聚合反應(yīng)工程基礎(chǔ)課后習(xí)題答案

1、第二章化學(xué)反響工程根底1 .說明聚合反響工程的研究內(nèi)容及其重要性.研究內(nèi)容：以工業(yè)規(guī)模的聚合過程為對象,以聚合反響動力學(xué)和聚合體系傳遞規(guī)律為基礎(chǔ)；將一般定性規(guī)律上升為數(shù)學(xué)模型,從而解決一般技術(shù)問題到復(fù)雜反響器設(shè)計,放大等提供定量分析方法和手段；為聚合過程的開發(fā),優(yōu)化工藝條件等提供數(shù)學(xué)分析手段.簡而言之：聚合反響工程研究內(nèi)容為：進(jìn)行聚合反響器最正確設(shè)計；進(jìn)行聚合反響操作的最正確設(shè)計和限制.2 .動力學(xué)方程建立時,數(shù)據(jù)收集方式和處理方式有哪些？收集方式：化學(xué)分析方法,物理化學(xué)分析方法處理方式：積分法,微分法.3 .反響器根本要求有哪些提供反響物料進(jìn)行反響所需容積,保證設(shè)備一定生產(chǎn)水平；具有足夠傳熱

2、面積；保證參加反響的物料均勻混合4 .根本物料衡算式,熱量衡算式物料衡算：反響物A流入速度-反響物A流出速度-反響物A反響消失速度-反響物A積累速度=0簡作：流入量-流出量-消失量-積累量=0熱量衡算：隨物料流入熱量-隨物料流出熱量-反響系統(tǒng)與外界交換熱量+反響過程的熱效應(yīng)-積累熱量=05 .何謂容積效率？影響容積效率的因素有哪些工業(yè)上,衡量單位反響器體積所能到達(dá)的生產(chǎn)水平稱之為容積效率,它等于在同一反響,相同速度、產(chǎn)量、轉(zhuǎn)化率條件下,平推流反響器與理論混合反響器所需總體積比：=Vp/Vm=Tp/Tmo影響因素：反響器類型,反響級數(shù),生產(chǎn)過程中轉(zhuǎn)化率有關(guān)6 .何為平推流和理想混合流？反響物料在

3、長徑比很大的反響器中流動時,反響器內(nèi)每一微元體積中流體均以同樣速度向前移動,此種流動形態(tài)稱平推流；由于反響器強(qiáng)烈攪拌作用,使剛進(jìn)入反響器物料微元與器內(nèi)原有物料元瞬時到達(dá)充分混合,使各點(diǎn)濃度相等且不隨時間變化,出口流體組成與器內(nèi)相等此流動形態(tài)稱理想混合流.7 .實(shí)現(xiàn)反響器的熱穩(wěn)定操作需滿足哪些條件？Qr=Qc,Qr體系放出熱量； dQc/dT>dQr/dT,Qc除熱量； T=T-Tw<rTe,E反響活化能,T反響器溫度,Tw冷卻液溫度8 .何為返混？形成返混的主要原因有哪些？返混：指反響器中不同年齡的流體微元間的混合；原因： 由于物料與流向相反運(yùn)動所造成, 由于不均勻的速度分布所引起

4、的,由于反響器結(jié)構(gòu)所引起死角、短路、溝流、旁路等.9 .停留時間的測定方法有哪些,各適用于什么具體情況？階躍示蹤法-試驗(yàn)裝置脈沖示蹤法-工業(yè)反響器10 .停留時間分布和返混之間有什么關(guān)系？研究流動模型有何意義？返混造成停留時間分布,二者有密切關(guān)系,可用停留時間分布定量描述；同類反響器中返混程度,而同一停留時間分布可由不同情況返混與之相適應(yīng).意義：流動模型是為了研究反響器內(nèi)流體的實(shí)際流動形態(tài),在不改變其性質(zhì)的前提下,對其加以適當(dāng)?shù)睦硐牖?這種適當(dāng)理想化的流動形態(tài)稱為流動模型,所以流動模型是反響器中液體流動形態(tài)的近似概括,是設(shè)計和放大反響器的根底.第四章化工流變學(xué)根底1 .簡述流變學(xué)及其研究內(nèi)容？

