聚合反應工程第七講課件

聚合反應工程基礎第七講高分子學院吳錦榮聚合反應工程基礎第七講1知識回顧分子量及分子量分布對聚合物粘度和臨界剪切速率有何影響？如何通過改變分子量分布及分子結構提高成型加工性？溫度對在Tg附近和Tg+100C以上的粘度有何影響？雷諾數的定義和量綱是什么，根據雷諾數大小，如何劃分流體流型？圓管中流體穩(wěn)態(tài)流動時如何對流體微元做力平衡計算？知識回顧分子量及分子量分布對聚合物粘度和臨界剪切速率有何影響2知識回顧剪切應力和剪切速率隨著管徑變化如何變化？圓管中，流體平均流速如何計算牛頓流體在圓管中速度分布曲線是何形狀冪律流體在圓管中速度分布曲線的形狀如何隨指數n變化而變化？同樣外界條件和反應機理下進行聚合，假塑性流體和牛頓流體的分子量分布，哪個更寬？冪律指數n對流體輸送壓差有何影響？知識回顧剪切應力和剪切速率隨著管徑變化如何變化？3非牛頓流體在圓管中湍流流動湍流：流體運動極不規(guī)則，各部分相互劇烈摻混，流體質點的跡線雜亂無章，流場極不確定

湍流時圓管內速度分布曲線偏離拋物線，曲線頂部區(qū)域比較平坦，速度分布與層流相比要均勻得多。Re數值越大，曲線頂部的區(qū)域就越廣闊平坦，但靠管壁處的速度驟然下降，曲線較陡。即使湍流時，管壁處的流體速度也等于0，而且靠近管壁的流體仍作層流流動。

湍流時的速度分布湍流層流非牛頓流體在圓管中湍流流動湍流：流體運動極不規(guī)則，各部分相互41

2速度分布有兩個區(qū)域：

中心(較平坦);

近管壁(速度梯度很大);u壁=0.3近管壁有層流底層δ；4中間為湍流區(qū)；5u越大，層流底層越??；

湍流層流非牛頓流體在圓管中湍流流動

湍流時的速度分布1湍流層流非牛頓流體在圓管中湍流流動湍流時的速度分布5

與流向垂直的脈動速度使得流體產生渦流粘性。

湍流流體內部產生的剪應力τ等于分子粘性（層流粘性）產生的剪應力τ1和渦流產生的剪應力τe之和，即流體作湍流流動時的剪應力非牛頓流體在圓管中湍流流動與流向垂直的脈動速度使得流體產生渦流粘性。湍6層流流動湍流流動圖2-29一般流動曲線流體作湍流流動時的剪應力非牛頓流體在圓管中湍流流動隨著湍流的出現(xiàn)，管壁剪切應力急劇增加。層流湍流圖2-29一般流動曲線流體作湍流流動時的剪應力非7湍流時的壓力降—馮卡門(Von-Karman)方程非牛頓流體在圓管中湍流流動非牛頓流體在光滑圓管中湍流流動時用試差法計算摩擦系數fn′=1，牛頓流體的Von-Karman方程

湍流時的壓力降—馮卡門(Von-Karman)方程8非牛頓流體在圓管中湍流流動f是非牛頓流體雷諾數NRe（n）的函數。當NRe（n）超過2100后，層流向湍流過渡。非牛頓流體的過渡區(qū)一般較寬，n′值越小，過渡區(qū)越寬。f與NRe（n）和n′近似成直線關系

a和b是n′的函數。湍流時的壓力降—馮卡門(Von-Karman)方程非牛頓流體在圓管中湍流流動f是非牛頓流體雷諾數NRe（n）的9非牛頓流體流變性的測量落球粘度計旋轉錐板/平板粘度計旋轉圓筒粘度計毛細管擠出流變儀非牛頓流體流變性的測量落球粘度計10VISCOBALL落球黏度計

