聚合反应工程基础复习提纲 2

1、第一章 绪论1. 说明聚合反应工程基础研究内容及其重要性.研究内容:以工业规模的聚合过程为对象,以聚合反应动力学和聚合体系传递规律为基础;将一般定性规律上升为数学模型,从而解决一般技术问题到 复杂反应器设计,放大等提供定量分析方法和手段;为聚合过程的开发,优化工艺条件等提供数学分析手段.简而言之:聚合反应工程研究内容为:进行聚合反应器最佳设计;进行聚合反应操作的最佳设计和控制. 第二章 化学反应工程基础 一、概念1.间歇反应器、连续反应器间歇反应器：物料一次放入，当反应达到规定转化率后即取出反应物，其浓度随时间不断变化，适用于小规模，多品种，质量不均。连续反应器：连续加料，连续引出反应物，反应

2、器内任一点的组成不随时间而改变，生产能力高，易实现自动化，适用于大规模生产。2. 平推流、平推流反应器及其特点：当物料在长径比很大的反应器中流动时，反应器内每一位原体积中的流体均以同样的速度向前移动，此时在流体的流动方向上不存在返混，这种流动形态就是平推流。具有此种流动型态的反应器叫平推流反应器。特点： 在稳态操作时，在反应器的各个截面上，物料浓度不随时间而变化， 反应器内物料的浓度沿着流动方向而改变，故反应速率随时间位置而改变，及反应速率的变化只限于反应器的轴向。3. 理想混合流、理想混合流反应器及其特点：反应器中强烈的搅拌作用使刚进入反应器的物料微元与器内原有物料微元间瞬时达到充分混合，使

3、各点浓度相等，且不随时间变化，出口流体组成与器内相等这种流动形态称之为理想混合流。与理想混合流相适应的反应器称为理想混合流反应器。特点： 反应器内物料浓度和温度是均一的，等于出口流体组成 物料质点在反应器内停留时间有长有短 反应器内物质参数不随时间变化。4. 膨胀率：反应中某种物料全部转化后体系的体积变化率5. 容积效率：指同一反应在相同的温度、产量、和转化率的条件下，平推流反应器与理想混合反应器所需的总体积比6. 停留时间分布密度函数、停留时间分布函数、平均停留时间停留时间分布密度函数：系统出口流体中，已知在系统中停留时间为 t 到 dt 间的微元所占的分率 E(t)dt 停留时间分布函数F

4、(t):系统出口流体中，已知在系统中停留时间小于 t 的微元所占的分率 F(t)7.返混指反应器中不同年龄的流体微元间的混合8、宏观流体、微观流体宏观流体：流体微元均以分子团或分子束存在的流体；微观流体：流体微元均以分子状态均匀分散的流体 ；9.宏观流动、微观流动宏观流体指流体以大尺寸在大范围内的湍动状态，又称循环流动；微观流体指流体以小尺寸在小范围内的湍动状态10.混合时间指经过搅拌时物料达到规定均匀程度所需的时间11.微观混合、宏观混合 P70微元尺度上的均匀化称为宏观混合；分子尺度上的均匀化称为微观混合。二、问题1.按物料的相态、结构形式、操作方式和流体流动及混合形式分类，反应器可分为那

5、几类？按物料相态来分：均相反应器、非均相反应器；按结构形式来分：管式反应器、釜式反应器、塔式反应器、固定床反应器、流化床反应器等；按操作方式来分：间歇反应器、连续反应器、半连续反应器按流体流动及混合形式来分：平推流反应器（或称活塞流、柱塞流、理想置换反应器）、理想混合流反应器（或称完全混合反应器）、非理想流动反应器2. 形成返混的主要原因有哪些?由于物料与流向相反运动所造成,由于不均匀的速度分布所引起的,由于反应器结构所引起死角,短路,沟流,旁路等. 3.理想反应器设计的基本原理是什么？ 提供反应物料进行反应所需的容积，保证设备有一定的生产能力 具有足够的传热面积，保证反应过程中热量的传递，使

6、反应控制在适宜的温度下进行 保证参加反应的物料均匀混合 4.反应器的流动模型有哪些？各有何特点理想流动模型（平推流模型、理想混合流模型）、非理想流动模型（多级理想混合模型、层流流动时的速度分布模型、扩散模型、带死角和短路的理想混合模型）平推流模型：流体以平推流流动，全部物料的停留时间都为V/v0 不存在返混理想混合流模型：物料的停留时间分布最宽，返混最大多级理想混合模型:可用来描述偏离平推流不太大的非理想流动反应器，只需要一个参数来表示返混大小层流流动时的速度分布模型：流体不发生轴向返混；流体的返混仅仅是由于管中流体的不同流速所引起的；流体为牛顿流体扩散模型：介于理想混合流和平推流之间的，用来

7、描述具有不同返混程度的非理想流动模型5.平推流及理想混合反应器的停留时间分布有何特点？平推流停留时间分布特点：t时，F（t）=1；t时，F（t）=0理想混合停留时间分布特点：t=0时，F（t）=0，t=时，F（t）=1，停留时间分布宽。6.返混对简单反应、复杂反应和连串反应各有何影响？返混对简单反应无影响，因为大多从间歇反应中得到恒温恒容的简单反应；返混影响到复杂反应的产物分布，从而可以采用不同的操作方式来提高目的产物的收率；返混会影响到连串反应的物料平均停留时间，因此为提高目的产物的收率，首先应选择平推流反应器或间歇反应器，然后才考虑理想混合反应器。7.描述连续式反应器的重要性质有哪些？停留

