第二章 聚合反应工程基础(2-3五)要点

聚合反应工程基础复习提纲第一章绪论1. 说明聚合反应工程基础研究内容①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传递规律为基础;②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;③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. 第二章化学反应工程基础1.间歇反应器、连续反应器间歇反应器：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、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。

具有此种流动型态的反应器叫平推流反应器。

特点：①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，②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轴向。

3. 理想混合流、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。

与理想混合流相适应的反应器称为理想混合流反应器。

特点：①反应器内物料浓度和温度是均一的，等于出口流体组成②物料质点在反应器内停留时间有长有短③反应器内物质参数不随时间变化。

5. 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7.返混：指反应器中不同年龄的流体微元间的混合8、宏观流体、微观流体宏观流体：流体微元均以分子团或分子束存在的流体；微观流体：流体微元均以分子状态均匀分散的流体；9.宏观流动、微观流动宏观流体指流体以大尺寸在大范围内的湍动状态，又称循环流动；微观流体指流体以小尺寸在小范围内的湍动状态11.微观混合、宏观混合P70微元尺度上的均匀化称为宏观混合；分子尺度上的均匀化称为微观混合。

聚合反应工程基础
聚合反应工程是一项对聚合反应做出反应结果的工程，是一种合成技术，旨在改善已有物质的性能，从而获取新物质。

与它相关的反应条件是:反应成分、反应温度、反应压力、反应时间和反应环境等因素。

反应成分是指反应时有害物质和原料，需要考虑事先性能和安全性；反应温度对反应有重要影响，选定的反应温度可能会影响反应的速度和产物的性质；反应压力也是影响反应的重要因素，一般情况下越高的压力会使反应终止更快；反应时间是指反应发生的时间，反应时间的不同可能会影响反应的结果；反应环境一般有液相反应和气相反应，液相反应对热反应有一定的特点，气相反应则更加灵活，在重要的应用领域可能会产生有用的物质。

通过调整上述反应因素，我们可以实现理想的反应结果，从而获取理想的物质。

聚合反应工程的研究主要集中在调节上述反应条件，以获得最终产品的最佳性能，重点是获得较高的生产效率。

同时，随着反应条件的变化，反应物和生成物之间的变化也会有所不同，这些变化也需要观察并进行改进。

总之，聚合反应工程主要是通过调节反应条件，使反应物和生成物在必要的条件下，实现理想的反应结果，以及高效的生产效率，为后续工程提供资源资源。

第二章化学反应工程基础1.说明聚合反应工程的研究内容及其重要性。

研究内容：①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传递规律为基础；②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；③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。

2.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。

3.反应器基本要求有哪些①提供反应物料进行反应所需容积，保证设备一定生产能力；②具有足够传热面积；③保证参加反应的物料均匀混合4.基本物料衡算式，热量衡算式①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（简作：流入量-流出量-消失量-积累量=0）②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=05.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：η=Vp/Vm=τp/τm。

影响因素：反应器类型，反应级数，生产过程中转化率有关6.何为平推流和理想混合流①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；②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。

7.实现反应器的热稳定操作需满足哪些条件①Qr=Qc，Qr体系放出热量；②dQc/dT>dQr/dT，Qc除热量；③△T=T-Tw<RT2/E，E反应活化能，T反应器温度，Tw冷却液温度8.何为返混形成返混的主要原因有哪些返混：指反应器中不同年龄的流体微元间的混合；原因：①由于物料与流向相反运动所造成，②由于不均匀的速度分布所引起的，③由于反应器结构所引起死角、短路、沟流、旁路等。

第二章^合反应原理第一节概述聚合物的合成方法可概括如下：‘加聚反应，属于连锁聚合机理缩聚反应，属于逐步聚合机理大分子反应其中，单体的聚合反应是聚合物合成的重要方法。

（一）高分子化学的一些基本概念1.高分子化合物（high molecular weight compound ） ------------ 由许多一种或几种结构单 元通过共价键连接起来的呈线形、分支形或网络状的高分子量的化合物，称之为高分子量化合物，简称高分子化合物或高分子。

高分子化合物也称之为大分子（macromolecule 、聚合物 （polymer ）。

高分子化合物的特点：（1）高的分子量 M.W （ molecular weight ）>104 ；M.W.<103时称为齐聚物（oligomer \ 寡聚物或低聚物；（2）存在结构单元：结构单元是由单体（小分子化合物）通过聚合反应转变成的构成大分子链的单元；（3）结构单元通过共价键连接，连接形式有线形、分支形或网络状结构。

如聚苯乙烯（PS ） ： M.W.:10~ 30万，线形，含一种结构单元一苯乙烯单元，属通用合成 塑料。

★结构单元(structural unit)和重复单元(repeating unit ):单体的聚合反应4 聚合物的合成反应 4 PVC PMMA PSCln CH 2=C H ----------------------------- He4—CH 上CH 3 CH 3C~\ .Z-e _O(CH 2)2O -^H +(2n-1)H 2OCH 2 CHCl 元。