產地：西班牙1.Hoeppler

黏度計落球黏度計

非牛頓流體流變性的測量VISCOBALL落球黏度計

產地：西班牙1.Hoe11原理：半徑為d，密度為的圓球，在黏度為，密度為

的無限延伸的液體中運動時，測量小球下降距離S所需時間t。應用：測低切變速率下零切黏度落球黏度計

非牛頓流體流變性的測量原理：半徑為d，密度應用：測低切變速率下零切黏度落球黏12測量小球下降時間，以Stokes方程計算黏度值：Stokes黏度：Faxen修正式：如果所用圓管和圓球的尺寸一定，并固定下降距離S：K0為儀器常數，用于已知粘度的液體進行標定。剪切速率：

v為小球下降速率，在試驗范圍內剪切速率在0.1S-1左右測定的黏度接近于零剪切粘度,常用于測定黏度較高的牛頓或非牛頓流體。落球黏度計

非牛頓流體流變性的測量測量小球下降時間，以Stokes方程計算黏度值：測定的黏度接13

結構：同一軸線上的圓錐和圓板，圓板固定不動，圓錐以一定的角速度ω旋轉，被測液體在圓錐與圓板的縫隙中受到剪切作用。圓錐角設計要小，一般要求使使流體中的剪切速率一致。

通過圓錐的旋轉角速度ω計算剪切速率，通過測得的扭矩M來計算剪切應力

旋轉錐板黏度計(一)r0drdr

旋轉錐板黏度計測量原理非牛頓流體流變性的測量結構：同一軸線上的圓錐和圓板，圓板固定不動，圓錐以一定14注意：剪切速率與圓板上的位置r無關。即圓板上任何部位流體的剪切速率和剪切應力均為一常數，因此，特別方便于非牛頓流體流變數據的處理。

旋轉錐板黏度計測量原理r0drdr旋轉錐板黏度計(一)圓板上距圓板中心距離為r該點的線速率為

，在該點的試樣厚度為，因此在該點的剪切速率為：非牛頓流體流變性的測量剪切速率的計算注意：剪切速率與圓板上的位置r無關。即圓板上任何部位流體的剪15旋轉錐板黏度計(二)

旋轉錐板黏度計測定原理非牛頓流體流變性的測量剪切應力的計算旋轉錐板黏度計(二)旋轉錐板黏度計測定原理非牛頓流體流變性16

旋轉錐板黏度計測定原理非牛頓流體流變性的測量旋轉錐板黏度計測定原理非牛頓流體流變性的測量17

以上是根據小錐角和牛頓流體推導所得，但只要錐角很小，對非牛頓流體也同樣適用。優(yōu)點：能在較寬剪切速率和剪切應力范圍內測量，被測試樣中氣泡易于排除，測量試樣需要量小,僅需樣品0.1[ml]。試樣可測量粘度范圍為寬，剪切應力范圍為寬，剪切速率為寬。

旋轉錐板黏度計適用范圍非牛頓流體流變性的測量以上是根據小錐角和牛頓流體推導所得，但只要錐角很小，對18結構：兩個圓筒，內筒靜止不動，外筒以一定速度旋轉(或外筒靜止，內筒旋轉)，內外圓筒的環(huán)形縫隙中充填被測液體，由于外筒的旋轉產生扭矩，使液體受到剪切作用并傳遞到內筒上，使內筒也扭轉一個小角度。由外筒的旋轉角速度ω來計算，由內筒產生的扭矩M計算τ，但和與在縫隙中的位置有關。

旋轉圓筒黏度計非牛頓流體流變性的測量結構：兩個圓筒，內筒靜止不動，外筒以一定速度旋轉(或外筒19

旋轉圓筒黏度計非牛頓流體流變性的測量旋轉圓筒黏度計非牛頓流體流變性的測量20

旋轉圓筒黏度計非牛頓流體流變性的測量測定某一角速度ω下的扭矩M，就可計算內筒壁處的剪切應力及剪切速率旋轉圓筒黏度計非牛頓流體流變性的測量測定某一角速度ω下21主要部件：直徑為D，長度為L的毛細管.將被測液體于一定壓力下，在毛細管中擠出，測量其流量Q和壓差△P?！鱌作為剪切應力的尺度Q作為剪切速率的尺度對牛頓流體，擠出流變儀中的壓力加倍，流動速率也加倍，所以Q-△P