8、时间分布密度函数E（t），停留时间分布函数F（t），数学期望，方差，返混8.微观混合和宏观混合对理想混合反应器各有何影响？宏观混合与微观混合对不同级数的化学反应的影响是不同的。只有一级反应时，微观混合与宏观混合的反应结果是一样的；当n1时，宏观混合有利于反应9.影响容积效率的因素有哪些？反应器类型,反应级数,生产过程中转化率10.停留时间的测定方法有哪些,各适用于什么具体情况? 阶跃示踪法试验装置；脉冲示踪法工业反应器11.停留时间分布和返混之间有什么关系?研究流动模型有何意义? 返混造成停留时间分布,二者有密切关系,可用停留时间分布定量描述同类反应器中返混程度,而同一停留时间分布可由不同情况

9、的返混程度与之相适应. 意义:流动模型是为了研究反应器内流体的实际流动形态,在不改变其性质的前提下,对其加以适当的理想化,这种适当理想化的流动形态称为流动模型,所以流动模型是反应器中液体流动形态的近似概括,是设计和放大反应器的基础.12. 动力学方程建立时,数据收集方式和处理方式有哪些? 收集方式:化学分析方法,物理化学分析方法 处理方式:积分法,微分法. 13. 反应器基本要求有哪些？提供反应物料进行反应所需容积,保证设备一定生产能力;具有足够传热面积;保证参加反应的物料均匀混合14. 基本物料衡算式,热量衡算式 物料衡算:反应物A流入速度-反应物A流出速度-反应物A反应消失速度+反应物A积

10、累速度=0(简作:流入量-流出量-消失量-积累量=0) 热量衡算: 随物料流入热量-随物料流出热量-反应系统与外界交换热量+反应过程的热效应-积累热量=0 15. 实现反应器的热稳定操作需满足哪些条件? Qr=Qc, 体系放出热量; Qr dQc/dTdQr/dT, 除热量; Qc T=T-TwMc,黏度急剧增加，为非牛顿流体:MMc 为牛顿流体; 对分子量相近,分子量分布较宽的流体,比分子量分布较窄流体较早出现非牛顿流体转变,且分子量分布越宽,偏离牛顿流动也越远. 温度:温度增加,黏度下降.对于柔性,温度对其影响不大,链段运动易, 活化能小. 浓度:聚合物溶液浓度增加,溶液黏度0 增加.临界

11、浓度 Cc,当 CCc,为非牛顿流体 ,假塑性. 压力影响:压力影响流体自由体积,压力 P 增加,自由体积下降,引起黏度增加. 7.非牛顿流体的流动行为指数对流体在圆管中的流动行为和聚合反应结果有何影响？N 下降,假塑性流体在管中流速分布比牛顿均匀;反应器中 C,T,及径向分布也越均匀,分子量分布也越窄. 8.对非牛顿流体在圆管中层流流动规律进行研究有何重要意义? 非牛顿流体与牛顿流体不同流动特性,二者动量质量传递特性也有所差别,进而影响到热量传递,质量传递,及反应结果.因此对流速分布及压力降等问题研究,不仅能决定管中流体输送量与功率消耗,同时能了解影响管式反应,塔式反应器中物料浓度,温度分布

12、,进而影响反应速度和分子量分布情况. 9.何为表观粘度?剪切应力与剪切速率的比值称为表观黏度,Ma=Z/r 第五章 搅拌聚合釜内流体的流动与混合 1.搅拌器一般具有哪些功能?混合,搅动,悬浮,分散等 2.搅拌釜内的流体的流动分为哪两个层次 宏观状况:循环流动;微观状况:剪切流动. 3.循环流动的三个典型流动分别是什么?哪些流动对混合有利?哪些需克服? 径向流动,轴向流动,切线流动;径向和轴向对混合有利,起混合搅动及悬浮作用;切线流动对混合不利. 4.何为打旋现象?如何消除打旋现象 当不大,搅拌转速较高时,桨叶放在釜中心线时,液体将随桨叶旋转的方向沿着釜壁滑动,釜内液体在离心力的作用下,涌向釜壁

13、,使液面沿壁上升,中心部分液面下降,形成一个旋窝,通常称打旋现象.消除打旋现象:偏心安装可减弱漩涡,安装挡板,加导流筒可有效消除. 5.试说出几种搅拌器的构型,特点和应用? 桨式搅拌器:桨叶构型为平桨,斜桨,锚形或框形桨者.特点:结构简单, 转速低,桨叶面积大,平桨,斜桨适用于为 0.1-102Pas的液体搅拌;锚式, 框式对高液体. 推进式搅拌器:三瓣叶片;适合湍流程度不高,循环量大.优点:结构简单, 制造方便,适用于低,液量大液体搅拌.剪切作用不大,循环性能好. 涡轮式搅拌器:桨叶形式很多,有开式和闭式两类.应用较广并处理程度范围广液体.适用于低粘到中等程度液体混合,液液分散,液固悬浮及促

