2011北化聚合物制备工程

1、2021参考答案一、填空io分评分标准,每题i分,按空平均1 . 一般而言聚合物的生产过程由 原料精制与准备、催化剂配制、聚合过程、别离过程 、后处理过程、回收过程组成.2 .间歇聚合反响器根本设计方程是反响消失量=-累积量,理想反响器根本设计方程是 流入量流出量反响消失量=0.3 .停留时间分布函数采用 阶跃法 测定,停留时间分布密度函数采用脉冲法t测定,两者的关系是Ft =?Etdt.4 .典型的橡胶增韧塑料产品包括 HIPS 和ABS ,均可以采用 本体聚合 实 施方法制备.5 . ESBR采用 乳液聚合 方法牛产.SSBR采用 溶液聚合 方法牛产.其对应的聚合原理分别是 自由基聚合 和

2、阴离子聚合 .6 .尼龙66通常可以采用 熔融聚合 和 固相聚合 方法生产,但是芳香族聚 酰胺只能采用溶液聚合方法生产.7 .乳液聚合中可能的成粒机理包括胶束成粒 、 单体液滴成粒和 低聚物成粒,其中以 胶束成粒为主要成粒机理.8 . PET熔融缩聚主要生产工艺包括 直接酯化法 和 酯交换法 .9 . LDPE采用 自由基 机理进行聚合、其本体聚合采用的反响器包括釜式 和管式.10 .我国锲系顺丁橡胶催化剂的主要成分是 环烷酸锲、三氟化硼乙醴络合物 和三异丁基铝 、采用铝银陈化、稀硼单加参加方式.二、简述题20分4道题目每题5分1 .写出以下缩写的聚合物中文名称,并指出其聚合机理和工业实施方法

3、PP、HIPS、PA66、NBR、EPS、PVA答：PP聚丙烯,配位聚合,本体聚合HIPS高抗冲聚苯乙烯,自由基聚合,本体聚合PA66,尼龙66,缩合聚合,熔融缩聚、固相缩聚NBR, 丁月青橡胶,自由基聚合,乳液聚合EPS,发泡聚苯乙烯,自由基聚合,悬浮聚合PVA,聚乙烯醇,自由基聚合,溶液聚合2 .对于相同的聚合反响过程而言,请作图表示分别采用间歇反响器、平推流反 应器、单级理想混合反响器、多级理想混合反响器以3级理想混合反响器为例 时反响器内单体浓度的变化趋势.答：间歇反响器、平推流反响器、单级理想混合反响器、多级理想混合反响器的 反响器内单体浓度的变化趋势(a)间歇反响器内物料浓度变化度

4、浓物应反(b)平推流反响器内物料浓度变化解浓体优O .1 c C 度浓物应反O -1c C度浓物应反反响时间反响时间(c)单级理想混合反响器内物料浓度变化(d)多级理想混合反响器内物料浓度变化3 .采用间歇反响器、平推流反响器、单级理想混合反响器进行活性阴离子聚合制备SSBR,请说明三种反响器对产物结构的影响,并解释原因.答：活性阴离子聚合其活性中央是阴离子,在没有活泼氢、氧气等杂质存在时, 其具有很长的寿命.采用间歇反响器,所有物料一次参加,活性中央增长的时间相同,所得 SSBR具 有分子量分布很窄的特点.采用平推流反响器,物料连续参加,引发剂也连续参加,生成的活性阴离子中央 增长的时间也相

5、同,所得SSBR具有分子量分布窄的特点.采用单级理想混合反响器,物料连续参加,引发剂也连续参加,生成的活性阴离 子中央存在停留时间分布,活性中央增长的时间差异很大,导致所得SSBR具有 较宽的分子量分布.4 .限制单体转化率是聚合工艺调节常用手段,请说明ESBR工业生产和PVC悬浮聚合工业生产限制单体转化率的目的,并简要解释其原因.答：ESBR工业生产限制转化率的目的是限制聚合物组成分布均匀,限制凝胶含量,其原因是苯乙烯与丁二烯共聚可减少烯丙基自由基的产生,即使这样,当转化率到达一定程度后,因苯乙烯量减小,上述反响由会明显发生,导致乳聚乳聚 丁苯橡胶的凝胶含量增大,产品性能下降,转化率提升,也

6、会影响共聚组成及其 分布,对产品性能产生显著影响.聚氯乙烯工业生产限制转化率的目的是调控颗粒形态,其原因是：转化率小于7075%时,VC-PVC体系以两相存在：一相是接近纯单体相,另一相是PVC被VCM (2530%)所溶胀的聚氯乙烯富相.这阶段纯单体相的饱和蒸汽压加上水的蒸汽压,就等于聚合釜的操作压力,PVC颗粒内外压力相平衡.转化率大于7075%时,纯单体相消失,大局部VCM溶胀在聚氯乙烯的富相内,其产 生的VC分压将低于VC饱和蒸汽压或釜的操作压力.继续聚合时,外压将大于颗内压力.颗粒塌陷,表皮折叠起皱、破裂,新形成的聚氯乙烯逐步充满粒内和 外表的孔隙,而使孔隙率降低.同时,体积收缩吸塑