5、流變學(xué)就是研究物質(zhì)的變形和流動科學(xué),其任務(wù)是使物質(zhì)所具有多雜變形或流動現(xiàn)象更明確化、系統(tǒng)化、定量化、進(jìn)一步把產(chǎn)生現(xiàn)象的機(jī)理上升到分子水平.2 .流體分類按流體力學(xué)觀點(diǎn)：分為理想流體和實(shí)際流體兩大類.理想流體又稱為無黏性流體,實(shí)際流體又稱黏性流體,又可分為牛頓流體與非牛頓流體.3 .何為牛頓流體,非牛頓流體？非牛頓流體又有哪些類型？流動曲線通過坐標(biāo)原點(diǎn)的一直線的流體稱為牛頓流體；凡流動曲線不是直線或雖為直線但不通過坐標(biāo)原點(diǎn)的流體稱為非牛頓流體.非牛頓流體分為三大類：非依時性假塑性、脹塑性、賓漢流體；依時性觸變性、震凝性；粘彈性流體入口效應(yīng)、彈性回縮、爬桿效應(yīng)、*4 .高分子流體為什么多屬于假塑性

6、流體大分子鏈的取向原因,大分子鏈為無規(guī)線團(tuán),彼此纏結(jié),對流動阻力大,表現(xiàn)出較大的黏度.當(dāng)流動而受較大剪切作用時卷曲纏結(jié)的大分子結(jié)構(gòu)被拉直取向,伸直后大分子在液體層間傳遞動量作用較原來小,因而隨丫增加,表現(xiàn)出“減小,因此多屬于假塑性流體.5 .為什么觸變性流體和震凝性流體有特殊的流變行為？由于在一定剪切條件下,流體的結(jié)構(gòu)隨時間而受到逐步破壞,受破壞結(jié)構(gòu)在剪切作用停止作用后又可以恢復(fù),表達(dá)出獨(dú)特流動行為.6 .一般對于涂料類流體希望其具有何種流動特性,為什么？一般希望具有觸變性.由于觸變性可使涂料在受外力作用下變成易流動的液體,而當(dāng)外力消失后又很快恢復(fù)到高黏性不流動狀態(tài),這樣易于涂刷而又能保持涂刷

7、后不流動,尤其適用于垂直面上的涂刷.7 .影響高分子流體流變行為的主要因素有哪些？如何對這些影響進(jìn)行理論分析影響主要因素有高聚物平均分子量、分子量分布、壓力、溫度、以及溶液濃度.存在一臨界分子量Me,M>Mc黏度急劇增加：M<MM牛頓流體；M>MM非牛頓流體對分子量相近,分子量分布較寬的流體,比分子量分布較窄流體較早出現(xiàn)非牛頓流體轉(zhuǎn)變,且分子量分布越寬,偏離牛頓流動也越遠(yuǎn).溫度：溫度增加,黏度下降.對于柔性,溫度對其影響不大,鏈段運(yùn)動易,活化能小.濃度：聚合物溶液濃度增加,溶液黏度0增加.臨界濃度Cc,當(dāng)C<C劭牛頓性流體C>Cc,為非牛頓流體,假塑性.壓力影響：

8、壓力影響流體自由體積,壓力P增加,自由體積下降,引起黏度增加.7 .何為表觀粘度？剪切應(yīng)力與剪切速率的比值稱為表觀黏度,Ma=Z/r8 .非牛頓流體在圓管中的表觀粘度是如何定義的(ua)p=管壁處剪切應(yīng)力k流動特性=+9 .非牛頓流體的流動行為指數(shù)對流體在圓管中的流動行為和聚合反響結(jié)果有何影響N下降,假塑性流體在管中流速分布比牛頓均勻；反響器中C、T、及徑向分布也越均勻,分子量分布也越窄.10 .對非牛頓流體在圓管中層流流動規(guī)律進(jìn)行研究有何重要意義？非牛頓流體與牛頓流體不同流動特性,二者動量質(zhì)量傳遞特性也有所差異,進(jìn)而影響到熱量傳遞、質(zhì)量傳遞、及反響結(jié)果.因此對流速分布及壓力降等問題研究,不僅

9、能決定管中流體輸送量與功率消耗,同時能了解影響官式反響、塔式反響器中物料濃度、溫度分布,進(jìn)而影響反響速度和分子來那個分子分布情況.第五章攪拌聚合釜內(nèi)流體的流動與混合1 .攪拌器一般具有哪些功能？混合、攪動、懸浮、分散等2 .攪拌釜內(nèi)的流體的流動分為哪兩個層次宏觀：循環(huán)流動；微觀：剪切流動.3 .循環(huán)流動的三個典型流動分別是什么？哪些流動對混合有利？哪些需克服？徑向流動、軸向流動、切線流動；徑向和軸向?qū)旌嫌欣?起混合攪動及懸浮作用；切線流動對混合不利.4 .何為打旋現(xiàn)象？如何消除打旋現(xiàn)象當(dāng)“不大,攪拌轉(zhuǎn)速較高時,槳葉放在釜中央線時,液體將隨槳葉旋轉(zhuǎn)的方向沿著釜壁滑動,釜內(nèi)液體在離心力的作用下,