14、进良好传热,传质,或化学反应. 螺杆及螺带式搅拌器:适用于高粘度液体. 6.搅拌器应满足哪些基本要求?选择搅拌器的基本方法是什么? 保证物料混合, 消耗最小功率, 所需费用最低, 操作方便, 易于维修. 选择基本方法: A.生产上对搅拌无特殊要求,可参照生产时所用类似搅拌经验地选择. B.对搅拌有严格要求,且又无类似过程搅拌型式,应对设备工艺过程的操作类别,搅拌要求及经济性全面分析评价,找到主要控制因素进行选择适应型式 C.对于过程开发或生产规模很大工程,在一定试验基础上,研究出最佳搅拌器桨叶形式,尺寸及操作条件,再相似模拟放大进行设计计算. 选择搅拌器原则: (1)均相液体混合:主要控制因素

15、为容积循环速率. (2)非均相液体混合:使互不相溶液体能良好分散. (3)固体悬浮:容积循环速率和湍流强度.(4)气体吸收及液相反应:保证气体进入液体后被打散,被气泡均匀的分散.控制因素:局部剪切作用,容积循环速率及高转速. (5)高粘度体系 控制因素:容积循环速率及低转速7.搅拌器的功率消耗主要用于那些方面?计算搅拌器功率有何重要意义 搅拌器所消耗的能量;搅拌轴封所消耗;机械传动所消耗 意义: (1)搅拌功率是衡量搅拌强度的主要物理量; (2)是搅拌机械设计的基本数据; (3)根据搅拌功率的选用搅拌电机 8.从搅拌器的功率曲线可以得到哪些重要信息? 功率函数;功率准数;雷诺数：1. Nre=

16、1-10:曲线斜率为-1,搅拌层流区; 2. Nre=10-1000:搅拌过滤区; 3. Nre1000:搅拌湍流区,为一水平直线 9.气液体系的搅拌功率与均相体系相比有哪些特点? 液体中通入气体,降低了被搅拌液体的有效密度,因此也就降低了搅拌功率, 搅拌功率可采用均相液体搅拌功率分析计算方法并加以修正.而大量通入气体时,开始出现大气泡,功率消耗不再明显变化,称液泛 . 10.何为泵送指数?其对搅拌器计算有何重要作用 qd=Nqd*ND3,Nqd 为泵送准数.包含了流体的流速和搅拌的泵送能力,反映了搅拌的剧烈程度 11.搅拌级别一般范围几个等级？10 个等级 12.常用的搅拌桨叶直径的大致范围

17、如何 选定桨叶直径与釜径比值 D/T=0.20.8 平桨 0.50.83 涡轮 0.330.4 推进式 0.10.3313.何为颗粒雷诺数?其在不同的范围时,密度差如何计算 NRe(p)=(dput)/ NRe(p)103 湍流 密度差 : (p-)/(层流) (p-)/(湍流) 14.聚合反应的搅拌级别一般选择几级？一般分为十个等级 15.悬浮程度与那些因素密切相关? 桨叶转速越高,直径越大,颗粒沉降速度愈小,所得悬浮程度越高. 16.层流和湍流是=时的搅拌功率如何计算?为什么?因次分析:P=f(N,D,g)搅拌功率准数:Np=P/(N3p5 ),Np=NFrqf(NRe) NRe=DN2/

18、g:搅拌弗鲁德 准数 层流区:P=KMN2D3 重力影响可忽略,即不考虑 NFr 影响 Np=K NRe-1 湍流区:P=KN3D5 湍流区功率曲线呈一水平直线与 Re 无关,Np 为常数. 第六章 搅拌聚合釜的传热与性质 1,聚合速率在聚合过程中一般有三种类型,其中那些对反应控制比较有利? 可采用那些措施实现这种过程? 减速型,加速型,匀速型 ；匀速型对反应控制有利；引发剂半衰期使用得当,也可逐渐或分批加入单体或 催化剂使 Rp 保持均衡. 2, 传热装置有哪些类型? 夹套,内冷件,回流冷凝器,体外循环冷凝器 3,哪些反应不宜采用釜外循环热交换?为什么? a 对要求严格控制反应温度的一类聚合

19、反应不宜采用 液相外循环热交换装置 应用于 polymer,使物料下降 510 b 悬浮聚合造成结块也不宜 c 而对 剪切敏感胶乳体系应慎用,因为循环泵 r 很大,易破坏胶乳稳定性 d 本体 聚合,体系黏度过大,泵送困难,也不宜 4, 试概括传热速率方程和总传热系数方程,讨论提高反应釜传热能力有效措 施? Q=KA(tit0 ) Q:传热速率 A 传热面积 Ti 流体温度 To 截热体温度 K 传热 系数 1/K= 1/i+1/0+/, i,0 釜内外壁传热同类系数 /:导热部分总热阻 :厚度 :导热系数 增大传热面积,降低冷却水温度以扩大温差,提高总传热系数可提高传热速率 降低体系黏度,改善