曲線為一直線。

毛細管擠出流變儀非牛頓流體流變性的測量主要部件：直徑為D，長度為L的毛細管.毛細管擠出流變儀非牛22管壁處的剪切應力為：非牛頓流體流變性的測量

毛細管擠出流變儀管壁處的剪切速率牛頓流體：冪律流體：非牛頓流體流變性的測量管壁處的剪切應力為：非牛頓流體流變性的測量毛細管擠出流變儀23

毛細管擠出流變儀非牛頓流體流變性的測量上述推導都是假定毛細管是無限長的情況，實際應用時毛細管的長度是有限的，此時需作“入口校正”。實驗結果表明，當毛細管的長／徑比＞40時，測量結果可不作校正。毛細管擠出流變儀非牛頓流體流變性的測量上述推導都是假定毛細24最常用的流變儀非牛頓流體流變性的測量最常用的流變儀非牛頓流體流變性的測量25第五章

攪拌聚合釜內流體的流動與混合第五章

攪拌聚合釜內流體的流動與混合26聚合反應工程第七講課件27本章主要內容(ChapterOutline)攪拌聚合釜的基本概念，攪拌釜的結構及攪拌器的作用攪拌器的設計步驟，方法：均相聚合——“混合和攪動”類型聚合釜攪拌器的設計非均相聚合——“分散和懸浮”類型聚合釜攪拌器的設計聚合反應工程本章主要內容(ChapterOutline)攪拌聚合釜的28

攪拌聚合釜設計的一般步驟：分析和理解攪拌器的作用.針對具體聚合過程正確選擇攪拌器的型式.攪拌過程是一個流體動力過程，理論基礎是流體動力學.論述攪拌器的尺寸、轉速和功率的設計方法.在此基礎上進一步著重討論不同聚合方法對攪拌過程提出的要求，使在設計攪拌聚合釜時具有一定的理論分析基礎.本章重點及難點

(Focusandemphasis)聚合反應工程攪拌聚合釜設計的一般步驟：本章重點及難點(Focus29第一節(jié)概述第一節(jié)概述30第一節(jié)概述第一節(jié)概述31裝有攪拌器的釜式反應器（攪拌釜）裝有攪拌器的釜式反應器（攪拌釜）32第一節(jié)概述裝有攪拌器的釜式反應器（攪拌釜）第一節(jié)概述裝有攪拌器的釜式反應器（攪拌釜）33第一節(jié)概述LCSeriesStirredReactionVessels第一節(jié)概述LCSeriesStirredReacti34裝有攪拌器的裝置：聚合釜，原料配制槽，加料罐，凝聚罐，槳料沉析槽，貯槽等第一節(jié)概述裝有攪拌器的裝置：第一節(jié)概述35第一節(jié)概述混合系使兩種或多種互溶或不互溶液體按工藝要求混合均勻。攪拌系使物料強烈地流動，以提高傳熱、傳質速率懸浮系使小固體顆粒在液體中均勻懸浮，以達到加速溶解、強化浸取、促進液-固相反應、防止沉降等目的。分散則使氣體、液體在流體中充分分散成細小的氣泡或液滴、增加相接觸表面，以促進傳質或化學反應，并滿足聚合物對粒度的要求。機械攪拌是解決混合問題的重要裝置。攪拌兼有混合、攪動、懸浮、分散等多種功能。為滿足上述要求，攪拌反應器應具有下述作用。(1)推動液體流動，混勻物料。(2)產生剪切力，分散物料，并使之懸浮。(3)增加流體的湍動，以提高傳熱速率。(4)加速物料的分散和合并，增大物質的傳遞速率。(5)在高粘體系，可以更新表固，促使低分子物蒸出。第一節(jié)概述混合系使兩種或多種互溶或不互溶液體按工藝要求混合36攪拌器兼有多種功能和作用

例如，在苯乙烯懸浮聚合過程中：混合、剪切分散、懸浮、提高傳熱系數等第一節(jié)概述攪拌器兼有多種功能和作用第一節(jié)概述37均相體系:使物料攪動以提高傳熱和傳質速率，并使物料混合均勻.非均相:還要求“分散相”被剪切分散在“連續(xù)相”中能保持穩(wěn)定的均勻分布

各種生產過程對攪拌釜的不同要求:

