聚合反應(yīng)工程復(fù)習(xí)習(xí)題

1、1.聚合反應(yīng)工程定義：聚合反應(yīng)工程以研究工業(yè)生產(chǎn)規(guī)模進(jìn)行的聚合反應(yīng)過程的規(guī)律及反應(yīng) 器 最 佳 設(shè) 計(jì) 和 最 佳 操 作 的 學(xué) 科2. 聚合反應(yīng)工程主要討論：聚合反應(yīng)器的特性；反應(yīng)器的設(shè)計(jì)方法；聚合反應(yīng)器的型式和 結(jié)構(gòu)；反應(yīng)器的大??；物料衡算與熱量衡算；最優(yōu)化；聚合反應(yīng)過程操作條件的穩(wěn)定性。3. 進(jìn)行聚合反應(yīng)器的最佳設(shè)計(jì)應(yīng)從聚合動(dòng)力學(xué)與聚合物系中的傳遞規(guī)律二方面著手，應(yīng)用化學(xué)反應(yīng)工程的方法使它們結(jié)合起來，對(duì)聚合反應(yīng)器進(jìn)行設(shè)計(jì)、放大。4. 聚合反應(yīng)工程的分析和研究方法： 首先掌握“三傳一反”理論基礎(chǔ)， 動(dòng)量傳遞、熱量傳 遞、質(zhì)量傳遞、化學(xué)反應(yīng)動(dòng)力學(xué)；其次掌握化學(xué)反應(yīng)工程的常用放大技術(shù)，逐級(jí)經(jīng)

2、驗(yàn)放大法、解析法、模型法。5. 設(shè)計(jì)反應(yīng)器數(shù)學(xué)模型的方法：物料衡算方程、能量衡算方程、動(dòng)量衡算方程。依據(jù):質(zhì)量守恒定律、能量守恒定律、動(dòng)量守恒定律。6. 反應(yīng)速率定義為單位時(shí)間，單位反應(yīng)體積中所生成（或消失）的某組分的摩爾數(shù)。即則稱該7. 基兀反應(yīng)：如果反應(yīng)物分子按化學(xué)反應(yīng)式在碰撞中一步直接轉(zhuǎn)化為生成物分子,E/RT反應(yīng)為基元反應(yīng)。k Ao e8. 反應(yīng)速率常數(shù)k隨溫度的變化關(guān)系（阿累尼烏斯方程）9. 反應(yīng)器停留平均時(shí)間t停留時(shí)間又稱接觸時(shí)間、反應(yīng)時(shí)間，用于連續(xù)流動(dòng)反應(yīng)器，指流體微元從反應(yīng)器入口到出口經(jīng)歷的時(shí)間。V反應(yīng)器容積v 反應(yīng)器中物料的體積流量10. 空間時(shí)間T （空時(shí)） 其定義為反應(yīng)器

3、有效容積 VR與流體特征體積流率之比值11. 平推流模型（PFR）亦稱活塞流、柱塞流模型或理想置換模型，是一種返混量為零的理想 流動(dòng)模型。特點(diǎn)：沿著物料的流動(dòng)方向，物料的溫度、濃度不斷變化，而垂直于物料流動(dòng) 方向的任一截面（又稱徑向平面）上物料的所有參數(shù)，如濃度、溫度、壓力、流速都相同， 因此，所有物料質(zhì)點(diǎn)在反應(yīng)器中具有相同的停留時(shí)間，反應(yīng)器中不存在返混。12. 全混流模型亦稱理想混合模型或連續(xù)攪拌槽式反應(yīng)器（ CSTR模型。是一種返混程度為無窮大的理想流動(dòng)模型。它假定反應(yīng)物料以穩(wěn)定流量流入反應(yīng)器，在反應(yīng)器中，剛進(jìn) 入反應(yīng)器的新鮮物料與存留在反應(yīng)器中的物料瞬間達(dá)到完全混合，反應(yīng)器中所有空間位置

