聚合反应工程基础复习题(共8页).doc

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1、精选优质文档-倾情为你奉上1 、间歇反应器：物料一次放入，当反应达到规定转化率后即取出反应物，其浓度随时间不断变化，适用于小规模，多品种，质量不均。连续反应器：连续加料，连续引出反应物，反应器内任一点的组成不随时间而改变，生产能力高，易实现自动化，适用于大规模生产。2 、平推流反应器及其特点：当物料在长径比很大的反应器中流动时，反应器内每一位原体积中的流体均以同样的速度向前移动，此时在流体的流动方向上不存在返混，这种流动形态就是平推流。 在稳态操作时，在反应器的各个截面上，物料浓度不随时间而变化， 反应器内物料的浓度沿着流动方向而改变，故反应速率随时间位置而改变，及反应速率的变化只限于反应器的

2、轴向。3、理想混合流反应器及其特点：反应器中强烈的搅拌作用使刚进入反应器的物料微元与器内原有物料微元间瞬时达到充分混合，使各点浓度相等，且不随时间变化，出口流体组成与器内相等这种流动形态称之为理想混合流。特点： 反应器内物料浓度和温度是均一的，等于出口流体组成 物料质点在反应器内停留时间有长有短 反应器内物质参数不随时间变化。4、数模放大的基本原理：是通过动力学研究和模试，确定催化剂种类、反应物浓度，反应时间剪切对反应速率、产品质量和收率的关系，并综合从一数学模型来描述5 、相似放大的基本原理：在配方不变的前提下，不论反应机理如何。若反应器中的速度分布，浓度分布，温度分布和停留时间分布均匀与模

3、试反应器相同，则两者的反应结果必然想同6 、连续乳液聚合与间歇乳液聚合的四个不同点： 连续操作得到的粒子数比间歇操作小，聚合速率也较间歇低 与间歇乳液聚合粒径分布比连续聚合宽 间歇乳液聚合中阻聚作用只存在诱导期，而连续聚合中阻聚作用存在于整个过程 间歇乳液聚合无瞬态过程，而连续聚合有瞬态过程 7 、聚合反应器选择原则： 充分考虑并满足聚合反应特性 经济效益上的考虑 应充分考虑聚合反应器特性对聚合物质量的影响 8 、放大原则：在相似放大中，每一个准数代表的放大规则经常是矛盾的，所以在放大过程中要抓起控制作用的因素，保持与这些因素有关的准数在放大过程中不变，而对其他因素加以适当照顾。 9 . 反应

4、器应满足的三个要求： 提供反应物料进行反应所需的容积，保证设备有一定的生产能力 具有足够的传热面积，保证反应过程中热量的传递，使反应控制在适宜的温度下进行 保证参加反应的物料均匀混合 10、造成返混的主要原因： 物料与流向相反的运动造成的 由于不均匀的速度分布所引起 由于反应器结构所引起的死角，短路，沟流，旁路 11、返混对聚合度分布的影响：1停留时间分布：停留时间分布越窄则聚合度分布越窄；2浓度历程的影响：若反应器中无聊浓度维持不变则聚合度分布越窄；当活性链寿命短时，浓度历程是影响的主要原因，此时理想混合流反应器返混程度最大，浓度均一故聚合度分布最窄，平推流反应器分布最宽；当活性链寿命较长时

5、，停留时间分布是决定聚合度分布的主要原因，此时平推流反应器停留时间分布分布最窄，故聚合度分布最窄。12.粘度对聚合物反应的影响：以自由基反应为例，在低转化率下，其反应速率受粘度影响较小，但在工业聚合过程中，通常转化率很高时，此时随粘度的增加，体系会产生凝胶效应，产生自动加速现象，原因是随着反映的进行体系粘度不断增加，链自由基卷曲，活性端基甚至被包埋，双基扩散终止困难导致终止速率下降而引发速率几乎不因粘度增加而减小，故导致聚合物总体生成速率升高聚合加速。但当转化率很高时单体的扩散也受到阻碍Kp也下降导致总的聚合速率也下降，一般当TTg时，Kp受扩散控制影响较小，可不考虑粘度影响；当TTg时Kt