7、包装、紧裹粒子,使结构致 密.因此,欲制得疏松型树脂,除分散剂、搅拌等条件适宜外,最终转化率应控 制在85%以下.三、选择题30分每题2分,按空平均；选错不给分,少选给一定分数.1、以下资源属于可再生资源的是 ACF .A.植物油；B,煤炭；C.淀粉；D.废塑料；E.石油；F.纤维素2、使用了离子型和非离子型乳化剂配方的乳液聚合体系,其储存温度应高于 D ,低于 AB .A.浊点；B.转相点；C.单体的沸点； D.三相点3、反响条件相同,且最终转化率相同的条件下,所需反响器体积最小的应是 D A.两级串联理想混合反响器；B.三级串联理想混合反响器；C.单级理想混合反响器；D.四级串联理想混合反

8、响器4、提升乳液聚合反响速率,可以采用ADE .A.增加乳化剂浓度；B.增加水油比；C.增大搅拌强度；D.增大引发剂浓度；E.参加电解质；F.降低乳化剂浓度5、PET熔融缩聚最后一个反响器提升聚合温度,提升真空度将使BC ;聚苯乙烯反响后期升高温度将使ACD .A.转化率提升；B.分子量提升；C.熔体粘度下降D.分子量降低6、在后处理过程中月军是指 B,脱灰是指 D 0A.脱除单体；B.脱除溶剂；C.脱除水； D.脱除过渡金属催化剂7、聚氯乙烯工业生产通过 B 限制聚合物分子量,乳液丁苯工业生产通过C 调节聚合物分子量,聚烯姓:工业生产通过 E 调节聚 合物分子量.A.反响时间；B.温度；C.

9、硫醇；D.乳化剂E.氢气；F.溶剂8、甲基丙烯酸甲酯悬浮聚合根据B 成粒,氯乙烯乳液聚合根据C成粒.A.单体液滴成粒机理；B.珠状成粒机理；C.胶束成粒机理；D.粉状成粒机理9、玻璃化效应常发生在AC：A.乳液聚合；B.溶液聚合；C.悬浮聚合；D.本体聚合10、 聚氯乙烯可以采用 ACD 制备.A.乳液聚合；B.溶液聚合；C.悬浮聚合；D.本体聚合11、 工业生产聚乙烯LDPE和HDPE采用的反响器包括 ACE A.釜式反响器；B.反响挤出机；C.管式反响器；D.塔式反响器；E.流化床反响器；F.薄膜反响器12、 反响器流动模型接近于理想混合流模型的是 CE ,反响器流动模型接近于平推流模型的

10、是BDF .A.间歇釜式反响器；B.管式反响器；C.单级连续釜式反响器；D.塔式反响器；E.流化床反响器；F.反响挤出机13、 聚氯乙烯悬浮聚合选用B ,顺丁橡胶工业过程选取C ,PET熔融缩聚选取D .A.锚式搅拌桨；B.平桨；C.双螺带搅拌桨；D.外表更新型搅拌桨；E.推进式搅拌桨；F.涡轮式搅拌桨14、 醋酸乙烯溶液聚合采用甲醇作为溶剂, 可以起到AC 作用.A.链转移剂；B.引发剂；C.传热介质；D.链终止剂15、 聚氯乙烯工业生产通过 BCDF 调节聚合物的颗粒形态.A.反响时间；B.温度；C.转化率；D.分散剂；E.链转移剂；F.搅拌转速四、流程与工艺25分1 .试用流程框图和必要

11、的文字描述锲系顺丁橡胶聚合生产工艺,并简述其产品 质量的限制方法.15分框图5分,文字描述5分,简述限制方法5分.催化剂 配制聚合工序单体回收工序溶液聚合法生产顺丁橡胶的主要工序有以下几个：催化剂、终止剂和防老 剂的配制与计量；丁二烯的聚合；胶液的凝聚；橡胶的脱水和枯燥；单 体、溶剂的回收和精制.催化剂经配制、陈化后,与单体丁二烯、溶剂油一起进 入聚合装置,在此合成顺丁橡胶.胶液在进入凝聚工序前参加终止和防老剂.胶 液用水蒸气凝聚后,橡胶成颗粒状与水一起输送到脱水、枯燥工序.枯燥后的生 胶包装后去成品仓库.在凝聚工序用水蒸气蒸出的溶剂油和丁二烯经回收精制后 循环使用.顺丁橡胶的主要技术指标包括