4、 的物料參數(shù)都是均勻的，與出口處物料濃度和溫度相等。特點(diǎn)：各物料微元在反應(yīng)器的 停留時(shí)間不相同物料充分混合，返混最嚴(yán)重反應(yīng)器中各點(diǎn)物料組成和溫度相同，不隨 時(shí)間變化連續(xù)攪拌釜式反應(yīng)器13. 均相反應(yīng)動(dòng)力學(xué)研究的實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)的處理方法有積分法和微分法，微分法相對(duì)精度高,較為常用xanA0CA0 CACA014. 物料A的轉(zhuǎn)化率15. 一級(jí)不可逆反應(yīng)16. 二級(jí)不可逆反應(yīng)（等溫恒容）17. 一級(jí)可逆反應(yīng)dCAdtkA k2CRk1k2 tCA0 CAe lnCACAe18. 平行反應(yīng):19. 理想反應(yīng)器設(shè)計(jì)的理論基礎(chǔ)：物料衡算和熱量衡算20. 物料衡算式為:積累速率=流入速率一流出速率一反應(yīng)消耗速率間

5、歇反應(yīng)器：流入量=流出量=0間歇反應(yīng)器方程為：反應(yīng)消失量二-累積量穩(wěn)態(tài)操作的連續(xù)流動(dòng)反應(yīng)器：累積量二 0其方程為：（流入量）（流出量）（反應(yīng)消失量）= 0非穩(wěn)態(tài)操作的連續(xù)流動(dòng)反應(yīng)器和半連續(xù)反應(yīng)器：其方程四項(xiàng)均不為零，即為：（流入量）（流出量）（反應(yīng)消失量）（累積量）=021. 熱量衡算間歇反應(yīng)器：流入熱量=流出熱量=0穩(wěn)態(tài)操作的連續(xù)流動(dòng)反應(yīng)器：累積熱量二 0非穩(wěn)態(tài)操作的連續(xù)流動(dòng)反應(yīng)器和半連續(xù)反應(yīng)器，其方程四項(xiàng)均不為零22. 間歇反應(yīng)器優(yōu)點(diǎn)：操作靈活，適用于小批量、多品種、反應(yīng)時(shí)間較長的產(chǎn)品生產(chǎn)精細(xì)化工產(chǎn)品的生產(chǎn)。缺點(diǎn)：裝料、卸料等輔助操作時(shí)間長，產(chǎn)品質(zhì)量不穩(wěn)定23.間歇釜式基本設(shè)計(jì)方程tC A

6、0xa dxACAdCArA一級(jí)不可逆反應(yīng)24. 二級(jí)不可逆反應(yīng)25對(duì)于間歇反應(yīng)器，達(dá)到規(guī)定轉(zhuǎn)化率所需的反應(yīng)時(shí)間 t只取決于rA和CA0而與反應(yīng)體 積無關(guān)；所以在設(shè)計(jì)間歇反應(yīng)器時(shí)，無論物料的處理量多少，只要 CA0 xA相同，則所需 反應(yīng)時(shí)間是相等的。間歇反應(yīng)器放大時(shí)，只要保證大、小反應(yīng)器的混合及溫度條件相同，即可方便地應(yīng)用 小試結(jié)果來設(shè)計(jì)、放大反應(yīng)器 。26. 間歇反應(yīng)釜設(shè)計(jì)步驟（恒溫、恒容）1. 由反應(yīng)器操作特點(diǎn)，寫出物料衡算式；2. 由物料衡算式和化學(xué)動(dòng)力學(xué)方程式計(jì)算反應(yīng)所需時(shí)間 t 反；3. 由輔助生產(chǎn)時(shí)間 t 輔和 t 反，計(jì)算生產(chǎn)周期t生= t 反+ t 輔4. 由及每小時(shí)處理的物