6、、Kp均受扩散控制影响均需考虑粘度变化。13、按桨叶构型分搅拌器分为哪几种：1桨式搅拌器：结构简单、转速低、桨叶面积大；2推进式搅拌器：结构简单制造方便，适用于液体粘度低液量大的液体搅拌。剪切作用不大、循环性好；3涡轮式搅拌器：较大的剪切力，适用于低粘度到中粘度的液体混合。4螺杆螺带式：适用于粘度较大的场合。14、几何相似体系放大准则的确定方法：对几何相似体系可在数个几何相似但容积不同的搅拌釜中进行试验，求出每个釜中能获得合格产品的转速。由此确定转速N和桨径D的关系。15、根据聚合反应器的形式，可将聚合反应器分为哪几类？其中釜式反应器由哪几部分组成，各自的作用是什么？按形式可分为釜式，塔式，管

7、式和特殊类。 釜式反应器主要由釜体，搅拌装置，传热装置，密封装置四部分组成。釜体是反应器的主体，用来剩反应物料。搅拌装置是使釜里物料均匀混合。 传热装置的作用是提供釜内物料的反应温度，热量并及时将多余热量穿成釜外。 密封装置的作用是确保釜内反应物料在较为密封的状态下进行反应，以防物料泄露。16、反应放大的方法有那些，各自原理是什么？放大有数模放大和相似放大。 数模放大的基本原理是通过动力学研究，确定催化剂种类，反应物浓度，温度，反应时间，剪切等对反应速率，产品质量，和收率的关系，并综合以数学模型来描述，同时有通过冷模试验掌握设备的几何尺寸及操作条件对搅拌釜内动量，热量，质量，停留时间分布和微观

8、混合的定量关系。并相应建立传递过程模型。相似放大原理是在配方不变的前前提下，不论反应机理如何，若工业反应器中的速度分布，浓度分布，和停留时间分布均与模试反应器相同，则两者的反应结果相同。17.搅拌聚合釜传热装置有那些具体要求，传热装置与那些，各自特点是什么？搅拌聚合釜对传热装置的要求有：高的传热速率，结构简单，避免有易引起挂胶的粗糙表面及导致结构的死角。易于清洗。 传热装置有（1）夹套 特点是最常采用的装置，结构简单，在处理粘度较高的物料时由于传热系数下降，可采用提高夹套内传热介质的湍动来增加搅拌釜的传热系数。（2）内冷件 最常采用内冷管和内冷挡板，内冷管管壁较薄，冷却水流速大，所以传热系数比

9、夹套大的多，从而改善聚合釜传热条件。（3）回流冷凝 特点是以蒸汽冷凝方式传热，传热系数高，传热面积不受釜容积限制。（4）体外循环冷凝器 不用于要求反应温度的聚合反应，对胶乳的剪切稳定，提高乳液聚合可采用体外冷却，但对剪切敏感的胶乳体系应慎用。聚合反应之名解释1、返混：反应器内停留时间不同的流体微元间的混合；2、膨胀率：反应中某种物料全部转化后体系的体积变化率；3、宏观流体：流体微元均以分子团或分子束存在的流体；4.微观流体：流体微元均以分子状态均匀分散的流体 ；5、混合时间：经过搅拌时物料达到规定均匀程度所需的时间。6、微观流动：流体以小尺寸在小范围内的湍动状态；7、宏观流动：流体以大尺寸在大

10、范围内的湍动状态，又称循环流动；8 、容积效率：指同一反应在相同的温度、产量、和转化率的条件下，平推流反应器与理想混合反应器所需的总体积比 9、聚合反应工程：聚合反应工程是化学反应的一个分支，他是研究聚合物制造中的化学反应工程问题，他以工业规模的聚合过程为研究对象，以聚合动力学和聚合物的传递过程为基础，并把二者结合起来。10 、停留时间分布密度函数：系统出口流体中，已知在系统中停留时间为 t 到 dt 间的微元所占的分率 E(t)dt 11 、停留时间分布函数 F(t) 系统出口流体中，已知在系统中停留时间小于 t 的微元所占的分率 F(t)1 、搅拌的功能：混合、搅动、悬浮、分散 2、大型聚

