聚合反应工程讲课课件3

聚合反应工程讲课课件演示文稿目前一页\总数二十七页\编于点（优选）聚合反应工程讲课课件目前二页\总数二十七页\编于点相对分子质量1.2~1.8×104尼龙相对分子质量5~15×104聚氯乙烯相对分子质量25~30×104顺丁橡胶由多种原子以相同的、简单的结构单元通过共价键多次重复连接而成的相对分子质量很大的化合物。CHAPTER1Introduction

----Courseaims,objectivesandoutlineoutline目前三页\总数二十七页\编于点

Whatisthereasonabout聚合反应工程是以高分子聚合物工业中聚合反应过程为主要研究对象的一门学科，主要讨论聚合反应器的设计、操作与控制等。而要设计合理的聚合反应器，必须要对流体的流动行为进行研究。目前四页\总数二十七页\编于点WhatisChemicalEngineering

outline目前五页\总数二十七页\编于点非牛顿流体的流动和传热(Non-NewtonianFluids)

主要介绍非牛顿流体在流动、传热、传质等过程中的特点，及对聚合过程的影响；结合高聚物实际，对典型的非牛顿流体的性质，流动变形的测量方法，流动过程和传热过程的计算方法等进行介绍和讨论。化学反应工程基础

(ChemicalReactionEngineering)

主要介绍关于化学反应器流动模型的一些基本知识，包括理想反应器流动模型，物料在反应器中的混合程度，和化学反应的关系，连续流动反应器中的混合程度等。

CourseContentIntroduction

内容提要目前六页\总数二十七页\编于点聚合过程的动力学分析

(KineticsAnalysisofpolymerization)

在动力学分析的基础上，着重讨论反应器形式和操作方式对不同聚合机理聚合产物的分子量分布的影响。搅拌聚合釜的设计

(DesignforPolyreactorwithStirred)

介绍搅拌聚合釜的主要部件—搅拌器的设计方法。主要介绍分散和悬浮类型搅拌器的设计。

CourseContentIntroduction

内容提要目前七页\总数二十七页\编于点搅拌聚合釜的传热和传质

(TheHeatandMatterTransferofPolyreactorwithStirred)

讨论搅拌聚合釜的传热和传质过程。传热对聚合过程有巨大影响，在设计搅拌聚合釜时对传热方式及传热面积必须作出可靠设计。本章就传热的计算方法进行讨论。聚合反应器简介

(IntroductionofPolyreactor)

主要介绍管式聚合反应器和塔式聚合反应器。

CourseContentIntroduction

内容提要目前八页\总数二十七页\编于点第二章非牛顿流体的流动和传热

CHAPTER2FlowandHeat-TransferforNon-NewtonianFluids目前九页\总数二十七页\编于点流体流动时产生内摩擦力的性质，称为黏性。

牛顿黏性定律牛顿1687年发表了以水为工作介质的一维剪切流动的实验结果。流体黏性越大，其流动性就越小。从桶底把一桶甘油放完要比把一桶水放完慢得多，是因为甘油流动时内摩擦力比水大的缘故。

FlowpatternforimpellerwithwallscrapersimulatedwithCFD(Computationalfluiddynamics)目前十页\总数二十七页\编于点

运动着的流体内部相邻两流体层间由于分子运动而产生的相互作用力，称为流体的内摩擦力或黏滞力。流体运动时内摩擦力的大小，体现了流体黏性的大小。实验是在两平行平板间充满水时进行的，如图所示。设有上下两块平行放置而相距很近的平板，两板间充满着静止的液体，下平板固定不动，上平板在其自身平面内以等速U向X轴方向运动。此时附于上下平板的流体质点的速度分别为U和0，两平板间的速度呈线性分布。xu=0yu

牛顿黏性定律实验目前十一页\总数二十七页\编于点

实验证明，两流体层之间单位面积上的内摩擦力（或称为剪应力）τ与垂直于流动方向的速度梯度成正比。yxuu=0⊿u⊿yu/y表示速度沿法线方向上的变化率或速度梯度。

牛顿黏性定律实验目前十二页\总数二十七页\编于点

式中τ是作用在上平板流体平面上的剪应力，斜率μ为比例系数，称为黏性系数，或动力黏度（viscosity），简称黏度。式(1)所表示的关系，称为牛顿黏性定律。（1）由此得到了著名的牛顿黏性定律