7、料量v 0，求出反應(yīng)器的有效體積 VR= v 0X t生5. 由反應(yīng)器裝料系數(shù)求出反應(yīng)器實(shí)際體積V = VR /27. 對(duì)于返混為 0 的反應(yīng)器，停留時(shí)間等于反應(yīng)時(shí)間對(duì)于返混不為 0 的反應(yīng)器，停留時(shí)間不等于反應(yīng)時(shí)間對(duì)于間歇反應(yīng)器和平推流反應(yīng)器 ，反應(yīng)時(shí)間和停留時(shí)間相同對(duì)于全混流反應(yīng)器，由于可能有短路，死區(qū)和循環(huán)流，物料在器內(nèi)停留時(shí)間不同，具有 停留時(shí)間的分布，此時(shí)常用平均停留時(shí)間來表征。28. 平推流反應(yīng)器（等溫）反應(yīng)時(shí)間推導(dǎo)過程積分:因?yàn)?料衡算Fa (Fa dFa)V dV0 FaoF A0XAf dxAxAf dxAF a F A0 1AF A0AdF Ad FA0 1XAFAodxA

8、 !7dVo CaoV0CA0XAf dxA0A28. 平推流反應(yīng)器與間歇反應(yīng)器的比較 設(shè)計(jì)基本方程式形式完全相同，且圖解形式也相同。由此表明二種反應(yīng)器在達(dá)到相同轉(zhuǎn)化 率時(shí)，所需的反應(yīng)時(shí)間是相等的。在設(shè)計(jì)、放大平推流反應(yīng)器時(shí)可以利用間歇反應(yīng)的動(dòng)力 學(xué)數(shù)據(jù)來進(jìn)行計(jì)算。在間歇反應(yīng)器中物料是均勻混合屬非穩(wěn)態(tài)過程，而平推流反應(yīng)器中物 料沒有返混，屬穩(wěn)態(tài)過程。平推流反應(yīng)器是連續(xù)操作，不需要輔助時(shí)間，平推流反應(yīng)器的 生產(chǎn)能力大于間歇反應(yīng)器。29. 全混流反應(yīng)器又稱全混釜或連續(xù)流動(dòng)充分?jǐn)嚢璨凼椒磻?yīng)器，簡稱CSTR特性物料在反應(yīng)器內(nèi)充分返混；反應(yīng)器內(nèi)各處物料參數(shù)均一，而且不隨時(shí)間而改變；反應(yīng)器的出V0%a口組

9、成與器內(nèi)物料組成相同；連續(xù)、穩(wěn)定流動(dòng)，是一定態(tài)過程。通常帶有強(qiáng)烈攪拌的釜式反應(yīng)器可以看作理想混合反應(yīng)器30. 多級(jí)理想混合反應(yīng)器的計(jì)算31. 多級(jí)理想混合反應(yīng)器圖解法的計(jì)算過程32. 反應(yīng)器熱穩(wěn)定性：指反應(yīng)過程的放熱或除熱速率發(fā)生變化時(shí)，過程的溫度等因素將產(chǎn) 生一系列的波動(dòng)，當(dāng)外擾消除后，過程能恢復(fù)到原來的操作狀態(tài)，則反應(yīng)器具有熱穩(wěn)定性。33. 反應(yīng)器熱穩(wěn)定性的擾動(dòng)包括：a)?進(jìn)料流量、組成、溫度的波動(dòng)b)反應(yīng)溫度、出口溫度的波動(dòng)c)?冷卻劑溫度、流量的波動(dòng)34. 反應(yīng)器具有熱穩(wěn)定性的條件:(1) 穩(wěn)態(tài)條件:RT(2) 穩(wěn)定條件:35. 反應(yīng)物料溫度T與冷介質(zhì)Tw間的最大溫差t T TW意義在