12、门尼粘度, 灰分,挥发分,凝胶含量,顺式1, 4含量等,为了到达质量指标,在聚合配方、催化剂陈化方式确定后,选择适宜的工艺指标工艺条件就成为保证优质、高产的关键.限制这些工艺指标常用的方法是：温度 在固定的冷冻盐水进出口温度后,通常是将丁油预冷及预热,改变 催化剂、稀释油进料量来限制.转化率 通常用改变催化剂用量、配比或丁油浓度、聚合温度可反响时间 来限制.门尼粘度 通常是用改变铝、硼或锲组分的用量,改变聚合温度来调 节.2 .某公司需要制备各种聚苯乙烯原料用于评价、筛选,具体要求见下述：A-PSt:分子量分布0 1.1 ,相对数均分子量0 100, 000B-PSt:球状粒料,粒径1mm&#

13、163;更大,相对数均分子量0 100, 000C-PSt:粉料,粒径约50300nmD-PSt:透明粒料,相对数均分子量0 200, 000E-PSt:相对数均分子量?400, 000,且必须采用自由基聚合.请针对上述5种聚苯乙烯的具体要求,设计所需要的聚合方法如指定聚合方法,那么无需选择新的方法、实施方法,并提出相应的反响器形式和操作形式.10分一一评分标准：每题2分,根据要求平均给分.答： A-PSt:分子量分布0 1.1 ,相对数均分子量0 100, 000根据分子量及其分布的要求,确定采用活性阴离子聚合方法,采用溶液聚合实施 方法,采用釜式反响器,采用间歇操作,可以到达预期目的.B-

14、PSt:球状粒料,粒径1mm£更大,相对数均分子量0 100, 000根据产品形态要求,确定采用自由基聚合方法,采用悬浮聚合实施方法,采用釜式聚合反响器,采用间歇操作,可以到达预期目的.C-PSt:粉料,粒径约50300nm根据产品形态要求,确定采用自由基聚合,采用乳液聚合实施方法,采用釜式聚合反响器,采用间歇操作,可以到达预期目的.D-PSt:透明粒料,相对数均分子量0 200, 000根据产品形态要求,确定采用自由基聚合,采用本体聚合实施方法,采用釜式或塔式聚合反响器,采用间歇或连续操作方式,可以到达预期目的.E-PSt:相对数均分子量?400, 000,且必须采用自由基聚合.根

15、据产品要求,采用自由基聚合,采用本体聚合实施方法,采用理想混合反响器,限制聚合温度较低,限制转化率较低4060%,可以到达预期目的.五、计算题15分评分标准：根本参数计算3分,每种反响器计算各3分, 反响器比拟3分；列出相关方程给一定分数；计算结果错误,扣 1分.一化工企业准备开发脂肪族聚酯产品,请某化工设计院进行设计聚合反响 装置,要求如下：要求每天反响 4800kg的己二酸,且反响过程严格限制与己二2醇等摩尔比反响,在343K下,以硫酸为催化剂的动力学方程为：rA=kCA,其 中：rA 消耗己二酸反响速度,kmol/L ?min； k 反响速度常数,L/kmol?min ； Ca己二酸的瞬

16、时浓度,kmol/L.70C, k=1.97L/kmol?min,己二酸的初始浓度 Cao = 0.004kmol/L;最终转化 率为90%.设计院分别采用间歇反响器、平推流反响器、单级理想混合反响器 进行设计,请计算各反响器体积,并归纳三种反响器的体积变化规律.其中间歇反响器的操作时间为1.5小时,装料系数为0.8,己二酸分子量为146.答：在外加酸催化下,这是一个标准的二级反响,且副产物水在体系中一直维持 在0的情况,因此可采用A+ B-R的二级不可逆积分方程式.(1)对于采用间歇反响器的设计：tR = L(-x) 09=1142.13min =19hrkCA0 1 -Xa1.97 0.0

17、04 (1 - 0.9)计算反响器所需的容积4800每小时的进料量Fao为Fa0= 1.37kmol/hr24 146. 、一F-1 37每小时己二酸的体积流重：VA0 = 342.5L / hrCa0 0.004每批生产操作周期tT为：tT = tR+ta = 19 + 1.5 = 20.5hr r a故反响器的有效容积为：Vr =Vao tT =342.5 20.5 = 7021 L= 7.021m3反响器的实际容积V为：V = VR = 7021 = 8.77m30.80(2)对于平推流反响器的设计反响器设计方程与间歇相同,只是没有辅助时间而已,故1 Xa0.9tR -() -1142.13min =19hrkCA0 1 - Xa1.97 0.004 (1 - 0.9)每小时己二酸的体积流量：Fao= 4800 =1.37kmol/hr24 146故反响器的有效容积为:F A0C