20、搅拌效果提高i 和 K 重要途径 夹套中冷却水流 提高 K 重要途径：例夹套内安装挡板, 扰流喷嘴,多点切向进 水使水处于剧烈流动状态,提高0 /减小:较高材质,设法降低黏釜物和挂胶现象及时进行清釜,改善冷 却水水质以及水垢沉积 第七章 搅拌聚合釜的放大 1.何为放大效应?为什么会出现放大效应?何为冷模试验? 反应器放大后,一般会引起大小反应器间的热量,质量传递及流体流动状况等 物理过程变化,造成两者速度,温度,浓度分布及停留时间分布的差异,影响 反映结果效应称之为放大效应 掌握设备的几何尺寸及操作条件对搅拌釜内动量,热量,质量,停留时间分布 和微观混合的定量关系的试验称冷模试验 2.在工程上

21、有哪几种放大方法?简述各种放大方法基本原理? 放大方法有;数模放大法 相似放大法 逐级经验放大法 数模放大法:通过动力学研究和模式确定催化剂种类,反应物浓度,温度,反 应时间,剪切等对反应速率,产物质量和收率的关系,并综合以一数学模型来 描述 相似放大 :在配方不变的前提下,不论反应机理如何,若工业反应器中速度分 布,浓度分布,温度分布和停留时间分布均与反应器相同,两者反应后果也必 然相同 四种分布并非独立,相互呈复杂制约关系,找出对反应后果影响最大的关键混 合参数及其适应的范围,并以此混合物参数作为放大准则3.如何理解和应用相似放大? 相似放大着眼于如何在工业反应器中复现模拟反应器结果.相似

22、放大应用于搅 拌聚合釜. 1.搅拌设备传热放大可分为 按动力相似放大,按传热系数相等放 大,按单位体积传热速率不变放大,按搅拌聚合釜搅拌放大. 5.搅拌釜传热可采用哪几种方法放大 动力相似,叶端速度相等,给热系数相等,单位体积输入搅拌功相等,单位体 积传热速率不变,总传热系数 K 放大 6.几何相似系统中，概括N对几何相似体系可在数个几何相似但容积不同的搅拌釜中进行试验，求出每个釜中能获得合格产品的转速。由此确定转速N和桨径D的关系。第八章 聚合过程及聚合反应器本体法本体法的最大特点是在聚合过程中，除了引发剂不须加入分散剂、乳化剂等聚合助剂或溶剂，所以产品的纯度高与其他聚合方法相比，工艺简单，

23、能耗低，成本低，对环境污染小。从反应器的利用率来看，它是所用聚合方法中最高的。本体聚合困难的问题是如何及时、有效地移走反应放出的大量反应热。特别在反应后期，转化率高，反应体系的粘度剧增，造成混合、传热困难，反映情况恶化。不及时带出反应热，体系温度上升，聚合度下降，聚合度分布加宽，副反应增加。严重出现爆聚现象。1 、间歇反应器：物料一次放入，当反应达到规定转化率后即取出反应物，其浓度随时间不断变化，适用于小规模，多品种，质量不均。连续反应器：连续加料，连续引出反应物，反应器内任一点的组成不随时间而改变，生产能力高，易实现自动化，适用于大规模生产。2 、平推流反应器及其特点：当物料在长径比很大的反

24、应器中流动时，反应器内每一位原体积中的流体均以同样的速度向前移动，此时在流体的流动方向上不存在返混，这种流动形态就是平推流。 在稳态操作时，在反应器的各个截面上，物料浓度不随时间而变化， 反应器内物料的浓度沿着流动方向而改变，故反应速率随时间位置而改变，及反应速率的变化只限于反应器的轴向。3、理想混合流反应器及其特点：反应器中强烈的搅拌作用使刚进入反应器的物料微元与器内原有物料微元间瞬时达到充分混合，使各点浓度相等，且不随时间变化，出口流体组成与器内相等这种流动形态称之为理想混合流。特点： 反应器内物料浓度和温度是均一的，等于出口流体组成 物料质点在反应器内停留时间有长有短 反应器内物质参数不

25、随时间变化。4、数模放大的基本原理：是通过动力学研究和模试，确定催化剂种类、反应物浓度，反应时间剪切对反应速率、产品质量和收率的关系，并综合从一数学模型来描述5 、相似放大的基本原理：在配方不变的前提下，不论反应机理如何。若反应器中的速度分布，浓度分布，温度分布和停留时间分布均匀与模试反应器相同，则两者的反应结果必然想同6 、连续乳液聚合与间歇乳液聚合的四个不同点： 连续操作得到的粒子数比间歇操作小，聚合速率也较间歇低 与间歇乳液聚合粒径分布比连续聚合宽 间歇乳液聚合中阻聚作用只存在诱导期，而连续聚合中阻聚作用存在于整个过程 间歇乳液聚合无瞬态过程，而连续聚合有瞬态过程 7 、聚合反应器选择原

26、则： 充分考虑并满足聚合反应特性 经济效益上的考虑 应充分考虑聚合反应器特性对聚合物质量的影响 8 、放大原则：在相似放大中，每一个准数代表的放大规则经常是矛盾的，所以在放大过程中要抓起控制作用的因素，保持与这些因素有关的准数在放大过程中不变，而对其他因素加以适当照顾。 9 . 反应器应满足的三个要求： 提供反应物料进行反应所需的容积，保证设备有一定的生产能力 具有足够的传热面积，保证反应过程中热量的传递，使反应控制在适宜的温度下进行 保证参加反应的物料均匀混合 10、造成返混的主要原因： 物料与流向相反的运动造成的 由于不均匀的速度分布所引起 由于反应器结构所引起的死角，短路，沟流，旁路 1

