聚合物反應(yīng)工程基礎(chǔ)知識總結(jié)

聚合物反應(yīng)工程基礎(chǔ)知識總結(jié)第一章(填空、選擇、簡答)①反應(yīng)機(jī)理多樣，動力學(xué)關(guān)系復(fù)雜，重現(xiàn)性差，微量雜質(zhì)影響大。②除了要考慮轉(zhuǎn)化率外，還要考慮聚合度及其分布，共聚物組成及其分布和序列分布，聚合物結(jié)構(gòu)和性能等。③要考慮反應(yīng)時候的聚合物流動、混合、傳熱、傳質(zhì)等問題。④要考慮反應(yīng)器放大的問題。1)聚合物反應(yīng)器的最佳設(shè)計。2)進(jìn)行聚合反應(yīng)操作的最佳設(shè)計和控制。第二章(所有題型)1)按物料相態(tài)分類舉例式均相氣相無相界面，反應(yīng)速率只與濃度、溫度有關(guān)管式液相釜式、管式非均相氣-液相氧化、氯化、加氫、應(yīng)速度與相界面大小及相間擴(kuò)散速度釜式、塔式液-液相釜式、塔式氣-固相固定床、移動床流化床液-固相釜式、塔式固-固相回轉(zhuǎn)窯式氣-液-固相釜式、固定床、流化床2)按結(jié)構(gòu)型式分類類型優(yōu)點缺點舉例釜式反應(yīng)器優(yōu)點：結(jié)構(gòu)簡單，加工方便，傳質(zhì)、傳熱效率高，適應(yīng)性強(qiáng)，操作彈性大，連續(xù)操作時溫度、濃度易控制，產(chǎn)品質(zhì)量均一，適于多品種、小批量生產(chǎn)。要求達(dá)到高轉(zhuǎn)化率時，反應(yīng)器容積大順丁橡膠，丁苯橡膠，聚氯乙烯管式反應(yīng)器結(jié)構(gòu)簡單、加工方便，耐高壓，傳熱面大，熱交換效率高，容易實現(xiàn)自動控制對慢速反應(yīng)管子要求長且壓降大高壓聚乙烯的生產(chǎn)，石腦油的裂解，輕油裂解生產(chǎn)乙烯塔式反應(yīng)器速反應(yīng)過程，結(jié)構(gòu)復(fù)雜單，耐腐蝕，適于快速不同塔不同，書上沒說，具體見老師ppt吧苯乙烯的本體聚合，已內(nèi)酰胺的縮聚流化床反應(yīng)器傳熱好，溫度均勻，易控制催化劑的磨損大，床內(nèi)返混大，高轉(zhuǎn)化率難丙烯氨氧化制丙烯腈，萘氧化制苯酐，聚烯烴的生產(chǎn)3)按操作方式分類間歇反應(yīng)器：在反應(yīng)之前將原料一次性加入反應(yīng)器中，直到反應(yīng)達(dá)到規(guī)定的轉(zhuǎn)化率，即得反應(yīng)物，通常帶有攪拌器的釜式反應(yīng)器。優(yōu)點是：操作彈性大，主要用于小批量生產(chǎn)。連續(xù)操作反應(yīng)器:反應(yīng)物連續(xù)加入反應(yīng)器產(chǎn)物連續(xù)引出反應(yīng)器，屬于穩(wěn)態(tài)過程，可以采用釜式、管式和塔式反應(yīng)器。優(yōu)點是：適宜于大規(guī)模的工業(yè)生產(chǎn)，生產(chǎn)能力較強(qiáng)，產(chǎn)品質(zhì)量穩(wěn)定易于實現(xiàn)自動化操作。半連續(xù)操作反應(yīng)器：預(yù)先將部分反應(yīng)物在反應(yīng)前一次加入反應(yīng)器，其余的反應(yīng)物在反應(yīng)過程中連續(xù)或斷連續(xù)加入，或者在反應(yīng)過程中將某種產(chǎn)物連續(xù)地從反應(yīng)器中取出，屬于非穩(wěn)態(tài)過程。優(yōu)點是：反應(yīng)不太快，溫度易于控制，有利于提高可逆反應(yīng)的轉(zhuǎn)化率。(PS:造成三種反應(yīng)器中流體流動型態(tài)不同是由于物料在不同反應(yīng)器中的返混程度不一樣。返混：是指反應(yīng)器內(nèi)不同年齡的流體微元之間的混合，返混代表時間上的逆向混合。)