混合和攪動作用，使固體或液滴在液體中保持懸浮狀態(tài)。

FCSeriesStirredReactionVessels第一節(jié)概述均相體系:使物料攪動以提高傳熱和傳質速率，并使物料混合均勻38第一節(jié)概述為滿足各種生產過程對攪拌不同的要求，攪拌器應具有一定的幾何和技術特性：攪拌槳葉的型式、尺寸、轉速、功率消耗以及擋板等攪拌和流動研究：經驗，計算，模擬第一節(jié)概述為滿足各種生產過程對攪拌不同的要求，攪拌器應具有39機械攪拌裝置

攪拌器是攪拌裝置的核心部件，由它將機械能傳遞給液體。攪拌器作用類似于泵的葉輪，通常攪拌器又稱之為葉輪，由漿葉,軸組成。第一節(jié)概述攪拌方式：機械攪拌、氣流攪拌、射流攪拌、靜態(tài)混合、管道混合等。機械攪拌裝置攪拌器是攪拌裝置的核心部件，由它將機械能傳遞40第二節(jié)攪拌釜內流體的流動狀況流體的流動狀況，簡稱流況，可以定義為“在整個攪拌容器中流體速度向量的方向”。宏觀狀況（宏觀流動）微觀狀況（微觀流動）流體的流動與許多因素有關如攪拌方式，攪拌器的幾何型式、尺寸、安裝位置釜體和釜內構件(擋板、導流簡)的幾何型式、尺寸、安裝位置操作條件(轉速)所處理物料的物性等。攪拌的各種作用依靠流體的流動實現(xiàn)第二節(jié)攪拌釜內流體的流動狀況流體的流動狀況，簡稱41第二節(jié)攪拌釜內流體的流動狀況一、宏觀流動（循環(huán)流動）宏觀流動是指流體以大尺寸(凝集流體、氣泡、液滴)在大范圍(整個釜內空間)中的流動狀況，所以也稱循環(huán)流動。包括徑向流動，軸向流動，切線流動第二節(jié)攪拌釜內流體的流動狀況一、宏觀流動（循環(huán)流動）42第二節(jié)攪拌釜內流體的流動狀況第二節(jié)攪拌釜內流體的流動狀況43第二節(jié)攪拌釜內流體的流動狀況第二節(jié)攪拌釜內流體的流動狀況44第二節(jié)攪拌釜內流體的流動狀況！軸向流動及徑向流動對混合有利，能起混合攪動及懸浮作用，而切線流動則對混合不利，需設法消除第二節(jié)攪拌釜內流體的流動狀況！軸向流動及徑向流動對混合有45第二節(jié)攪拌釜內流體的流動狀況一、微觀流動（剪切流動）微觀流動是指流體以小尺寸(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)中的湍動狀況。微觀流動是由于攪拌槳的剪切作用而引起的局部混合作用，它促使氣泡、液滴的細微化，最后由于分子擴散達到微觀混合，也稱剪切流動。攪拌有粘度的流體液體流速增加剪切流動速度梯度、液體變形、流速漲落形成湍動（小漩渦）對其中和周圍液體有剪切作用使液滴分散成微滴作用：分散、混合，表面更新、傳熱、傳質。第二節(jié)攪拌釜內流體的流動狀況一、微觀流動（剪切流動）攪拌46宏觀流動（又稱循環(huán)流動）微觀流動（又稱剪切流動）切向，徑向，軸向流況以液滴（流體微元）為流動單元小范圍空間的流動，無規(guī)則的方向以微滴為單元作用：混合攪動懸浮作用：分散典型的葉輪：推進器式典型的葉輪：鋸齒片狀式高速分散葉輪第二節(jié)攪拌釜內流體的流動狀況宏觀流動（又稱循環(huán)流動）微觀流動（又稱剪切流動）切向，徑向，47第二節(jié)攪拌釜內流體的流動狀況第二節(jié)攪拌釜內流體的流動狀況48聚合反應工程第七講課件49第二節(jié)攪拌釜內流體的流動狀況二、攪拌雷諾數與流態(tài)為定量地研究攪拌槳葉的特性，經常用無因次準數表示流動特性。代表粘性力的攪拌雷諾數代表動力特性的功率準數代表循環(huán)特性的排出流量數代表混合特性的混合時間數傳熱特性的努塞爾準數等槳葉的端速ND作為定性速度第二節(jié)攪拌釜內流體的流動狀況二、攪拌雷諾數與流態(tài)為定量地50A區(qū)間(NRe＜10)：液體僅在槳葉附近呈層流旋轉流動，槳葉無液體吐出，釜內的其余部分為液體停滯區(qū)(即死角)?；旌蠒r間長