27、1、返混对聚合度分布的影响：1停留时间分布：停留时间分布越窄则聚合度分布越窄；2浓度历程的影响：若反应器中无聊浓度维持不变则聚合度分布越窄；当活性链寿命短时，浓度历程是影响的主要原因，此时理想混合流反应器返混程度最大，浓度均一故聚合度分布最窄，平推流反应器分布最宽；当活性链寿命较长时，停留时间分布是决定聚合度分布的主要原因，此时平推流反应器停留时间分布分布最窄，故聚合度分布最窄。12.粘度对聚合物反应的影响：以自由基反应为例，在低转化率下，其反应速率受粘度影响较小，但在工业聚合过程中，通常转化率很高时，此时随粘度的增加，体系会产生凝胶效应，产生自动加速现象，原因是随着反映的进行体系粘度不断增加

28、，链自由基卷曲，活性端基甚至被包埋，双基扩散终止困难导致终止速率下降而引发速率几乎不因粘度增加而减小，故导致聚合物总体生成速率升高聚合加速。但当转化率很高时单体的扩散也受到阻碍Kp也下降导致总的聚合速率也下降，一般当TTg时，Kp受扩散控制影响较小，可不考虑粘度影响；当TTg时Kt 、Kp均受扩散控制影响均需考虑粘度变化。13、按桨叶构型分搅拌器分为哪几种：1桨式搅拌器：结构简单、转速低、桨叶面积大；2推进式搅拌器：结构简单制造方便，适用于液体粘度低液量大的液体搅拌。剪切作用不大、循环性好；3涡轮式搅拌器：较大的剪切力，适用于低粘度到中粘度的液体混合。4螺杆螺带式：适用于粘度较大的场合。14、

29、几何相似体系放大准则的确定方法：对几何相似体系可在数个几何相似但容积不同的搅拌釜中进行试验，求出每个釜中能获得合格产品的转速。由此确定转速N和桨径D的关系。15、根据聚合反应器的形式，可将聚合反应器分为哪几类？其中釜式反应器由哪几部分组成，各自的作用是什么？按形式可分为釜式，塔式，管式和特殊类。 釜式反应器主要由釜体，搅拌装置，传热装置，密封装置四部分组成。釜体是反应器的主体，用来剩反应物料。搅拌装置是使釜里物料均匀混合。 传热装置的作用是提供釜内物料的反应温度，热量并及时将多余热量穿成釜外。 密封装置的作用是确保釜内反应物料在较为密封的状态下进行反应，以防物料泄露。16、反应放大的方法有那些

30、，各自原理是什么？放大有数模放大和相似放大。 数模放大的基本原理是通过动力学研究，确定催化剂种类，反应物浓度，温度，反应时间，剪切等对反应速率，产品质量，和收率的关系，并综合以数学模型来描述，同时有通过冷模试验掌握设备的几何尺寸及操作条件对搅拌釜内动量，热量，质量，停留时间分布和微观混合的定量关系。并相应建立传递过程模型。相似放大原理是在配方不变的前前提下，不论反应机理如何，若工业反应器中的速度分布，浓度分布，和停留时间分布均与模试反应器相同，则两者的反应结果相同。17.搅拌聚合釜传热装置有那些具体要求，传热装置与那些，各自特点是什么？搅拌聚合釜对传热装置的要求有：高的传热速率，结构简单，避免

31、有易引起挂胶的粗糙表面及导致结构的死角。易于清洗。 传热装置有（1）夹套 特点是最常采用的装置，结构简单，在处理粘度较高的物料时由于传热系数下降，可采用提高夹套内传热介质的湍动来增加搅拌釜的传热系数。（2）内冷件 最常采用内冷管和内冷挡板，内冷管管壁较薄，冷却水流速大，所以传热系数比夹套大的多，从而改善聚合釜传热条件。（3）回流冷凝 特点是以蒸汽冷凝方式传热，传热系数高，传热面积不受釜容积限制。（4）体外循环冷凝器 不用于要求反应温度的聚合反应，对胶乳的剪切稳定，提高乳液聚合可采用体外冷却，但对剪切敏感的胶乳体系应慎用。聚合反应之名解释1、返混：反应器内停留时间不同的流体微元间的混合；2、膨胀

32、率：反应中某种物料全部转化后体系的体积变化率；3、宏观流体：流体微元均以分子团或分子束存在的流体；4.微观流体：流体微元均以分子状态均匀分散的流体 ；5、混合时间：经过搅拌时物料达到规定均匀程度所需的时间。6、微观流动：流体以小尺寸在小范围内的湍动状态；7、宏观流动：流体以大尺寸在大范围内的湍动状态，又称循环流动；8 、容积效率：指同一反应在相同的温度、产量、和转化率的条件下，平推流反应器与理想混合反应器所需的总体积比 9、聚合反应工程：聚合反应工程是化学反应的一个分支，他是研究聚合物制造中的化学反应工程问题，他以工业规模的聚合过程为研究对象，以聚合动力学和聚合物的传递过程为基础，并把二者结合