2、連續(xù)反應(yīng)器中物料流動型態(tài)(3)物料組成和溫度等參數(shù)沿管程遞變，但是每一個截面上物料組成和溫度等參數(shù)在時間進(jìn)程中不變。(4)連續(xù)穩(wěn)態(tài)操作，結(jié)構(gòu)為管式結(jié)構(gòu)。反應(yīng)反應(yīng)速度式反應(yīng)積分式不可逆反應(yīng)二級可逆反應(yīng)一級A<→R二級復(fù)合反應(yīng)平行反應(yīng)連串反應(yīng)C,=C(1-e)1、反應(yīng)物質(zhì)A,按二級反應(yīng)動力學(xué)方程式等溫分解，在間歇釜式反應(yīng)器中5min后轉(zhuǎn)化率為50%,試問在該反應(yīng)器中轉(zhuǎn)化75%的A物質(zhì)，需要增加多少分鐘?代入1)反應(yīng)器設(shè)計的三個基本要求：a.提供反應(yīng)物料進(jìn)行反應(yīng)所需要的容積，保證設(shè)備有一定的生產(chǎn)力。b.具有足夠的傳熱面積，保證反應(yīng)過程中熱量的傳遞，使反應(yīng)控制在最適溫度下進(jìn)行。c.保證參加反應(yīng)的物料均勻混合。2)反應(yīng)器設(shè)計基本原理：物料衡算：(流入量)一(流出量)一(反應(yīng)消失量)—(累積量)=0熱量衡算：(隨物料流入熱量)一(隨物料流出熱量)一(系統(tǒng)與外界交換熱量)+(反應(yīng)熱效應(yīng))一(累積熱量)=0計算反應(yīng)器體積。平常我們計算的是恒溫恒容下的，步驟如下：

由反應(yīng)器操作特點，寫出物料衡算式；令由及每小時處理的物料量vO,求出反應(yīng)器的有效體積Vx=V?×T生書22~~36頁)反應(yīng)器物料衡算式停留時間(反應(yīng)時間)間歇反應(yīng)器平推流反應(yīng)器理想混合流反應(yīng)器(對第i級反應(yīng)器中的A組份)>零級反應(yīng)時，η=1,兩種反應(yīng)器體積相等，即反應(yīng)器型式對反應(yīng)速度沒有影響。除零級反應(yīng)以外，其他正級數(shù)反應(yīng)的反應(yīng)器容積效率小于1。5、理想混合反應(yīng)器熱穩(wěn)定性體系具有熱穩(wěn)定性必須具備以下兩個條件：①放熱速率與除熱速率相等，即：穩(wěn)態(tài)條件Q,=Q。②穩(wěn)定條件影響熱穩(wěn)定性的因素：1、化學(xué)反應(yīng)的特性，如k、△H、E等3、反應(yīng)器的結(jié)構(gòu)，如A;T與Tw的最大溫差：反應(yīng)器內(nèi)的溫度與冷卻劑的溫度差必須小于,這是熱穩(wěn)定性的又一條件。6、停留時間分布返混：不同停留時間的微元之間的混合。(和前面介紹的是同一個意思，這個更簡潔，返混造成了停造成返混的原因：a.由于物料與流向相反的運動造成的。b.不均勻的速度分布。c.由于反應(yīng)器結(jié)構(gòu)所引起的死角、短路、溝流、旁路等造成。停留時間分布的測定方法：躍遷示蹤法、脈沖示蹤法。(51頁)平均停留時間：方差：σ2=0時，為平推流；0<σ2<1時，為非第三章(所有)1、聚合度及其瞬時Z均聚合度：數(shù)基聚合度分布函數(shù)：積分式：2、平均聚合度及聚合度分布與動力學(xué)鏈長的關(guān)系a.低轉(zhuǎn)化階段，此時認(rèn)k,,k,均不受擴(kuò)散控制b.中間轉(zhuǎn)化階段(從出現(xiàn)凝膠效應(yīng)起),此時k,受擴(kuò)散控制影響，而k,末受影響。c.高轉(zhuǎn)化階段(從k,受擴(kuò)散控制起),此時k,,k,均受擴(kuò)散控制影響。4、縮聚反應(yīng)F.