10、涌向釜壁,使液面沿壁上開,中央局部液面下降,形成一個旋窩,通常稱打旋現(xiàn)象.消除打旋現(xiàn)象：偏心安裝可減弱漩渦,安裝擋板、加導(dǎo)流筒可有效消除.5 .試說出幾種攪拌器的構(gòu)型,特點(diǎn)和應(yīng)用？槳式攪拌器：槳葉構(gòu)型為平槳、斜槳、錨形或框形槳者.特點(diǎn)：結(jié)構(gòu)簡單,轉(zhuǎn)速低、槳葉面積大、平槳、斜槳適用于為0.1-102Pa-s液體攪拌；錨式、框式對高“液體.推進(jìn)式攪拌器：三瓣葉片；適合湍流程度不高,循環(huán)量大.優(yōu)點(diǎn)：結(jié)構(gòu)簡單,制造方便,適用于液體“低,液量大液體攪拌.剪切作用不大,循環(huán)性能好.渦輪式攪拌器：槳葉形式很多,有開式和閉式兩類.應(yīng)用較廣并處理程度范圍廣液體.適用于低粘到中等程度液體混合,液液分散,液固懸浮及

11、促進(jìn)良好傳熱,傳質(zhì),或化學(xué)反響.螺桿及螺帶式攪拌器：適用于高粘度液體.6 .攪拌器應(yīng)滿足哪些根本要求？選擇攪拌器的根本方法是什么？保證物料混合,消耗最小功率,所需費(fèi)用最低,操作方便,易于維修.選擇根本方法：A.生產(chǎn)上對攪拌無特殊要求,可參照生產(chǎn)時所用類似攪拌經(jīng)驗(yàn)地選擇.B.對攪拌有嚴(yán)格要求,且又無類似過程攪拌型式,應(yīng)對設(shè)備工藝過程的操作類別,攪拌要求及經(jīng)濟(jì)性全面分析評價,找到主要限制因素進(jìn)行選擇適應(yīng)型式C.對于過程開發(fā)或生產(chǎn)規(guī)模很大工程,在一定試驗(yàn)根底上,研究出最正確攪拌器槳葉形式,尺寸及操作條件,再相似模擬放大進(jìn)行設(shè)計計算.選擇攪拌器原那么：(1)均相液體混合：主要限制因素容積循環(huán)速率.(2

12、)非均相液體混合：使互不相溶液體能良好分散.(3)固體懸?。喝莘e循環(huán)速率和湍流強(qiáng)度.(4)氣體吸收及液相反響：保證氣體進(jìn)入液體后被打散,被氣泡均勻的分散.限制因素：局部剪切作用、容積循環(huán)速率及高轉(zhuǎn)速.(5)高粘度體系限制因素：容積循環(huán)速率及低轉(zhuǎn)速7 .攪拌器的功率消耗主要用于那些方面？計算攪拌器功率有何重要意義攪拌器所消耗的能量；攪拌軸封所消耗；機(jī)械傳動所消耗意義：(1)攪拌功率是衡量攪拌強(qiáng)度的主要物理量；(2)是攪拌機(jī)械設(shè)計的根本數(shù)據(jù)；(3)根據(jù)攪拌功率的選用攪拌電機(jī)8 .從攪拌器的功率曲線可以得到哪些重要信息？功率函數(shù)；功率準(zhǔn)數(shù)；雷諾數(shù)1. Nre=1-10:曲線斜率為-1,攪拌層流區(qū)；2

13、. Nre=10-1000:攪拌過濾區(qū)；3. Nre?1000:攪拌湍流區(qū),為一水平直線9 .氣液體系的攪拌功率與均相體系相比有哪些特點(diǎn)？液體中通入氣體,降低了被攪拌液體的有效密度,因此也就降低了攪拌功率,攪拌功率可采用均相液體攪拌功率分析計算方法并加以修正.而大量通入氣體時,開始出現(xiàn)大氣泡,功率消耗不再明顯變化,稱“液泛.10 .何為泵送指數(shù)？其對攪拌器計算有何重要作用qd=Nqd*ND3Nqd為泵送準(zhǔn)數(shù).包含了流體的流速和攪拌的泵送水平,反映了攪拌的劇烈程度11 .攪拌級別一般范圍幾個等級10個等級12 .常用的攪拌槳葉直徑的大致范圍如何選定槳葉直徑與釜徑比值D/T=0.20.8平槳0.5