混合效果差層流流動

Np與NRe成反比粘滯阻力B區(qū)間(NRe～10)：當雷諾數達數十時，自槳葉端開始有吐出流產生，并引起整個釜內流體的上下循環(huán)流動(可能尚存在四周死角)層流流動

Nqd-NRe上升混合改善葉輪上下有環(huán)形滯留區(qū)湍流功率準數，排出流量數和混合時間數與雷諾數的關系NθM-ReA區(qū)間(NRe＜10)：液體僅在槳葉附近呈層流旋轉流動，槳51C區(qū)間(NRe100～1000)：此時處于過渡流態(tài)，即在槳葉周圍液體為湍流狀態(tài)，上下循環(huán)流仍為滯留，隨雷諾數增大，其湍動程度增大。D區(qū)間((NRe>1000)：整個釜的上下循環(huán)流動都處于湍流狀態(tài)。無擋板時會引起漩渦。當槳葉直徑D與釜徑T之比D/T＜0.1時，釜內流體雖為湍流狀態(tài)，但上下循環(huán)流不會遍及整個釜內，易出現(xiàn)死角。A,B,C區(qū)不需要安裝擋板湍流功率準數，排出流量數和混合時間數與雷諾數的關系NθM-ReC區(qū)間(NRe100～1000)：此時處于過渡流態(tài)，即52在設計攪拌槳葉、釜型及釜內部構件時：應使釜內沒有死角，在釜內任何地方都有流體流動依操作目的，使釜內液體形成有效的流況和適當的流態(tài)。第二節(jié)攪拌釜內流體的流動狀況在設計攪拌槳葉、釜型及釜內部構件時：第二節(jié)攪拌釜內流53聚合反應工程基礎第七講高分子學院吳錦榮聚合反應工程基礎第七講54知識回顧分子量及分子量分布對聚合物粘度和臨界剪切速率有何影響？如何通過改變分子量分布及分子結構提高成型加工性？溫度對在Tg附近和Tg+100C以上的粘度有何影響？雷諾數的定義和量綱是什么，根據雷諾數大小，如何劃分流體流型？圓管中流體穩(wěn)態(tài)流動時如何對流體微元做力平衡計算？知識回顧分子量及分子量分布對聚合物粘度和臨界剪切速率有何影響55知識回顧剪切應力和剪切速率隨著管徑變化如何變化？圓管中，流體平均流速如何計算牛頓流體在圓管中速度分布曲線是何形狀冪律流體在圓管中速度分布曲線的形狀如何隨指數n變化而變化？同樣外界條件和反應機理下進行聚合，假塑性流體和牛頓流體的分子量分布，哪個更寬？冪律指數n對流體輸送壓差有何影響？知識回顧剪切應力和剪切速率隨著管徑變化如何變化？56非牛頓流體在圓管中湍流流動湍流：流體運動極不規(guī)則，各部分相互劇烈摻混，流體質點的跡線雜亂無章，流場極不確定

湍流時圓管內速度分布曲線偏離拋物線，曲線頂部區(qū)域比較平坦，速度分布與層流相比要均勻得多。Re數值越大，曲線頂部的區(qū)域就越廣闊平坦，但靠管壁處的速度驟然下降，曲線較陡。即使湍流時，管壁處的流體速度也等于0，而且靠近管壁的流體仍作層流流動。

湍流時的速度分布湍流層流非牛頓流體在圓管中湍流流動湍流：流體運動極不規(guī)則，各部分相互571

2速度分布有兩個區(qū)域：

中心(較平坦);