10、于:RTZ/ E，這是熱穩(wěn)定性的又一條件；在總傳熱系數(shù)K不變的 情況下所需的(1) 反應(yīng)器內(nèi)的溫度與冷卻劑的溫度差必須小于(2) 反應(yīng)的活化能越大，容許的冷卻推動(dòng)力越小,傳熱面積就越大36. 造成返混的主要原因是:(1) 由于物料與流向相反的運(yùn)動(dòng)所造成。如理想混合反應(yīng)器中由于攪拌作用所引起的物 料的倒流、錯(cuò)流、平推流反應(yīng)器中的分子擴(kuò)散、渦流擴(kuò)散等；(2) 由于不均勻的速度分布所引起。如粘性流體在管式反應(yīng)器中作層流流動(dòng)時(shí)產(chǎn)生的不 均勻的速度分布所造成的返混;由于反應(yīng)器結(jié)構(gòu)所引起的死角、短路、溝流、旁路等。37停留時(shí)間分布函數(shù)F(t)在定常態(tài)下的連續(xù)流動(dòng)系統(tǒng)中，流過反應(yīng)器的物料中停留時(shí)間小于某一時(shí)

11、刻t的流體Nt F tL粒子的分率，稱為停留時(shí)間分布函數(shù)，也稱為壽命分布函數(shù)，用F(t)表示記38停留時(shí)間分布的密度函數(shù)E(t)定義：在定常態(tài)下的連續(xù)流動(dòng)系統(tǒng)中，相對(duì)于某瞬間t=0流入反應(yīng)器的流體，在反應(yīng)器出口流體的質(zhì)點(diǎn)中在器內(nèi)停留了t與t+dt之間的流體的質(zhì)點(diǎn)所占的分率應(yīng)為E(t)dt oE(t)應(yīng)具有歸一性，即0 Et dt 139. 停留時(shí)間分布函數(shù)F(t)與停留時(shí)間分布密度函數(shù)E(t)的關(guān)系：E(t)dt E(t)嘗F(t) 1F(t) 0 E(t)dt 140. 停留時(shí)間分布的測(cè)定方法：兩種。41. 停留時(shí)間分布的兩種測(cè)定方法所測(cè)定的是哪種停留時(shí)間分布？程度42停留時(shí)間分布的數(shù)字特征

12、：數(shù)學(xué)期望二平均停留時(shí)間，方差：描述停留時(shí)間分布的離散0 E(t)dt243.方差表示的意義：t0tE(t)dt越小越接近平推流，當(dāng)為平推流時(shí)，其值為0越大越接近理想混合流當(dāng)為理想混合流時(shí)，其值為?244. 無因次方差表示：45. 在建立流動(dòng)模型時(shí)通常采用為平推流 為理想混合流 為非理想流下述四個(gè)步驟：置的停留時(shí)間1. )通過冷態(tài)模型實(shí)驗(yàn)測(cè)定裝 分布； (2).根據(jù)所得的有關(guān) E(t) 或 F(t) 的結(jié)果通過合理的簡化提出可能的流動(dòng)模型， 并根據(jù)停 留時(shí)間分布測(cè)定的實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)來確定所提出的模型中所引入的模型參數(shù)；3) .結(jié)合反應(yīng)動(dòng)力學(xué)數(shù)據(jù)通過模擬計(jì)算來預(yù)測(cè)反應(yīng)結(jié)果；4) . 通過一定規(guī)模的熱模

13、實(shí)驗(yàn)來驗(yàn)證模型的準(zhǔn)確性。46. 由此可見，當(dāng)完全沒有返混時(shí)，當(dāng)返混達(dá)到極大程度時(shí)，當(dāng)返混介于二者之間時(shí)，即非理想流動(dòng)時(shí)，2e 介于 0 和 1 之間。用來判斷反應(yīng)器內(nèi)的流型，并判斷其偏離理想流動(dòng)的程度。47. 非理想流動(dòng)模型用來描述介于兩種理想狀況之間的流型，并通過對(duì)流型的描述，預(yù)計(jì) 在非理想流動(dòng)狀態(tài)下的反應(yīng)結(jié)果。48. 多級(jí)理想混合模型可用來描述偏離平推流不太大的非理想流動(dòng)反應(yīng)器，如多釜串聯(lián)反 應(yīng)器，分層的塔式反應(yīng)器等。此模型只需一個(gè)參數(shù)來表示返混大小，故為單參數(shù)模型。當(dāng)n=1時(shí)，多級(jí)混合釜模型的停留時(shí)間分布函數(shù)與 CSTR同當(dāng)NH時(shí)，多級(jí)混合釜模型的停留時(shí)間分布函數(shù)與PFR相同在lN%時(shí)，

