聚合物反应工程精选文档.ppt

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1、聚合物反应工程本讲稿第一页，共十四页 聚合物材料虽然只有数十年的发展历史，其发展速度之快，应用之广，却远远超过人类历史上任何一种材料。聚合物的生产曾经历了一段经验性的技艺年代。以后，由于高分子化学高分子物理学及化学反应工程学的进展，使聚合物的产量和制造工艺提高到一个新的水平，而作为连接化学、工艺与工程的聚合反应工程学正是在这种背景下产生与发展的。聚合物反应工程师化学反应工程的一个分支，它是研究聚合物制造中的化学反应工程的问题。本讲稿第二页，共十四页第一节化学反应和反应器的分类一 化学反应的分类 化学反应可按反应的特性和反应过程的条件来分。化学反应的特性包括反应机理，反应的可逆性，反应分子数，反

2、应级数，反应物料的相态及反应的热效应等。反应过程进行的条件包括温度、压力、操作方式、换热方式等。本讲稿第三页，共十四页式中ri为体系中i组分的反应速率，ni为i组分的摩尔数，v为反应体积，ci为i组分的浓度。正号表示某组分的生成速率，负号表示消失速率。二反应速率（均相反应）1.定义：单位时间单位反应体积中所生成（或消失）的某组分的摩尔数。本讲稿第四页，共十四页三 反应器的分类 任何目的在于得到一定产品的化工生产过程，均包含有化学反应。物料在其中发生反应的设备谓之反应器。在反应器中原料经化学变化而成产品，所以可把反应器看作化工生产的心脏部分。根据研究的不同需要，从不同的角度对反应器进行分类。通常

3、有四种分类法。1按反应物料的相态分类 按物料的相态来分，反应器可以分为均相反应器与非均相反应器二大类，各类中又可以分为若干种。本讲稿第五页，共十四页2 按反应器的结构型式分类（1）管式反应器。长径比为402000.用于快速的气相和液相反应，对有压力的反应尤为适用。其体积最小，单位体积的传热面最大(如高压聚乙烯）。（2）釜式反应器。长径比为23.化工生产中使用最广泛，占8090。适用于液相、液-液相、气-液相及液-固相反应。釜式反应器的适应性及操作弹性都很大（如PVC、PP、PE的聚合）本讲稿第六页，共十四页(3)塔式反应器。长径比为240.如苯乙烯本体聚合己内酰胺的缩聚（4）硫化床反应器 反应

4、器传热好温度均匀易控制。（如聚丙烯反应器）3 操作方式分类（1）间歇反应器（分批式反应器）。采用釜式反应器。间歇反应是不稳定过程。操作灵活性和弹性大。本讲稿第七页，共十四页（2）连续反应器 可采用釜式管式或塔式反应器。反应为稳态过程。易于实现自动化。在聚合反应中，采用连续反应器可使产物的聚合度及聚合度分布不随时间改变，从而保证了产品的质量，但不是绝对的。（3）半连续反应器 多采用釜式反应器。反应则为非稳态过程。在特定的目的下控制反应条件（如滴加）。本讲稿第八页，共十四页1积分法(1).将假设动力学方程式(微分式)积分，得到一条通过坐标原点的直线。(2).将实验数据(经计算)描绘在该坐标上，如实

5、验数据能得到一条通过坐标原点的直线，则假设的动力学方程式为所求动力学方程式的建立本讲稿第九页，共十四页2.微分法：直接用动力学微分方程式进行描绘。步骤：（1）先假设一个反应机理，并以它求出动力学方程式（2）将实验所得浓度-时间数据嫁衣标绘，得出一光滑曲线，在相应浓度值位置求取曲线的斜率，此斜率就代表在该组成下的反应速率。（3）将上一步骤所得作图，若得一通过原点的直线，表明假定的机理与实验数据相符合，否则需重新假定一动力学方程加以检验。本讲稿第十页，共十四页第三节 理想反应器的设计 化工生产中所遇到的化学反应时多种多样的，所处理物料的化学-物理性质也是千差万别，因此而使用的反应器也是各不相同的，

6、尽管如此，每一种反应器总应该满足以下三个基本要求1提供反应物料进行反应所需的容积，保证设备有一定生产能力2具有足够的传热面积，保证反应过程中热量的传递，是反应控制在最适宜的温度下进行。本讲稿第十一页，共十四页 所以设计反应器的主要任务是根据给定的生产任务，在一定条件下，反应器所需要的体积，并以此作为确定反应器其他尺寸的主要依据。本讲稿第十二页，共十四页一、理想反应器设计的基本原理1、物料衡算（质量守恒定律）对于微元体积V反应物A的流入速度=反应物A的流出速度+反应物A由于化学反应而消耗的速度+反应物A的累积速度简化：流入V的速度=流出V的速度+在V中反应消耗的速度+在V中累积的速度简化：流入速度=流出速度+消耗速度+累积速度在特定时间内：流入量流出量+消耗量+累积量本讲稿第十三页，共十四页二、间歇反应器（分批反应器）操作特点：（1）物料、反应物、水等一次性加入器内。（2）反应器内各点的反应物浓度和温度相同。（3）反应器内组分的浓度随反应时间而变。本讲稿第十四页，共十四页