近管壁(速度梯度很大);u壁=0.3近管壁有層流底層δ；4中間為湍流區(qū)；5u越大，層流底層越??；

湍流層流非牛頓流體在圓管中湍流流動

湍流時的速度分布1湍流層流非牛頓流體在圓管中湍流流動湍流時的速度分布58

與流向垂直的脈動速度使得流體產生渦流粘性。

湍流流體內部產生的剪應力τ等于分子粘性（層流粘性）產生的剪應力τ1和渦流產生的剪應力τe之和，即流體作湍流流動時的剪應力非牛頓流體在圓管中湍流流動與流向垂直的脈動速度使得流體產生渦流粘性。湍59層流流動湍流流動圖2-29一般流動曲線流體作湍流流動時的剪應力非牛頓流體在圓管中湍流流動隨著湍流的出現(xiàn)，管壁剪切應力急劇增加。層流湍流圖2-29一般流動曲線流體作湍流流動時的剪應力非60湍流時的壓力降—馮卡門(Von-Karman)方程非牛頓流體在圓管中湍流流動非牛頓流體在光滑圓管中湍流流動時用試差法計算摩擦系數fn′=1，牛頓流體的Von-Karman方程

湍流時的壓力降—馮卡門(Von-Karman)方程61非牛頓流體在圓管中湍流流動f是非牛頓流體雷諾數NRe（n）的函數。當NRe（n）超過2100后，層流向湍流過渡。非牛頓流體的過渡區(qū)一般較寬，n′值越小，過渡區(qū)越寬。f與NRe（n）和n′近似成直線關系

a和b是n′的函數。湍流時的壓力降—馮卡門(Von-Karman)方程非牛頓流體在圓管中湍流流動f是非牛頓流體雷諾數NRe（n）的62非牛頓流體流變性的測量落球粘度計旋轉錐板/平板粘度計旋轉圓筒粘度計毛細管擠出流變儀非牛頓流體流變性的測量落球粘度計63VISCOBALL落球黏度計

產地：西班牙1.Hoeppler

黏度計落球黏度計

非牛頓流體流變性的測量VISCOBALL落球黏度計

產地：西班牙1.Hoe64原理：半徑為d，密度為的圓球，在黏度為，密度為

的無限延伸的液體中運動時，測量小球下降距離S所需時間t。應用：測低切變速率下零切黏度落球黏度計

非牛頓流體流變性的測量原理：半徑為d，密度應用：測低切變速率下零切黏度落球黏65測量小球下降時間，以Stokes方程計算黏度值：Stokes黏度：Faxen修正式：如果所用圓管和圓球的尺寸一定，并固定下降距離S：K0為儀器常數，用于已知粘度的液體進行標定。剪切速率：

v為小球下降速率，在試驗范圍內剪切速率在0.1S-1左右測定的黏度接近于零剪切粘度,常用于測定黏度較高的牛頓或非牛頓流體。落球黏度計

非牛頓流體流變性的測量測量小球下降時間，以Stokes方程計算黏度值：測定的黏度接66

結構：同一軸線上的圓錐和圓板，圓板固定不動，圓錐以一定的角速度ω旋轉，被測液體在圓錐與圓板的縫隙中受到剪切作用。圓錐角設計要小，一般要求使使流體中的剪切速率一致。

通過圓錐的旋轉角速度ω計算剪切速率，通過測得的扭矩M來計算剪切應力

旋轉錐板黏度計(一)r0drdr

旋轉錐板黏度計測量原理非牛頓流體流變性的測量結構：同一軸線上的圓錐和圓板，圓板固定不動，圓錐以一定67注意：剪切速率與圓板上的位置r無關。即圓板上任何部位流體的剪切速率和剪切應力均為一常數，因此，特別方便于非牛頓流體流變數據的處理。

旋轉錐板黏度計測量原理r0drdr旋轉錐板黏度計(一)圓板上距圓板中心距離為r該點的線速率為

，在該點的試樣厚度為，因此在該點的剪切速率為：非牛頓流體流變性的測量剪切速率的計算注意：剪切速率與圓板上的位置r無關。即圓板上任何部位流體的剪68旋轉錐板黏度計(二)

旋轉錐板黏度計測定原理非牛頓流體流變性的測量剪切應力的計算旋轉錐板黏度計(二)旋轉錐板黏度計測定原理非牛頓流體流變性69

旋轉錐板黏度計測定原理非牛頓流體流變性的測量旋轉錐板黏度計測定原理非牛頓流體流變性的測量70

以上是根據小錐角和牛頓流體推導所得，但只要錐角很小，對非牛頓流體也同樣適用。優(yōu)點：能在較寬剪切速率和剪切應力范圍內測量，被測試樣中氣泡易于排除，測量試樣需要量小,僅需樣品0.1[ml]。試樣可測量粘度范圍為寬，剪切應力范圍為寬，剪切速率為寬。