14、多級(jí)混合釜模型的停留時(shí)間分布函數(shù)屬非理想流動(dòng)反應(yīng)器。49. 多級(jí)混合槽模型的應(yīng)用多個(gè) CSTR串聯(lián)操作時(shí)，當(dāng)釜數(shù)由1增加到無限多個(gè)，其停留時(shí) 間分布規(guī)律將按CSTR非理想流動(dòng)反應(yīng)器PFR的停留時(shí)間分布規(guī)律變化。可將多級(jí)混合槽模型計(jì)算出的出口轉(zhuǎn)化率視為與它有相同停留時(shí)間分布規(guī)律的非理想流動(dòng)反應(yīng)器的出口轉(zhuǎn)化率，這種模型與原題之間的相互聯(lián)系稱等效關(guān)系多級(jí)串聯(lián)CSTF與非理想流動(dòng)反應(yīng)器在停留時(shí)間分布規(guī)律等效時(shí)所需釜的數(shù)量48. 容積效率 ?與反應(yīng)級(jí)數(shù)和轉(zhuǎn)化率的關(guān)系(1) 零級(jí)反應(yīng)時(shí)，反應(yīng)速率只是溫度的函數(shù)，而與濃度無關(guān)；因此 ？= 1,兩種反應(yīng)器 的體積相同，反應(yīng)器形式對(duì)反應(yīng)速率沒有影響。(2) 其他

15、正級(jí)數(shù)反應(yīng)的容積效率均小于 1。當(dāng)轉(zhuǎn)化率很小時(shí)， 兩種反應(yīng)器的體積相差很小， 即低轉(zhuǎn)化率時(shí)流動(dòng)形態(tài)對(duì)反應(yīng)器的容積效率影響小；隨轉(zhuǎn)化率的提高，容積效率越來越小，因此要求高轉(zhuǎn)化率的反應(yīng)不宜采用理想混合反 應(yīng)器。( 3)當(dāng)轉(zhuǎn)化率一定時(shí)，反應(yīng)級(jí)數(shù)越高，容積效率越低，因此反應(yīng)級(jí)數(shù)高的反應(yīng)宜采用 平推流反應(yīng)器。49. 連鎖聚合反應(yīng)特點(diǎn)：聚合反應(yīng)可分為若干個(gè)基元反應(yīng)，如鏈引發(fā)反應(yīng)、鏈增長反應(yīng)，鏈終止反應(yīng)和鏈轉(zhuǎn)移反應(yīng)等。50. 聚合動(dòng)力學(xué)目標(biāo)參數(shù)數(shù)均聚合度、重均聚合度、數(shù)均分子量、重均分子量的表示方式51. 聚合度分布函數(shù)：數(shù)基分布、重基分布、瞬時(shí)數(shù)基分布、瞬時(shí)重基分布。52.瞬時(shí)聚合度:Pnjr Pjj 2

16、瞬時(shí)數(shù)均聚合度PnrPjj 2rMrp53. 瞬時(shí)聚合度與平均聚合度的關(guān)系54. 數(shù)基聚合度分布因數(shù)Fn(j)與瞬時(shí)數(shù)基聚合度分布函數(shù)fn(j)關(guān)系推導(dǎo)55. 機(jī)械攪拌目的：混合、攪動(dòng)、懸浮、分散等功能56. 攪拌反應(yīng)器的作用：(1)推動(dòng)液體流動(dòng)，混勻物料。(2) 產(chǎn)生剪切力，分散物料，并使之懸浮。(3) 增加流體的湍動(dòng)，以提高傳熱速率。(4) 加速物料的分散和合并，增大物質(zhì)的傳遞速率。(5) 在高粘體系，可以更新表面，促使低分子物(如水，單體、溶劑等)蒸出。57. 循環(huán)流動(dòng)：流體以大尺寸(凝集流體、氣泡、液滴)在大范圍(整個(gè)釜內(nèi)空 間)中的流動(dòng)狀況。包括：徑向流動(dòng)、軸向流動(dòng)、 切線流動(dòng)剪切流