33、起来。10 、停留时间分布密度函数：系统出口流体中，已知在系统中停留时间为 t 到 dt 间的微元所占的分率 E(t)dt 11 、停留时间分布函数 F(t) 系统出口流体中，已知在系统中停留时间小于 t 的微元所占的分率 F(t)1 、搅拌的功能：混合、搅动、悬浮、分散 2、大型聚合物生产六大工艺：原料准备与精制，引发剂与配制，聚合、分离、后处理及回收，聚合过程是核心 3、 按反应器结构分：管式、釜式，塔式、固定床、流化床4、放大的标志：要保证大小反应器中，反应结果一致或近似；其成功的关键是放大技术的正确与否；5、传热装置：夹套、内冷件、回流冷凝器、体外循环冷却系统；6、釜式反应器的组成：釜

34、体、传热装置、搅拌装置、密封装置；7、搅拌的功能：分散、混合、悬浮、搅动8、聚合反应系统产生热稳定性问题的本质：由于反应器内物料存在返混。1、反应器分类：1) 按结构型式分类类型优点缺点举例釜式反应器优点：结构简单，加工方便，传质、传热效率高，适应性强，操作弹性大，连续操作时温度、浓度易控制，产品质量均一，适于多品种、小批量生产。要求达到高转化率时，反应器容积大 顺丁橡胶，丁苯橡胶，聚氯乙烯管式反应器结构简单、加工方便，耐高压，传热面大，热交换效率高，容易实现自动控制对慢速反应管子要求长且压降大高压聚乙烯的生产，石脑油的裂解，轻油裂解生产乙烯 塔式反应器挡板型: 适于快速和中速反应过程，结构复

35、杂固体填充式: 结构简单，耐腐蚀，适于快速和瞬 间反应过程不同塔不同，书上没说，具体见老师ppt吧 o()o苯乙烯的本体聚合，已内酰胺的缩聚 流化床反应器传热好，温度均匀，易控制催化剂的磨损大，床内返混大，高转化率难丙烯氨氧化制丙烯腈，萘氧化制苯酐，聚烯烃的生产 2) 按操作方式分类间歇反应器：在反应之前将原料一次性加入反应器中，直到反应达到规定的转化率，即得反应物，通常带有搅拌器的釜式反应器。优点是：操作弹性大，主要用于小批量生产。连续操作反应器 ：反应物连续加入反应器产物连续引出反应器，属于稳态过程，可以采用釜式、管式和塔式反应器。优点是：适宜于大规模的工业生产，生产能力较强，产品质量稳定

36、易于实现自动化操作 。半连续操作反应器 ：预先将部分反应物在反应前一次加入反应器，其余的反应物在反应过程中连续或断连续加入，或者在反应过程中将某种产物连续地从反应器中取出，属于非稳态过程。优点是：反应不太快，温度易于控制，有利于提高可逆反应的转化率 。2、 连续反应器中物料流动型态平推流反应器：各物料微元通过反应器的停留时间相同。物料在反应器中沿流动方向逐段向前移动，无返混。物料组成和温度等参数沿管程递变，但是每一个截面上物料组成和温度等参数在时间进程中不变。连续稳态操作，结构为管式结构 。理想混合流反应器：各物料微元在反应器的停留时间不相同。物料充分混合，返混最严重。反应器中各点物料组成和温

37、度相同，不随时间变化。连续搅拌釜式反应器 。非理想混合流反应器：（主要是由于工业生产中在反应器中的死角、沟流、旁路、短路及不均匀的速度分布使物料流动型态偏离理想流动 ）3、 均相反应动力学反应反应速度式反应积分式不可逆反应一级二级可逆反应一级二级（m=2）复合反应平行反应连串反应（PS：在连串反应中，R的浓度会有最大值，出现最大值的时间为：，最大浓度为：4、理想反应器设计1) 反应器设计的三个基本要求：a. 提供反应物料进行反应所需要的容积，保证设备有一定的生产力。b. 具有足够的传热面积，保证反应过程中热量的传递，使反应控制在最适温度下进行。c. 保证参加反应的物料均匀混合。2) 反应器设计

38、基本原理：物料衡算：（流入量）（流出量）（反应消失量）（累积量）=0热量衡算：（随物料流入热量）（随物料流出热量）（系统与外界交换热量）+（反应热效应）（累积热量）=03) 基本过程：根据物料衡算、热量衡算可以得到反应器设计的基本方程式，再结合动力学方程式计算反应器体积。平常我们计算的是恒温恒容下的，步骤如下： 由反应器操作特点，写出物料衡算式； 由物料衡算式和化学动力学方程式计算反应所需时间； 由辅助生产时间辅和反，计算生产周期： 由及每小时处理的物料量0，求出反应器的有效体积 由反应器装料系数求出反应器实际体积：4) 几种重要反应器的设计过程(在这里只列出主要的几个公式，这个是重点中的重点