旋轉錐板黏度計適用范圍非牛頓流體流變性的測量以上是根據小錐角和牛頓流體推導所得，但只要錐角很小，對71結構：兩個圓筒，內筒靜止不動，外筒以一定速度旋轉(或外筒靜止，內筒旋轉)，內外圓筒的環(huán)形縫隙中充填被測液體，由于外筒的旋轉產生扭矩，使液體受到剪切作用并傳遞到內筒上，使內筒也扭轉一個小角度。由外筒的旋轉角速度ω來計算，由內筒產生的扭矩M計算τ，但和與在縫隙中的位置有關。

旋轉圓筒黏度計非牛頓流體流變性的測量結構：兩個圓筒，內筒靜止不動，外筒以一定速度旋轉(或外筒72

旋轉圓筒黏度計非牛頓流體流變性的測量旋轉圓筒黏度計非牛頓流體流變性的測量73

旋轉圓筒黏度計非牛頓流體流變性的測量測定某一角速度ω下的扭矩M，就可計算內筒壁處的剪切應力及剪切速率旋轉圓筒黏度計非牛頓流體流變性的測量測定某一角速度ω下74主要部件：直徑為D，長度為L的毛細管.將被測液體于一定壓力下，在毛細管中擠出，測量其流量Q和壓差△P?！鱌作為剪切應力的尺度Q作為剪切速率的尺度對牛頓流體，擠出流變儀中的壓力加倍，流動速率也加倍，所以Q-△P

曲線為一直線。

毛細管擠出流變儀非牛頓流體流變性的測量主要部件：直徑為D，長度為L的毛細管.毛細管擠出流變儀非牛75管壁處的剪切應力為：非牛頓流體流變性的測量

毛細管擠出流變儀管壁處的剪切速率牛頓流體：冪律流體：非牛頓流體流變性的測量管壁處的剪切應力為：非牛頓流體流變性的測量毛細管擠出流變儀76

毛細管擠出流變儀非牛頓流體流變性的測量上述推導都是假定毛細管是無限長的情況，實際應用時毛細管的長度是有限的，此時需作“入口校正”。實驗結果表明，當毛細管的長／徑比＞40時，測量結果可不作校正。毛細管擠出流變儀非牛頓流體流變性的測量上述推導都是假定毛細77最常用的流變儀非牛頓流體流變性的測量最常用的流變儀非牛頓流體流變性的測量78第五章

攪拌聚合釜內流體的流動與混合第五章

攪拌聚合釜內流體的流動與混合79聚合反應工程第七講課件80本章主要內容(ChapterOutline)攪拌聚合釜的基本概念，攪拌釜的結構及攪拌器的作用攪拌器的設計步驟，方法：均相聚合——“混合和攪動”類型聚合釜攪拌器的設計非均相聚合——“分散和懸浮”類型聚合釜攪拌器的設計聚合反應工程本章主要內容(ChapterOutline)攪拌聚合釜的81

攪拌聚合釜設計的一般步驟：分析和理解攪拌器的作用.針對具體聚合過程正確選擇攪拌器的型式.攪拌過程是一個流體動力過程，理論基礎是流體動力學.論述攪拌器的尺寸、轉速和功率的設計方法.在此基礎上進一步著重討論不同聚合方法對攪拌過程提出的要求，使在設計攪拌聚合釜時具有一定的理論分析基礎.本章重點及難點