(j)=p'-(1-p)Fw(j)=j(1-p)2p′-1量的縮聚產(chǎn)物，應(yīng)盡可能把反應(yīng)產(chǎn)生的低分子物質(zhì)排出體系外，以使反應(yīng)程度趨近1。理想混合流操作時數(shù)均聚合度與間歇操作相同，但是重均聚合度比間歇操作高，故理想混合流操作時產(chǎn)物的分子量分布比間歇操作時寬。5、非均相聚合反應(yīng)最典型的兩大非均相聚合體系：乳液聚合、懸浮聚合引發(fā)劑：乳液聚合(水溶性引發(fā)劑)、懸浮聚合(油溶性引發(fā)劑)、溶液聚合和本體聚合(固體催化引發(fā)機(jī)理：自由基型、離子型1)、乳液聚合：聚合機(jī)理：根據(jù)間隙乳液聚合的動力學(xué)特征，可以把整個乳液聚合過程分為四個階段：1、分散階段(聚合前段);2、乳膠粒生成階段(聚合I段);3、乳膠粒長大階段(聚合Ⅱ段);4、聚合完成階段(聚合Ⅲ段)乳膠粒生成期：誘導(dǎo)期結(jié)束到膠束消耗盡，此時不再有新的乳膠粒生成，聚合體系中的乳膠粒數(shù)不反應(yīng)恒速期：膠束消失到單體液滴消失，單體液滴中的單體不斷擴(kuò)散入乳膠粒中，使粒子中的單體濃度維持不變，直至單體液滴消失聚合速度下降。降速期：單體液滴消失至聚合反應(yīng)結(jié)束，由于無單體經(jīng)水相擴(kuò)散進(jìn)入乳膠粒，故乳膠粒中進(jìn)行的聚合反應(yīng)只能靠消耗粒子中貯存的單體來維持。乳液聚合的單體必須具備以下幾個條件：(1)單體可以增溶溶解但不能全部溶解于乳化劑的水溶液；(2)單體可以在增溶溶解溫度下進(jìn)行聚合反應(yīng)；(3)單體與水和乳化劑無任何作用；(4)對單體的純度要求達(dá)到99%以上；(5)在乳液聚合中，單體的含量一般控制在30%～60%之間。間歇乳液聚合聚合速率：式中[Mp]為乳膠粒中單體濃度，五為每個①使第一釜的平均停留時間為Tmax以生成N'最大②可在主反應(yīng)器前串聯(lián)一管式反應(yīng)器或串聯(lián)一組停留時間極短的釜式反應(yīng)器作為預(yù)反應(yīng)器，使主反應(yīng)器中的N'提高到與N相當(dāng)③采用種子聚合或增加乳化劑用量a.反應(yīng)器滿釜操作防止器壁形成粘壁物；b.減少反應(yīng)器內(nèi)部結(jié)構(gòu)，反應(yīng)器表面光滑；c.使用軸向循環(huán)攪拌漿葉(傳熱及混合),設(shè)置全夾套(傳熱及粘壁);d.為保證反應(yīng)體積增加能有效的增加傳熱面積，反應(yīng)器不必按幾何相似放大，d/r=2/1—30/1;e.滿釜操作，不存留氣—液相界面；調(diào)整聚合配方，使聚合反應(yīng)保持勻速進(jìn)行多釜串聯(lián)反應(yīng)器時，逐釜加入單體或引發(fā)劑增加反應(yīng)器傳熱面積提高夾套側(cè)冷劑液膜給熱系數(shù)合理選用反應(yīng)器材質(zhì)，及時消除反應(yīng)器壁的聚合物垢層對高粘反應(yīng)體系，采用特殊的聚合反應(yīng)器g.調(diào)節(jié)反應(yīng)壓力第四章(填空、選擇)流變學(xué)就是研究物質(zhì)的變形和流動的科學(xué)，其任務(wù)是使物質(zhì)所具有的復(fù)雜變形或流動現(xiàn)象更明確其中du/dy表示剪切速率，常用Y表示，μ為粘度。依時性非牛頓流體流動的程度。第五章(填空，選擇，簡答)e.在高粘體系，更新表面促使低分子物排除、1、攪拌釜內(nèi)的流體流況(在整個攪拌容器中流體速度向量的方向)況，具有一定的方向性，所以也稱循環(huán)流動。