりする。

重合攪拌：重合反応攪拌装置

◇連続溶液重合反応器

連続溶液重合反応器の設計は混合と伝熱を考慮するほか、特に滞留時間分布を考慮する必要があり、より狭い滞留時間分布を得るために、複数の全混合釜を用いて直列に接続することは1つの方法であり、平押流反応器を用いて反応器の数を減らし、設備投資を下げることもできる。

複数の全混釜を直列に採用する場合、釜の数は一般的に3個から8個まで様々で、数が多ければ多いほど、滞在時間の分布が狭くなり、投資が大きくなり、設計時に各要素を考慮する必要がある。各反応器の撹拌器の型式はそれぞれ異なっていてもよく、重合初釜は低粘性系であり、タービンまたは羽根式撹拌器を用いて乱流状態でバッフルと配合しても良好な混合が得られ、触媒とモノマーを十分に混合させることができる。粘度が徐々に増加し、移行流域で操作する場合、攪拌機は多段逆流パドル、幅翼曲面軸流パドル、タービンパドルを開くなどを採用することができる。反応後期系は粘度がより高く、層流域に入って操作し、撹拌器は螺旋帯、切断螺旋帯などの型式を採用し、撹拌器は粘釜物の状況に応じて近壁設計またはスクレーパ付き設計を採用した。

滞留時間の分布をより狭くし、流れをより平押し流に近づけ、軸方向の逆混合を抑制するために、設備は成長径の比較的大きい形状を設計することができ、攪拌器は径方向の混合が良く、軸方向の逆混合が弱い構造、例えば枠式攪拌器や偏枠攪拌器を設計することができるが、初釜は粘度が低いため、一般的には全混合釜として設計されている。

◇バッチエマルション重合反応器

乳化重合反応器の多くは間欠生産であり、系粘度が低いため、攪拌器は一般的に羽根車式、三つ葉後すれすれ式、ブルマジン式などを採用し、攪拌反応器の設計と増幅は主に攪拌混合が重合過程に与える影響を考慮する：

（1）液液臨界分散。乳化重合において、その主要成分はモノマー（油相）と連続相（水相）であり、重合釜内の攪拌強度は液液液分散の臨界点に達しなければならず、攪拌強度が低すぎると、モノマーと水相を相分離させ、乳化重合反応速度の低下を招く。

（2）温度と濃度分布。ポリマー製品の品質を安定させるためには、撹拌は重合釜内の材料に十分な反転回数を持たせ、それによって釜内の温度と濃度分布を均一にしなければならない。

（3）剪断速度及び剪断速度分布はポリマーエマルジョンの安定性と製品品質の一致性に重要な影響を与える。

（4）重合熱の退避。重合釜の熱伝達能力は反応ピーク時の熱除去要求を満たさなければならない。伝熱は主にジャケットと内冷管に依存し、内冷管の設置は釜内の材料の流動混合と伝熱への影響を考慮しなければならず、攪拌器の流型もできるだけ内冷管外壁の流体の乱流の程度を高め、密集内冷管間の混合デッドゾーンを解消しなければならない。

PVDF重合反応器

◇ポリエステル重合反応器

ポリエステル重合反応器は一般的にエステル化釜、予備重縮合釜、最終重縮合釜の直列結合から構成され、そのうち最終重縮合釜は平押流反応器であり、残りは全混合釜である。

エステル化釜は低粘性不均一相系であり、タービンパドルと軸流パドルの組み合わせを採用することができ、多塩基酸の溶出速度はタービンパドルのせん断力と関係があり、熱の入力はまた攪拌器の循環能力と加熱面積と関係がある。

予備重縮合釜は均一相中の接着系であり、伝熱は攪拌の主な目的であり、軸流パドルは導流筒の配合の下でより大きな排出量を提供し、大面積加熱管も伝熱の必要条件である。

ポリエステル重合の鍵は後期に重縮合し、物質移動は反応の制御因子になった。重合度を高めるために、連続重縮合釜の設計は逆混合を避けるだけでなく、大きな物質移動表面と短い拡散経路を提供しなければならない。横型一軸ディスク反応器は典型的な重縮合装置であり、多くのPET装置に応用されている表面更新能力を持っている。しかし、一部のポリエステルの粘度はPETをはるかに超えており、例えばPBT、横型一軸ディスク反応器を使用している場合、材料はディスク上に均一な液膜を形成できず、塊になった材料は小分子の拡散を阻止し、熱伝達にも影響を与える。

元は超高粘性ポリエステルの技術特徴に基づいて、最終重縮合釜はスクレーパ付き単軸円盤設備または二軸自己洗浄攪拌設備を採用し、強大な表面更新能力と伝熱能力を提供し、高重合度、超高粘度のポリエステル生産に信頼性のある装置を提供している。現在、元の正の2軸自己洗浄攪拌装置はPBS、PBATなどの装置で成功裏に応用されている。

STC-6000型PBS重縮合釜

一部の実績