(Focusandemphasis)聚合反應工程攪拌聚合釜設計的一般步驟：本章重點及難點(Focus82第一節(jié)概述第一節(jié)概述83第一節(jié)概述第一節(jié)概述84裝有攪拌器的釜式反應器（攪拌釜）裝有攪拌器的釜式反應器（攪拌釜）85第一節(jié)概述裝有攪拌器的釜式反應器（攪拌釜）第一節(jié)概述裝有攪拌器的釜式反應器（攪拌釜）86第一節(jié)概述LCSeriesStirredReactionVessels第一節(jié)概述LCSeriesStirredReacti87裝有攪拌器的裝置：聚合釜，原料配制槽，加料罐，凝聚罐，槳料沉析槽，貯槽等第一節(jié)概述裝有攪拌器的裝置：第一節(jié)概述88第一節(jié)概述混合系使兩種或多種互溶或不互溶液體按工藝要求混合均勻。攪拌系使物料強烈地流動，以提高傳熱、傳質速率懸浮系使小固體顆粒在液體中均勻懸浮，以達到加速溶解、強化浸取、促進液-固相反應、防止沉降等目的。分散則使氣體、液體在流體中充分分散成細小的氣泡或液滴、增加相接觸表面，以促進傳質或化學反應，并滿足聚合物對粒度的要求。機械攪拌是解決混合問題的重要裝置。攪拌兼有混合、攪動、懸浮、分散等多種功能。為滿足上述要求，攪拌反應器應具有下述作用。(1)推動液體流動，混勻物料。(2)產生剪切力，分散物料，并使之懸浮。(3)增加流體的湍動，以提高傳熱速率。(4)加速物料的分散和合并，增大物質的傳遞速率。(5)在高粘體系，可以更新表固，促使低分子物蒸出。第一節(jié)概述混合系使兩種或多種互溶或不互溶液體按工藝要求混合89攪拌器兼有多種功能和作用

例如，在苯乙烯懸浮聚合過程中：混合、剪切分散、懸浮、提高傳熱系數等第一節(jié)概述攪拌器兼有多種功能和作用第一節(jié)概述90均相體系:使物料攪動以提高傳熱和傳質速率，并使物料混合均勻.非均相:還要求“分散相”被剪切分散在“連續(xù)相”中能保持穩(wěn)定的均勻分布

各種生產過程對攪拌釜的不同要求:

混合和攪動作用，使固體或液滴在液體中保持懸浮狀態(tài)。

FCSeriesStirredReactionVessels第一節(jié)概述均相體系:使物料攪動以提高傳熱和傳質速率，并使物料混合均勻91第一節(jié)概述為滿足各種生產過程對攪拌不同的要求，攪拌器應具有一定的幾何和技術特性：攪拌槳葉的型式、尺寸、轉速、功率消耗以及擋板等攪拌和流動研究：經驗，計算，模擬第一節(jié)概述為滿足各種生產過程對攪拌不同的要求，攪拌器應具有92機械攪拌裝置

攪拌器是攪拌裝置的核心部件，由它將機械能傳遞給液體。攪拌器作用類似于泵的葉輪，通常攪拌器又稱之為葉輪，由漿葉,軸組成。第一節(jié)概述攪拌方式：機械攪拌、氣流攪拌、射流攪拌、靜態(tài)混合、管道混合等。機械攪拌裝置攪拌器是攪拌裝置的核心部件，由它將機械能傳遞93第二節(jié)攪拌釜內流體的流動狀況流體的流動狀況，簡稱流況，可以定義為“在整個攪拌容器中流體速度向量的方向”。宏觀狀況（宏觀流動）微觀狀況（微觀流動）流體的流動與許多因素有關如攪拌方式，攪拌器的幾何型式、尺寸、安裝位置釜體和釜內構件(擋板、導流簡)的幾何型式、尺寸、安裝位置操作條件(轉速)所處理物料的物性等。攪拌的各種作用依靠流體的流動實現(xiàn)第二節(jié)攪拌釜內流體的流動狀況流體的流動狀況，簡稱94第二節(jié)攪拌釜內流體的流動狀況一、宏觀流動（循環(huán)流動）宏觀流動是指流體以大尺寸(凝集流體、氣泡、液滴)在大范圍(整個釜內空間)中的流動狀況，所以也稱循環(huán)流動。包括徑向流動，軸向流動，切線流動第二節(jié)攪拌釜內流體的流動狀況一、宏觀流動（循環(huán)流動）95第二節(jié)攪拌釜內流體的流動狀況第二節(jié)攪拌釜內流體的流動狀況96第二節(jié)攪拌釜內流體的流動狀況第二節(jié)攪拌釜內流體的流動狀況97第二節(jié)攪拌釜內流體的流動狀況！軸向流動及徑向流動對混合有利，能起混合攪動及懸浮作用，而切線流動則對混合