39、，建议大家看书2236页）反应器物料衡算式停留时间（反应时间）间歇反应器平推流反应器理想混合流反应器5) 多级串联理想混合流反应器物料衡算式：（对第i级反应器中的A组份）假设Vi都相等，则（N代表第N级）也可得到6) 容积效率：同一反应在相同的温度、产量和转化率下，平推流反应器和理想混合流反应器所需的总体积比。工业上用来衡量单位反应器体积所能达到的生产能力。 零级反应时， ，两种反应器体积相等，即反应器型式对反应速度没有影响 。 除零级反应以外，其他正级数反应的反应器容积效率小于1。 当转化率一定时，反应级数越高，容积效率越低，故对于反应级数高的反应宜采用平推流反应器 。5、 理想混合反应器热

40、稳定性反应器的热稳定性是指当反应过程的放热或除热速率发生变化时，过程的温度等因素产生一系列的波动，当外扰消除后，过程能恢复到原来的操作状态，则反应器具有热稳定性，或具有自衡能力，否则为热不稳定的或无自衡能力。体系具有热稳定性必须具备以下两个条件：1 放热速率与除热速率相等，即：稳态条件2 稳定条件影响热稳定性的因素：1、化学反应的特性，如k、H、E等2、反应过程的操作条件如、T等。3、反应器的结构，如A；4、操作条件，如、T、K等 与的最大温差：反应器内的温度与冷却剂的温度差必须小于，这是热稳定性的又一条件。6、 停留时间分布返混：不同停留时间的微元之间的混合。（和前面介绍的是同一个意思，这个

41、更简洁，返混造成了停留时间的分布。）造成返混的原因：a. 由于物料与流向相反的运动造成的。b. 不均匀的速度分布。c. 由于反应器结构所引起的死角、短路、沟流、旁路等造成。停留时间分布密度函数： 停留时间分布函数： 停留时间分布的测定方法：跃迁示踪法、脉冲示踪法。（51页）平均停留时间：方差：若以对比时间作为自变量，则此时方差为无因次方差，当：时，为平推流；时，为理想混合流；时，为非理想混合流。第三章（所有题型）1、聚合度及其分布函数定义及关系数均聚合度：，重均聚合度：Z均聚合度：瞬时数均聚合度：瞬时重均聚合度：瞬时Z均聚合度： 与的关系：瞬时数基聚合度分布函数：瞬时重基聚合度分布函数：（其中

42、为聚合速率）二者关系：数基聚合度分布函数：重基聚合度分布函数：积分式： 2、平均聚合度及聚合度分布与动力学链长的关系歧化终止、无链转移反应时： ， ， ；其中为动力学链长。 ， 偶合终止、无链转移时： ， ； 3、粘度对聚合反应的影响：在高转化阶段时，体系粘度增大，产生凝胶效应出现了自加速现象。此现象在自由基本体聚合和沉淀聚合中尤为明显。对均相体系产生凝胶效应的主要原因是体系粘度增加，链自由基卷曲，活性端基被包裹，双基扩散终止困难，下降，而引发速率几乎不因粘度的增加而减小，故使聚合速率加速。 粘度对聚合过程的影响：a. 低转化阶段，此时认均不受扩散控制影响。b. 中间转化阶段(从出现凝胶效应起

43、)，此时受扩散控制影响，而末受影响。c. 高转化阶段(从受扩散控制起)，此时均受扩散控制影响。 4、缩聚反应反应程度：（表示已反应的官能团数与原始官能团数的比）间歇操作时：缩聚反应聚合度分布函数可以写为：缩聚产物的平均聚合度为： ， 分布指数:由上面的一些式子可以看出，缩聚产物的聚合度分布与温度无关，仅仅是反应程度p的函数，随着p增大，聚合度分布变宽。随着反应程度趋近于1，的值也激增，工业上为了制的高分子量的缩聚产物，应尽可能把反应产生的低分子物质排出体系外，以使反应程度趋近1。理想混合流操作时： ， ， 理想混合流操作时数均聚合度与间歇操作相同，但是重均聚合度比间歇操作高，故理想混合流操作时

44、产物的分子量分布比间歇操作时宽。5、非均相聚合反应（重点，内容有点多，都打出来没多大意思，大家结合书看看吧）最典型的两大非均相聚合体系：乳液聚合、悬浮聚合引发剂：乳液聚合（水溶性引发剂）、悬浮聚合（油溶性引发剂）、溶液聚合和本体聚合（固体催化剂）引发机理：自由基型、离子型1） 、乳液聚合：聚合机理：根据间隙乳液聚合的动力学特征，可以把整个乳液聚合过程分为四个阶段：1、分散阶段（聚合前段）；2、乳胶粒生成阶段（聚合I段）；3、乳胶粒长大阶段（聚合II段）；4、聚合完成阶段（聚合III段）乳胶粒生成期：诱导期结束到胶束消耗尽，此时不再有新的乳胶粒生成，聚合体系中的乳胶粒数不再变化。反应恒速期：胶束