CH 3CH 2 C O_C=O OCH 3 结构单元和重复单元相同如尼龙-66(聚己二酰己二胺)，有两个结构单元，两个结构单元链接起来组成其重复单尼龙-66 尼龙-6—I- - -I- NH(CH z^NH CO(CH 2)4CO j 结构单元 结构单元 NH(CH 卯 r 结构单元 重复单元 重复单元2 .聚合度(degree of polymerization , DP )即一条大分子所包含的重复单元的个数，用口「表示； 对缩聚物，聚合度通常以结构单元计数，符号为X n ； XnDP 、X n 对加聚物一般相同。

《聚合反应工程基础》教学大纲一、课程基本信息课程中文名称：聚合反应工程基础课程英文名称：The Basic of Polymerization Reaction Engineering课程编号：06132090课程类型：专业（方向）课总学时：54 实验学时：0 上机学时：4 课外学时：0学分：3适用专业：化学工程与工艺（四年级本科）先修课程：物理化学、化工原理、高分子化学、高分子物理开课院系：化工与制药学院化学工艺学科部二、课程的性质与任务《聚合反应工程基础》是化学工程及工艺专业的一门主要专业课，主要讲授聚合反应器。

以搅拌聚合釜为重点。

讨论聚合过程（流动、混合、传热等物理过程及聚合反应过程）对聚合反应器设计和操作控制要求。

学生通过学习该课程后，应了解聚合反应器的设计、操作和控制的基本方法。

能够根据聚合物性能要求合理确定聚合反应器的设计、操作和控制条件。

三、课程教学基本要求学生学习本课程后应达到如下要求：1．掌握理想反应器的设计和分析方法。

2．掌握聚合反应过程动力学分析方法。

3．对不同类型的化学反应选择合适的反应器和反应器操作方式。

4．了解理想流动反应器和理想流动反应器的差别5．掌握连续流动反应器的热稳定性原理6．了解实际生产过程中聚合反应器。

7．了解聚合反应器的放大。

四、理论教学内容和基本要求绪论（1）聚合反应工程基础的主要内容（2）聚合反应工程发展的历史及现状化学反应工程基础（一）化学反应和反应器分类（1）化学反应和分类（2）反应速率（3）反应器的分类（4）连续流动反应器内流体流动的两种理想型态基本要求：1．了解：化学反应的分类掌握：反应速率的表达和定义2．了解：反应器分类办法理解：连续流动反应器内流体流动的两种理想型态（二）均相反应动力学（1）等温恒容单一反应动力学方程式（2）复合反应（3）等温变容过程基本要求：1．掌握：等温恒容单一反应温度对反应速率的影响2．掌握：复合反应动力学方程式的建立与解析3．了解：等温变容过程（三）理想反应器的设计（1）理想反应器设计的基本原理（2）间歇反应器（3）平推流反应器（4）理想混合反应器（5）多级串联理想混合反应器（6）反应器型式和操作方法的评比和选择基本要求：1．掌握：理想反应器设计的基本原理理解：理想反应器的物料平衡方程和热量平衡方程2．掌握：间歇反应器的设计方程理解：间歇反应器的微分物料平衡方程了解：间歇反应器的微分热量平衡方程3．掌握：平推流反应器的设计方程理解：平推流反应器的微分物料平衡方程了解：平推流反应器的微分热量平衡方程4．掌握：理想混合反应器的设计方程理解：理想混合反应器的基本假设5．掌握：多级串联理想混合反应器的设计计算了解：图解法设计和计算多级串联理想混合反应器6．掌握：反应器型式和操作方法的评比和选择理解：根据化学反应的类型采取的操作策略（四）理想混合反应器的热稳定性（1）热稳定性原理（2）影响热稳定性的因素（3）T与T W间的最大温差基本要求：1．了解：理想混合反应器的热稳定性原理掌握：理想混合反应器的物料平衡方程和热量平衡方程及定态操作分析2．了解：影响热稳定性的因素掌握：理想混合反应器的热稳定性与操作因素的关系理解：理想混合反应器操作的多态现象3．掌握：T与T W间的最大温差的计算了解：理想混合反应器的热稳定性判据（五）连续流动反应器的停留时间分布（1）停留时间分布表示方法（2）停留时间分布的测定（3）停留时间分布的数字特征基本要求：1．掌握：停留时间分布的表示方法理解：停留时间分布的意义2．掌握：停留时间分布函数的测定方法理解：阶跃法和脉冲法测定停留时间分布函数的原理3．掌握：停留时间分布的数字特征理解：无因次平均停留时间和方差的意义、计算、用途（六）流动模型（1）理想流动模型（2）非理想流动模型基本要求：1．