17、動(dòng)：流體以小尺寸(小氣泡、液滴分散成更小的微滴)在小范圍(氣泡、液滴大小的空間)中的湍動(dòng)狀況nT _ DtP _ D*DN pND58. 攪拌雷諾數(shù)的計(jì)算公式：-59. 攪拌反應(yīng)釜中擋板和導(dǎo)流筒的作用：a。渦流和旋轉(zhuǎn)流變?yōu)榇怪绷鲃?dòng)，切向流動(dòng)變?yōu)檩S 向動(dòng)、流徑向流動(dòng)；增大被攪拌液體的湍動(dòng)程度、改善攪拌效果。b?？商岣吒獌?nèi)流體的攪拌程度；加強(qiáng)槳葉對(duì)流體的直接剪切作用；造成一定的循環(huán)流型，使釜內(nèi)所有物料均可通過導(dǎo)流筒內(nèi)的強(qiáng)烈混合區(qū)，提高混合效率；）限定了循環(huán)路徑，減少了短路機(jī)會(huì)60. 按槳葉構(gòu)形分?jǐn)嚢铇煞譃椋簶健u輪式（透平）、推進(jìn)式（螺旋槳）、螺桿（螺軸）、 螺帶。61. 攪拌器選用應(yīng)滿足的要

18、求：1）保證物料的混合，2）消耗最少的功率，3）所需費(fèi)用最低，4）操作方便，易于制造和維修。62. 攪拌器的選用的原則：1）均相液體的混合：主要控制因素：容積循環(huán)速率混合時(shí)間無要求：任何攪拌器混合時(shí)間短：推進(jìn)或渦輪，湍流加擋板。2） 非均相液體的混合（分散操作）：主要控制因素為容積循環(huán)速率和液滴大?。ǚ稚⒍龋?合適的選擇是渦輪槳葉有較大的剪切作用和容積循環(huán)速率3）固體懸?。褐饕刂埔蛩兀喝莘e循環(huán)速率和湍流強(qiáng)度，根據(jù)固體性質(zhì)和含固量選用。固體粒子大，固液密度差大，固/液小于30%- 開式渦固體粒子小，固液密度差小，固/液60-90%平:二.4輪固液密度差小，固/液小于50%推進(jìn)式4）氣體吸收和

19、液相反應(yīng)主要控制因素：局部剪切作用，容積循環(huán)速率和高轉(zhuǎn)速。選用類型：圓盤式渦輪5）高黏度體系主要控制因素：容積循環(huán)速率和低轉(zhuǎn)速。隨著粘度的增大可依次選用下列攪拌器：透平、錨式、框式、螺桿、螺帶、特殊型高粘度 攪拌器。63. 高黏度體系攪拌反應(yīng)釜如何設(shè)置攪拌方式和操作流程。有的聚合體系隨反應(yīng)進(jìn)行，體系的粘度不斷地增大，此時(shí)低粘度適用的攪拌器不能適應(yīng)聚 合后期的高粘度操作，為了改善這一狀況，可以采用：1） 變速攪拌裝置，以適應(yīng)不同階段的攪拌要求，2） 多釜串聯(lián)，每釜按不同粘度設(shè)置合適的攪拌器及操作條件。64. 攪拌功率包括：攪拌器所消耗的能量（攪拌器軸功率 ）；攪拌軸封所消耗的能量；機(jī) 械傳動(dòng)所消耗的能量。65 計(jì)算攪拌功率的目的： 1）衡量攪拌強(qiáng)度的主要物理量