11、合物生产六大工艺：原料准备与精制，引发剂与配制，聚合、分离、后处理及回收，聚合过程是核心 3、 按反应器结构分：管式、釜式，塔式、固定床、流化床4、放大的标志：要保证大小反应器中，反应结果一致或近似；其成功的关键是放大技术的正确与否；5、传热装置：夹套、内冷件、回流冷凝器、体外循环冷却系统；6、釜式反应器的组成：釜体、传热装置、搅拌装置、密封装置；7、搅拌的功能：分散、混合、悬浮、搅动8、聚合反应系统产生热稳定性问题的本质：由于反应器内物料存在返混。第二章 1. 按物料的相态、结构形式、操作方式和流体流动及混合形式分类，反应器可分为那几类？2. 名词解释：返混;微观混合; 宏观混合; 停留时间

12、分布函数; 停留时间分布密度函数; 平均停留时间;有效利用系数3. 理想反应器设计的基本原理是什么？4. 反应器的流动模型有哪些？各有何特点？5. 平推流及理想混合反应器的停留时间分布有何特点？6. 返混对简单反应、复杂反应和连串反应各有何影响？7. 描述连续式反应器的重要性质有哪些？8. 微观混合和宏观混合对理想混合反应器各有何影响？第三章1. 在双分子热引发和双基终止时，间歇式和连续全混式反应釜对产物的转化率、累积平均聚合度有何影响？2. 在阳离子聚合中，采用间歇操作和连续操作对其转化率和平均聚合度和分子量分布有何影响？3. 要制取高分子量的缩聚物时，在理论上和操作方式上可采取哪些措施？4

13、. 间歇操作的和连续全混反应釜对缩聚反应的分子量分布有何影响?第四章 1. 非牛顿流体可分为几类？各有何主要特征？2. 影响高聚物剪切流动曲线的因素有哪些？3. 宾汉塑性流体为何具有屈服应力？4. 名词解释:入口效应;孔口膨大(Barns)效应;弹性回缩现象;法向应力效应;Toms效应5. 利用幂律模型如何计算流动行为指数n？6. 为何流体的假塑性行为只表现在某一剪切速率范围内？7. 指出下列体系可能属于哪种非牛顿流体类型？高分子凝胶，饱和聚酯溶液，牙膏，聚丙烯熔体。8. 可采用哪些仪器和方法可测量非牛顿流体的流变特性?9. 试讨论高聚物的平均分子量及分子量分布对其剪切流动曲线的影响.10.

14、为何胀塑性流体的粘度随剪切应力的增加而增大?第五章1. 工艺过程对搅拌的要求主要有哪几种?各起何作用?2. 漩涡对聚合过程有何影响？工业上可采取哪些措施消除搅拌所产生的漩涡？3. 说明Navier-Stokes方程式和无因次Navier-Stokes方程式中各项所代表的物理意义。4. 解释功率准数、无因次速度、泵送准数和无因次混合时间的物理意义。5.工业上处理不相溶液体有哪些方法？各起何作用？6. 在分散体系中,有哪些力作用于分散相?对分散相起什么作用?7. 在“混合和搅动”及“悬浮”类型的聚合体系中,搅拌任务的“尺度” 和“难度”各指什么?8. 表征搅拌器特性和行为的无因次准数有哪些?各与流

15、体及搅拌器的什么特征有关?9. 搅拌器功率计算和压力计算的基础是什么?10. 什么是搅拌过程的混合时间?它与搅拌过程有何联系?11. 搅拌器的设计中主要应确定哪些参数?12. 在搅拌聚合釜的放大时,着重需考虑的问题是什么? “方次法则”中的指数有何意义?第六章1. 在聚合过程中,可采取哪些措施控制聚合反应所产生的热量?2. 说出搅拌聚合釜的几种传热方式和作用.3. 可采用那些方法提高总包传热系数K的值?4. 阐述搅拌分散过程和传质过程的关系,它们与搅拌器的设计有何联系?第二章 化学反应工程基础说明聚合反应工程的研究内容及其重要性。研究内容：以工业规模的聚合过程为对象，以聚合反应动力学和聚合体系