效果：混合、攪拌、懸浮循環(huán)流動存在三種典型的流況，徑向流動、軸向流動、切線流動微觀流動：指流體以分子尺度或接近分子尺度(小氣泡、液滴分散成更小的液滴)在小范圍空間(氣泡、產(chǎn)生原因：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(xì)微化最后由于分效果：分散，增大不同物相的接觸面積，加快傳熱、傳質(zhì)2、攪拌雷諾數(shù)與流體流動狀態(tài)的關(guān)系攪拌雷諾數(shù)：雷諾數(shù)不同的不同流動狀態(tài)：A區(qū)間(Nxe<10)液體僅在槳葉附近呈滯流旋轉(zhuǎn)流動，槳葉無液體吐出，釜內(nèi)的其余部分為液體B區(qū)間(N?.10～100)當(dāng)雷諾數(shù)達(dá)數(shù)十時，自槳葉端開始有吐出流產(chǎn)生，并引起整個釜內(nèi)流體的上下循環(huán)流動(可能尚存在四周死角),此時處于層流。C區(qū)間(Ng.100～1000)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)流動為滯流，隨雷諾數(shù)增大，其湍動程度增大。D區(qū)間(N?e>1000)整個釜內(nèi)的上下循環(huán)流動都處于湍流狀態(tài)。無擋板時會引起旋渦，有擋板時打旋現(xiàn)象：當(dāng)流體粘度不大，攪拌轉(zhuǎn)速較高，而且槳葉放在釜的中心線時，液體將隨著槳葉旋轉(zhuǎn)的方向循著釜壁滑動，釜內(nèi)液體在離心力作用下涌向釜壁，使液面沿襲壁上升，中心部分的液面下降，形成一個漩渦，通常稱打漩現(xiàn)象。壞處是：降低混合效率、攪拌效果；影響轉(zhuǎn)軸強(qiáng)度。擋板的作用：使流型從主要生成漩渦的旋轉(zhuǎn)型改變?yōu)閷旌嫌欣牧鲃?，即將切向流轉(zhuǎn)變?yōu)檩S向流和徑向流；增大被攪拌液體的湍動程度，改變攪拌效果。

傾斜安裝：粘度較高，帶固體粒子體系，阻力小避免物料堆積?！钐岣吒獌?nèi)流體的攪拌程度，加強(qiáng)槳葉對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?！钣捎趯α黧w限定了循環(huán)路徑，減少了短路機(jī)會。4、攪拌器的構(gòu)型及選擇攪拌器選用需要滿足的要求：(詳細(xì)見課本151頁)a.攪拌器選用應(yīng)保證物料的混昌P=KpN2D3Nxe>1000P=K?pN3D?c.所需費用最低5、攪拌功率的計算攪拌器所需功率由三方面組成1)攪拌器所消耗的能量(推動液體流動的能量)即攪拌軸功率P,能量消耗的主要部分2)機(jī)械傳動所消耗的能量,機(jī)械傳動效率0.8—0.95(減速機(jī)或增速機(jī)組合而得到極低或極高的速度)計算攪拌功率的目的b.攪拌功率是攪拌器機(jī)械設(shè)計的基本數(shù)據(jù)：攪拌槳、攪拌量、速度范圍、攪拌臂直徑/長度均相和非均相流體的攪拌功率的計算(這個比較復(fù)雜，整理出來意義不大，看書154頁吧，知道怎么算就行)>由生產(chǎn)任務(wù)確定容積V和釜徑T選擇D/T比，求出D確定槳葉類型：平槳0.5-0.83渦輪0.33-0.40推進(jìn)式0.10-0.33計算攪拌器的軸功率：顆粒懸浮類型攪拌轉(zhuǎn)速確定(課本167頁)6、攪拌器的混合特性及機(jī)理混合機(jī)理：在攪拌釜中，通過槳葉的旋轉(zhuǎn)把機(jī)械能傳遞渦流擴(kuò)散：當(dāng)槳葉產(chǎn)生的高速液流在靜止的或湍流分散:湍流分散也稱渦流分散，攪拌釜內(nèi)當(dāng)流體處于湍流時就存在湍流分散。在釜附近存第六章(填空、選擇、簡答)2、攪拌釜傳熱計算3、攪拌釜內(nèi)的傳質(zhì)過程187頁)4、聚合反應(yīng)釜的安全操作空閥、液面計、預(yù)報器等安全附件；第七章(填空、選擇、簡答)過程模擬，然后設(shè)定各種過程參數(shù)，運用上述兩個數(shù)學(xué)模型進(jìn)行計算。7)