45、消失到单体液滴消失，单体液滴中的单体不断扩散入乳胶粒中，使粒子中的单体浓度维持不变，直至单体液滴消失聚合速度下降。降速期：单体液滴消失至聚合反应结束，由于无单体经水相扩散进入乳胶粒，故乳胶粒中进行的聚合反应只能靠消耗粒子中贮存的单体来维持。乳液聚合的单体必须具备以下几个条件： 单体可以增溶溶解但不能全部溶解于乳化剂的水溶液； 单体可以在增溶溶解温度下进行聚合反应； 单体与水和乳化剂无任何作用 ； 对单体的纯度要求达到99以上 ； 在乳液聚合中，单体的含量一般控制在3060之间 。间歇乳液聚合聚合速率：式中为乳胶粒中单体浓度，为每个乳胶粒中自由基的平均个数，为单位体积中乳胶粒的个数。提高连续乳液

46、聚合乳胶粒数的方法：（为连续乳液聚合乳胶粒数，为间歇乳液聚合乳胶粒数）1 使第一釜的平均停留时间为max以生成最大2 可在主反应器前串联一管式反应器或串联一组停留时间极短的釜式反应器作为预反应器， 使主反应器中的提高到与N相当3 采用种子聚合或增加乳化剂用量乳液聚合反应器设计要点：（这里是老师ppt上的，课本上117页还有，记住几个就可以了）a. 反应器满釜操作防止器壁形成粘壁物；b. 减少反应器内部结构，反应器表面光滑；c. 使用轴向循环搅拌浆叶（传热及混合），设置全夹套（传热及粘壁）；d. 为保证反应体积增加能有效的增加传热面积，反应器不必按几何相似放大，d/r=2/130/1；e. 满釜

47、操作，不存留气液相界面；6、 聚合过程的调节与控制从生产角度看，聚合过程应满足以下要求a. 应保证达到希望的转化率，一般希望转化率越高越好，但由于产品质量或反应速率的限制，常常只能适可而止；b. 应有高的反应速率，以使反应器有高的生产能力；c. 应保证聚合产物达到要求的平均聚合度和聚合度分布，以满足加工应用和制品质量的要求；d. 对均相聚和应保证聚合物粒子达到一定的颗粒度和粒径分布。温度的调控1) 控制聚合反应的放热速度 调整聚合配方，使聚合反应保持匀速进行 间歇操作时，采用逐渐或分批加入单体或引发剂 多釜串联反应器时，逐釜加入单体或引发剂 2) 强化反应器散热过程 增加反应器传热面积 提高夹

48、套侧冷剂液膜给热系数 合理选用反应器材质，及时消除反应器壁的聚合物垢层 对高粘反应体系，采用特殊的聚合反应器3) 选用适当冷却介质，提高传热温差 聚合速率的调控 a. 调节单体及引发剂浓度，改变单体及引发剂的加料方式b. 加入一定量的阻聚剂，以控制聚合进程c. 调节聚合温度d. 改变聚合配方e. 在连续聚合时，可改变返混程度f. 对于乳酸聚合可用调节乳化剂量来调节聚合速率g. 调节反应压力聚合度与聚合度分布的调控 1) 调节反应温度、单体、引发剂浓度,避免波动；2) 连续聚合时可改变返混程度，使用分子量调节剂；3) 使用分子量调节剂；4) 乳液聚合可通过调节乳化剂来调节聚合度；5) 对缩聚反应

49、应严格控制组分问的等摩尔比及去除反应副产物，以得到高分子量产物 。粒径及粒径分布的调控 a. 调节搅拌强度；b. 调节搅拌釜内流体的循环次数；c. 调节搅拌转速；d. 改变聚合配方；e. 采用种子聚合；f. 改变反应器的返混程度 ；第四章（填空、选择）流变学就是研究物质的变形和流动的科学，其任务是使物质所具有的复杂变形或流动现象更明确化、系统化、定量化、进一步把产生这些现象的机理上升到分子结构上解释。 牛顿流体：流动曲线是通过座标原点的一直线，其斜率即为粘度。水、酒精、酯类、油类等属牛顿流体。非牛顿流体：流动曲线不是直线或虽为直线但不通过座标轴原点的流体。粘度随剪切速率而变。高聚物浓溶液、熔融

50、体、悬浮液、浆状液等大多属于此类。牛顿粘性定理：在稳态下，施于运动面上的力F，必然与流体内因粘性而产生的内摩擦力相平衡，施于运动面上的剪切应力与速度梯度成正比，可写为：其中表示剪切速率，常用表示，为粘度。依时性非牛顿流体 1. 触变性流体：该流体的粘度不仅随剪切速率而变化而且在恒定剪切速率下，它的粘度也随着时间的推移而下降并达到一个恒定值。当剪切作用停止后，粘度随时间而增高经几小时或更长时间可以恢复到最初的粘度值。2. 震凝性流体：这是一类比触变流体更不常见的流体它具有和触变流体相反的流动行为，称为反触变行为。在任一给定的剪切速率下，剪切应力随时间的增加将趋近一个最大值，达到最大值所需时间取决于体系的性质，往往在10200分钟范围内。 只有在一定的剪切速率范围内，才能促使流体中某种结构的形成从而出现震凝性。非依时性非牛顿流体幂律模型：或其中n为非牛顿指数或者流动行为指数，表示偏离牛顿流体流动的程度。时为牛顿流体；时为假塑性流体；为胀塑性流体。第五章（填空，选择，简答）搅拌反应器的作用：a. 推动液体流动，