16、传递规律为基础；将一般定性规律上升为数学模型，从而解决一般技术问题到复杂反应器设计，放大等提供定量分析方法和手段；为聚合过程的开发，优化工艺条件等提供数学分析手段。简而言之：聚合反应工程研究内容为：进行聚合反应器最佳设计；进行聚合反应操作的最佳设计和控制。动力学方程建立时，数据收集方式和处理方式有哪些？收集方式：化学分析方法，物理化学分析方法处理方式：积分法，微分法。反应器基本要求有哪些提供反应物料进行反应所需容积，保证设备一定生产能力；具有足够传热面积；保证参加反应的物料均匀混合基本物料衡算式，热量衡算式物料衡算：反应物A流入速度-反应物A流出速度-反应物A反应消失速度-反应物A积累速度=0

17、（简作：流入量-流出量-消失量-积累量=0）热量衡算：随物料流入热量-随物料流出热量-反应系统与外界交换热量+反应过程的热效应-积累热量=0何谓容积效率？影响容积效率的因素有哪些工业上，衡量单位反应器体积所能达到的生产能力称之为容积效率，它等于在同一反应，相同速度、产量、转化率条件下，平推流反应器与理论混合反应器所需总体积比：=Vp/Vm=p/m。影响因素：反应器类型，反应级数，生产过程中转化率有关何为平推流和理想混合流？反应物料在长径比很大的反应器中流动时，反应器内每一微元体积中流体均以同样速度向前移动，此种流动形态称平推流；由于反应器强烈搅拌作用，使刚进入反应器物料微元与器内原有物料元瞬时

18、达到充分混合，使各点浓度相等且不随时间变化，出口流体组成与器内相等此流动形态称理想混合流。实现反应器的热稳定操作需满足哪些条件？Qr=Qc，Qr体系放出热量；dQc/dTdQr/dT，Qc 除热量；T=T-TwMc，黏度急剧增加：MMc为非牛顿流体对分子量相近，分子量分布较宽的流体，比分子量分布较窄流体较早出现非牛顿流体转变，且分子量分布越宽，偏离牛顿流动也越远。温度：温度增加，黏度下降。对于柔性，温度对其影响不大，链段运动易，活化能小。浓度：聚合物溶液浓度增加，溶液黏度0增加。临界浓度Cc，当CCc，为非牛顿流体 ，假塑性。压力影响：压力影响流体自由体积，压力P增加，自由体积下降，引起黏度增

19、加。何为表观粘度？剪切应力与剪切速率的比值称为表观黏度，Ma=Z/r非牛顿流体在圆管中的表观粘度是如何定义的（Ua）p=管壁处剪切应力/流动特性=+非牛顿流体的流动行为指数对流体在圆管中的流动行为和聚合反应结果有何影响N下降，假塑性流体在管中流速分布比牛顿均匀；反应器中C、T、及径向分布也越均匀，分子量分布也越窄。对非牛顿流体在圆管中层流流动规律进行研究有何重要意义？非牛顿流体与牛顿流体不同流动特性，二者动量质量传递特性也有所差别，进而影响到热量传递、质量传递、及反应结果。因此对流速分布及压力降等问题研究，不仅能决定管中流体输送量与功率消耗，同时能了解影响官式反应、塔式反应器中物料浓度、温度分

20、布，进而影响反应速度和分子来那个分子分布情况。第五章 搅拌聚合釜内流体的流动与混合搅拌器一般具有哪些功能？混合、搅动、悬浮、分散等搅拌釜内的流体的流动分为哪两个层次宏观：循环流动；微观：剪切流动。循环流动的三个典型流动分别是什么？哪些流动对混合有利？哪些需克服？径向流动、轴向流动、切线流动；径向和轴向对混合有利，起混合搅动及悬浮作用；切线流动对混合不利。何为打旋现象？如何消除打旋现象当不大，搅拌转速较高时，桨叶放在釜中心线时，液体将随桨叶旋转的方向沿着釜壁滑动，釜内液体在离心力的作用下，涌向釜壁，使液面沿壁上升，中心部分液面下降，形成一个旋窝，通常称打旋现象。消除打旋现象：偏心安装可减弱漩涡，

