年产1.2万吨叔丁胺和1.8万吨聚异丁烯项目附录6 异丁烯聚合振荡流反应器说明.pdf

2018年“东华科技-陕鼓杯”

第十二届全国大学生化工设计竞赛

中石化镇海炼化分公司

年产1.2万吨叔丁胺和1.8万吨聚异丁烯项目

振荡流反应器设计

ZJUC.E.O团队

叶骐瑜陈宁洁方譽錡俞彬彬李锦秀

指导老师：胡晓萍

中石化镇海炼化年产1.2吨叔丁胺和1.8万吨聚异丁烯项目振荡流反应器设计

目录

1聚合反应设计要求1

2催化体系的选择2

3聚合反应动力学的说明3

4振荡流反应器（OFR）说明4

5反应器流股进出信息5

6反应器设计条件6

6.1反应温度6

6.2反应压力6

6.3催化剂的用量6

6.4反应器停留时间7

7管式振荡流反应器的具体设计7

7.1机理条件的确定7

7.2反应器物理结构的确定10

7.3振荡泵机理参数确定14

7.4换热结构15

7.5反应器小结表16

ZJUC.E.O团队2

中石化镇海炼化年产1.2吨叔丁胺和1.8万吨聚异丁烯项目振荡流反应器设计

1聚合反应设计要求

聚异丁烯的产品质量控制主要体现在两个方面：一是聚合物分子量的控制，

二是聚合物分子量分布的控制。异丁烯阳离子聚合的分子量强烈地依赖于反应温

度，控制分子量的主要方式是精确控制反应温度进行，其次是通过调节催化剂用

量以及单体浓度来进一步控制分子量；分子量分布主要由采用的催化剂以及催化

剂与反应温度在反应器中的均匀性决定。

本项目所需要制取的是中分子量的聚异丁烯，在如今市场上，除了BASF几

乎很难做出窄分子量分布的聚合物，主要原因还是无法精确的控制温度与催化剂

的均匀性，以及在聚合釜中容易产生滞留区，尽管停留时间分布的对分子量分布

的影响不大，但滞留区与旁路流区在一定程度上还是会造成分子量分布变宽。

如下，以现今工厂所用来制备聚异丁烯的反应釜的形式为例：

图1多层双功能组合式涡轮搅拌器

尽管使用涡轮式的组合式搅拌桨，并采用双层鼠笼式冷却管，具有高剪切力，

可以将气相催化剂切散，将传热速率控制在一定范围内，但是可以分析看出，釜

ZJUC.E.O团队1

中石化镇海炼化年产1.2吨叔丁胺和1.8万吨聚异丁烯项目振荡流反应器设计

中流体在鼠笼式的冷却管间流动较差，并且与催化剂混合不是很均匀。若在冷却

管间及冷却管与壁面的凹处存在一个气液平衡的气泡区，易造成局部催化剂浓度

过高，降低聚合物的分子量，分子量分布变宽，且由于反应釜的径向尺寸较大，

明显的会存在一个径向的温度分布，造成分子量分布的不均。

为了能更好的控制温度，并且令催化剂与反应体系更好地混合，我们考虑到

使用管式振荡流反应器来控制温度，并更好地达到催化剂均匀分布的目的，从而

提高产品质量，降低分子量分布。

我们希望能够生产出分子量分布窄的中分子量（数均分子量1万到4.5万，

粘均分子量1万到10万）的聚异丁烯，使用选择数均分子量为3.5万左右、粘

均分子量为6到7万左右的聚异丁烯为我们的产品，并且异丁烯原料的利用率要

尽可能高，并以此为反应器的设计要求。

2催化体系的选择

三氟化硼引发体系

硼系复合催化体系是合成PIB最经典的催化体系，一般以BF3为主催化剂，

根据其配合物不同，组成的硼系复合催化剂体系也不同，适应的原料也不同。硼

系引发体系催化IB