牛顿黏性定律目前十三页\总数二十七页\编于点

从手册中查得的黏度数据，其单位常用CGS制单位。在CGS单位制中，黏度单位为

此单位用符号P表示，称为泊。

N·s/m2（或Pa·s）、P、cP与的换算关系为

牛顿流体黏度的单位目前十四页\总数二十七页\编于点

运动黏度：流体黏度μ与密度ρ之比称为运动黏度，用符号ν表示

ν＝μ/ρ(2)

其单位为m2/s。而CGS单位制中，其单位为cm2/s，称为斯托克斯，用符号St表示。

各种液体和气体的黏度数据，均由实验测定。可在有关手册中查取某些常用液体和气体黏度的图表。

温度对液体黏度的影响很大，当温度升高时，液体的黏度减小，而气体的黏度不定，可能增大也可能减小。压力对液体黏度的影响很小，可忽略不计，而气体的黏度，除非在极高或极低的压力下，可以认为与压力无关。

运动黏度目前十五页\总数二十七页\编于点

牛顿黏性定律表达式可以表示分子动量传递的。将式(1)改写成下列形式（3）式中为单位体积流体的动量，为动量梯度。

液体中的动量传递

目前十六页\总数二十七页\编于点

剪切应力与剪切速率之间的关系服从牛顿黏性定律的流体，称为牛顿流体。

剪切速率剪切应力τ

牛顿流体(NewtonianFluids)的流动曲线目前十七页\总数二十七页\编于点牛顿型流体(Newtonianfluid)：剪应力与速度梯度的关系完全符合牛顿黏性定律的流体，如水、属于牛顿流体。非牛顿型流体

(non-Newtonianfluid)：不服从牛顿黏性定律的流体，如泥浆、某些高分子溶液、悬浮液等。

非牛顿流体简介目前十八页\总数二十七页\编于点n=1,牛顿流体n1，非牛顿流体非牛顿流体流动曲线du/dyτ0acbdτa.牛顿流体，n=1；b.假塑性流体,n<1；c.胀塑性流体,n>1；d.宾汉塑性流体目前十九页\总数二十七页\编于点宾汉塑性流体（Binghamfluid）

巧克力浆、肥皂、纸浆、泥浆等假塑性流体（pseudoplasticfluid）

蛋黄酱、血液、番茄酱、果酱等胀塑性流体（dilatantfluid）

淀粉溶液、蜂蜜等牛顿流体（Newtonian

fluid）

气体、水、酒、醋等

非牛顿流体实例目前二十页\总数二十七页\编于点牛顿流体、假塑性流体和胀塑性流体的统称。

k为稠度指数n为流变指数稠度指数k的因次与n有关。当n=1时，流体为牛顿流体，稠度指数k的因次与牛顿流体的黏度相同。当n≠1时，流体为非牛顿流体，稠度指数k

的因次与黏度的因次不同。n表示流体的非牛顿性程度。

指数律流体（powerlaw）————目前二十一页\总数二十七页\编于点定义：非牛顿流体的剪切应力与剪切速率的比值为表观黏度。

非牛顿流体的表观黏度目前二十二页\总数二十七页\编于点

非牛顿流体的表观黏度

(apparentshearviscosity)图2-4表观黏度与剪切速率的关系A：牛顿流体B：假塑性流体(n<1)C：胀塑性流体(n>1)γ目前二十三页\总数二十七页\编于点图2-7宾汉塑性流体的与的μa关系μaμp

宾汉塑性流体的剪切速率与表观黏度

目前二十四页\总数二十七页\编于点非依时性非牛顿流体与依时性非牛顿流体非依时性非牛顿流体依时性非牛顿流体如何区分？？？想一想？目前二十五页\总数二十七页\编于点1.触变性流体特征：黏度不仅随剪切速率而变化，而且在剪切速率恒定时，也随时间延长而下降.2.震凝性流体特征:

与触变性流体行为相反，黏度随时间而增加，A:触变性流体B:非触变性流体表观黏度T(开始剪切)ABT(停止剪切)表观黏度图2-9

触变性流体与非触变性流体的黏度-时间曲线

依时性非牛顿