21、安装挡板、加导流筒可有效消除。试说出几种搅拌器的构型，特点和应用？桨式搅拌器：桨叶构型为平桨、斜桨、锚形或框形桨者。特点：结构简单，转速低、桨叶面积大、平桨、斜桨适用于为0.1-102Pas液体搅拌；锚式、框式对高液体。推进式搅拌器：三瓣叶片；适合湍流程度不高，循环量大。优点：结构简单，制造方便，适用于液体低，液量大液体搅拌。剪切作用不大，循环性能好。涡轮式搅拌器：桨叶形式很多，有开式和闭式两类。应用较广并处理程度范围广液体。适用于低粘到中等程度液体混合，液液分散，液固悬浮及促进良好传热，传质，或化学反应。螺杆及螺带式搅拌器：适用于高粘度液体。搅拌器应满足哪些基本要求？选择搅拌器的基本方法是什

22、么？保证物料混合，消耗最小功率，所需费用最低，操作方便，易于维修。 选择基本方法：生产上对搅拌无特殊要求，可参照生产时所用类似搅拌经验地选择。对搅拌有严格要求，且又无类似过程搅拌型式，应对设备工艺过程的操作类别，搅拌要求及经济性全面分析评价，找到主要控制因素进行选择适应型式对于过程开发或生产规模很大工程，在一定试验基础上，研究出最佳搅拌器桨叶形式，尺寸及操作条件，再相似模拟放大进行设计计算。选择搅拌器原则:(1)均相液体混合:主要控制因素容积循环速率。(2)非均相液体混合：使互不相溶液体能良好分散。(3)固体悬浮：容积循环速率和湍流强度。(4)气体吸收及液相反应：保证气体进入液体后被打散，被气

23、泡均匀的分散。控制因素：局部剪切作用、容积循环速率及高转速。（5）高粘度体系 控制因素：容积循环速率及低转速搅拌器的功率消耗主要用于那些方面？计算搅拌器功率有何重要意义搅拌器所消耗的能量；搅拌轴封所消耗；机械传动所消耗意义：（1）搅拌功率是衡量搅拌强度的主要物理量；（2）是搅拌机械设计的基本数据；（3）根据搅拌功率的选用搅拌电机从搅拌器的功率曲线可以得到哪些重要信息？功率函数 ；功率准数；雷诺数Nre=1-10：曲线斜率为-1，搅拌层流区；Nre=10-1000：搅拌过滤区；Nre1000:搅拌湍流区，为一水平直线气液体系的搅拌功率与均相体系相比有哪些特点？液体中通入气体，降低了被搅拌液体的有

24、效密度，因此也就降低了搅拌功率，搅拌功率可采用均相液体搅拌功率分析计算方法并加以修正。而大量通入气体时，开始出现大气泡，功率消耗不再明显变化，称“液泛”。何为泵送指数？其对搅拌器计算有何重要作用qd=Nqd*ND3，Nqd为泵送准数。包含了流体的流速和搅拌的泵送能力，反映了搅拌的剧烈程度搅拌级别一般范围几个等级10个等级常用的搅拌桨叶直径的大致范围如何选定桨叶直径与釜径比值 D/T=0.20.8平桨 0.50.83涡轮 0.330.4推进式 0.10.33何为颗粒雷诺数？骑在不同的范围时，密度差如何计算NRe(p)=(dput)/ NRe(p)103 湍流密度差 ：（p-）/（层流） (p-)