14、0.83渦輪0.330.4推進(jìn)式0.10.3313 .何為顆粒雷諾數(shù)？騎在不同的范圍時,密度差如何計算NRe(p)=(dputp)/仙NRe(p)<0.3層流>103湍流密度差：(pp-p)/n(層流)(pp-p)/p(湍流)14 .聚合反響的攪拌級別一般選擇幾級一般分為十個等級15 .懸浮程度與那些因素密切相關(guān)？槳葉轉(zhuǎn)速越高,直徑越大,顆粒沉粒沉降速度愈小,所得懸浮程度越高.16 .層流和湍流是=時的攪拌功率如何計算？為什么？因次分析：P=f(N、Dp、心g)攪拌功率準(zhǔn)數(shù)：Np=P/(pN3p5),Np=NFrqf(NR©NRe=DN2/g:攪拌弗魯?shù)聹?zhǔn)數(shù)層流區(qū)：P=K

15、MN2D3重力影響可忽略,即不考慮NFr影響Np=KNRe-1湍流區(qū)：P=KpN3D5湍流區(qū)功率曲線呈一水平直線與Re無關(guān),Np為常數(shù).第六章攪拌聚合釜的傳熱與性質(zhì)1,聚合速率在聚合過程中一般有三種類型,其中那些對反響限制比擬有利？可采用那些措施實(shí)現(xiàn)這種過程？減速型、加速型、勻速型勻速型對反響限制有利,引發(fā)劑半衰期使用得當(dāng),也可逐漸或分批參加單體或催化劑使Rp保持均衡.2,傳熱裝置有哪些類型？夾套、內(nèi)冷件、回流冷凝器、體外循環(huán)冷凝器3,哪些反響不宜采用釜外循環(huán)熱交換？為什么？a對要求嚴(yán)格限制反響溫度的一類聚合反響不宜采用液相外循環(huán)熱交換裝置應(yīng)用于polymer,使物料下降510b懸浮聚合造成結(jié)

16、塊也不宜c而對剪切敏感膠乳體系應(yīng)慎用,由于循環(huán)泵r很大,易破壞膠乳穩(wěn)定性d本體聚合,體系黏度過大,泵送困難,也不宜4,試概括傳熱速率方程和總傳熱系數(shù)方程,討論提升反響釜傳熱水平有效舉措？Q=KA(ti10)Q:傳熱速率A傳熱面積Ti流體溫度To截?zé)狍w溫度K傳熱系數(shù)1/K=1/ai+1/a0+己6/入,ai、a0釜內(nèi)外壁傳熱同類系數(shù)己6/入：導(dǎo)熱局部總熱阻6:厚度入：導(dǎo)熱系數(shù)增大傳熱面積,降低冷卻水溫度以擴(kuò)大溫差、提升總傳熱系數(shù)可提升傳熱速率降低體系黏度、改善攪拌效果提升ai和K重要途徑夾套中冷卻水流提升K重要途徑例夾套內(nèi)安裝擋板、擾流噴嘴、多點(diǎn)切向進(jìn)水使水處于劇烈流動狀態(tài),提升a0己6/人減小

17、：入較高材質(zhì)、設(shè)法降低黏釜物和掛膠現(xiàn)象及時進(jìn)行清釜,改善冷卻水水質(zhì)以及水垢沉積5,實(shí)現(xiàn)聚合釜平安操作應(yīng)采取哪些根本舉措？P191第七章攪拌聚合釜的放大1,何為放大效應(yīng)？為什么會出現(xiàn)放大效應(yīng)？何為冷模試驗(yàn)？反響器放大后,一般會引起大小反響器間的熱量、質(zhì)量傳遞及流體流動狀況等物理過程變化,造成兩者速度、溫度、濃度分布及停留時間分布的差異,影響反映結(jié)果效應(yīng)稱之為放大效應(yīng)掌握設(shè)備的幾何尺寸及操作條件對攪拌釜內(nèi)動量、熱量、質(zhì)量、停留時間分布和微觀混合的定量關(guān)系的試驗(yàn)稱冷模試驗(yàn)2 .在工程上有哪幾種放大方法？簡述各種放大方法根本原理？放大方法有；數(shù)模放大法相似放大法逐級經(jīng)驗(yàn)放大法數(shù)模放大法：通過動力學(xué)研究和模式確定催化劑種類、反響物濃度、溫度、反響時間、剪切等對反響速率、產(chǎn)物質(zhì)量和收率的關(guān)系,并綜合以一數(shù)學(xué)模型來描述相似放大：在配方不變的前提下,不管反響機(jī)理如何,假設(shè)工業(yè)反響器中速度分布、濃度分布,溫度分布和停留時間分布均與反響器相同,兩者反響后果也必然相同四種分布并非獨(dú)立,相互呈復(fù)雜制約關(guān)系,找出對反響后果影響最大的關(guān)鍵混合參數(shù)及