25、/（湍流）聚合反应的搅拌级别一般选择几级一般分为十个等级悬浮程度与那些因素密切相关？桨叶转速越高，直径越大，颗粒沉粒沉降速度愈小，所得悬浮程度越高。层流和湍流是=时的搅拌功率如何计算？为什么？因次分析：P=f(N、D、g)搅拌功率准数：Np=P/（N3p5 ），Np=NFrqf（NRe） NRe=DN2/g：搅拌弗鲁德准数层流区：P=KMN2D3 重力影响可忽略，即不考虑NFr 影响 Np=K NRe-1湍流区：P=KN3D5 湍流区功率曲线呈一水平直线与Re无关，Np为常数。第六章 搅拌聚合釜的传热与性质1， 聚合速率在聚合过程中一般有三种类型，其中那些对反应控制比较有利？可采用那些措施实现

26、这种过程？减速型、加速型、匀速型匀速型对反应控制有利，引发剂半衰期使用得当，也可逐渐或分批加入单体或催化剂使Rp保持均衡。2， 传热装置有哪些类型？夹套、内冷件、回流冷凝器、体外循环冷凝器3，哪些反应不宜采用釜外循环热交换?为什么？a对要求严格控制反应温度的一类聚合反应不宜采用 液相外循环热交换装置应用于polymer，使物料下降510 b悬浮聚合造成结块也不宜 c 而对剪切敏感胶乳体系应慎用，因为循环泵r很大，易破坏胶乳稳定性 d本体聚合，体系黏度过大，泵送困难，也不宜4， 试概括传热速率方程和总传热系数方程，讨论提高反应釜传热能力有效措施？ Q=KA(tit0 ) Q：传热速率 A传热面积

27、 Ti流体温度 To截热体温度 K传热系数 1/K= 1/i+1/0+/， i、0 釜内外壁传热同类系数 /:导热部分总热阻 ：厚度 ：导热系数增大传热面积，降低冷却水温度以扩大温差、提高总传热系数可提高传热速率降低体系黏度、改善搅拌效果提高i和K 重要途径夹套中冷却水流 提高K重要途径 例夹套内安装挡板、扰流喷嘴、多点切向进水使水处于剧烈流动状态，提高0/减小：较高材质、设法降低黏釜物和挂胶现象及时进行清釜，改善冷却水水质以及水垢沉积实现聚合釜安全操作应采取哪些基本措施？P191第七章 搅拌聚合釜的放大何为放大效应？为什么会出现放大效应?何为冷模试验？反应器放大后，一般会引起大小反应器间的热

28、量、质量传递及流体流动状况等物理过程变化，造成两者速度、温度、浓度分布及停留时间分布的差异，影响反映结果效应称之为放大效应掌握设备的几何尺寸及操作条件对搅拌釜内动量、热量、质量、停留时间分布和微观混合的定量关系的试验称冷模试验在工程上有哪几种放大方法？简述各种放大方法基本原理？放大方法有;数模放大法 相似放大法 逐级经验放大法数模放大法：通过动力学研究和模式确定催化剂种类、反应物浓度、温度、反应时间、剪切等对反应速率、产物质量和收率的关系，并综合以一数学模型来描述相似放大 ：在配方不变的前提下，不论反应机理如何，若工业反应器中速度分布、浓度分布，温度分布和停留时间分布均与反应器相同，两者反应后

29、果也必然相同四种分布并非独立，相互呈复杂制约关系，找出对反应后果影响最大的关键混合参数及其适应的范围，并以此混合物参数作为放大准则如何理解和应用相似放大？相似放大着眼于如何在工业反应器中复现模拟反应器结果。相似放大应用于搅拌聚合釜. 1.搅拌设备传热放大可分为 按动力相似放大，按传热系数相等放大、按单位体积传热速率不变放大、按搅拌聚合釜搅拌放大。根据传热系数放大方程，并假定b=0.5、 讨论在保持大小釜的搅拌叶的叶端速度相等，和大釜叶端速度为小釜二倍叶端传热系数变化？搅拌釜传热可采用哪几种方法放大动力相似，叶端速度相等，给热系数相等，单位体积输入搅拌功相等，单位体积传热速率不变，总传热系数K放大几何相似系统中，概括N。专心-专注-专业