掌握：理想流动模型的建立掌握：理想流动模型数字特征的解析方法2．了解：非理想流动模型的建立了解：非理想流动模型数字特征的解析方法（七）停留时间分布与化学反应（1）反应器内流体的混合状态（2）微观混合反应器的计算（3）宏观混合反应器的计算基本要求：1．了解：反应器内流体的混合状态2．掌握：微观混合反应器的计算3．掌握：宏观混合反应器的计算聚合反应工程分析（一）概述（1）聚合反应过程的特点（2）聚合反应过程的目标函数基本要求：1．了解：聚合反应过程的特点2．理解：聚合反应过程的目标函数（二）聚合反应速度的工程分析（1）活性链浓度[P.]与聚合反应机理P与反应机理（2）平均聚合度n基本要求：1．了解：活性链浓度[P.]与聚合反应机理的关系掌握：活性链浓度[P.]的计算方法P与反应机理的关系2．掌握：平均聚合度n（三）聚合物的聚合度及聚合度分布表示法（2）瞬时聚合度（3）聚合度分布函数基本要求：1．掌握：几种平均聚合度的表示方法理解：距法表示的平均聚合度2．掌握：几种瞬时聚合度的表示方法掌握：反应机理与瞬时聚合度3．掌握：聚合度分布函数的表示方法（四）连锁聚合反应的平均聚合度及聚合度分布（1）间歇聚合时的聚合度分布（2）连续聚合时的聚合度分布基本要求：1．掌握：连锁聚合反应间歇聚合时的瞬时聚合度和产品聚合度及其分布理解：连锁聚合反应机理与聚合度及其分布2．掌握：连续聚合时的聚合度及其分布了解：多级串联连续聚合釜时的聚合度及其分布（五）粘度对聚合反应的影响基本要求：1．了解：粘度对聚合反应的聚合度及其分布的影响（六）均相自由基共聚（1）间歇共聚操作（2）半间歇共聚操作（3）连续共聚操作基本要求：1．了解：均相自由基共聚合动力学方程的建立理解：均相自由基共聚合动力学分析的基本假设掌握：均相自由基共聚物平均聚合度及组成分布的计算2．掌握：半间歇共聚操作时均相自由基共聚物平均聚合度及组成分布的计算了解：半间歇共聚操作时均相自由基共聚体系体积收缩与单体组成的关系3．了解：连续共聚操作时的聚合度及其分布基本要求：1．掌握：用微分方程法建立缩聚反应动力学方程2．掌握：线性缩聚反应的聚合度及其分布的表达（八）非均相聚合反应（1）间歇乳液聚合（2）连续乳液聚合（3）乳液聚合反应器设计要点基本要求：1．掌握：间歇乳液聚合动力学分析理解：间歇乳液聚合的基本假设2．了解：连续乳液聚合过程的特点了解：连续乳液聚合过程动力学（九）流动与混合对聚合度分布的影响（1）返混的影响（2）混合尺寸的影响基本要求：1．了解：流动与混合对聚合度分布的影响2．了解：混合尺寸对聚合度分布的影响（十）聚合过程的调节与控制（1）温度的调控（2）聚合速率的调控（3）聚合度与聚合度分布的调控（4）粒径及粒径分布的调控基本要求：1．了解：聚合过程温度的调控2．了解：聚合过程聚合速率的调控3．了解：聚合过程聚合度与聚合度分布的调控4．了解：聚合物粒径及粒径分布的调控化工流变学基础（一）非牛顿流体（1）牛顿粘性定律和流动曲线（2）非牛顿流体的分类基本要求：1．了解：牛顿粘性定律和流动曲线2．了解：非牛顿流体的分类（二）非牛顿流体的流变特性（1）非牛顿流体的表观粘度（2）高聚物溶液的流变特性（3）悬浮液的流变特性基本要求：1．理解：非牛顿流体的表观粘度的定义2．了解：高聚物溶液的流变特性3．了解：悬浮液的流变特性（三）非牛顿流体在圆管中层流流动的分析（1）流动分析（2）表观粘度及雷诺数（3）流量（4）平均流速与流速分布（5）压力降基本要求：1．掌握：非牛顿流体在圆管中层流流动的分析理解：非牛顿流体在圆管中层流流动时的表观粘度及雷诺数2．掌握：非牛顿流体在圆管中层流流动时的流量计算3．了解：非牛顿流体在圆管中层流流动时的平均流速与流速分布4．了解：非牛顿流体在圆管中层流流动时的压力降计算（四）非牛顿流体在圆管中的湍流流动基本要求：1．了解：非牛顿流体在圆管中的湍流流动时的流量、平均流速与流速分布、压力降的计算（五）非牛顿流体流变性的测量（1）落球粘度计（2）旋转锥板粘度计（3）旋转圆筒粘度计（4）毛细管挤出流变仪基本要求：1．了解：落球粘度计测量聚合物粘度的原理2．掌握：旋转锥板粘度计测量聚合物粘度的原理与应用3．掌握：旋转圆筒粘度计测量聚合物粘度的原理与应用4．了解：毛细管挤出流变仪搅拌聚合釜内流体的流动与混合（一）概述基本要求：1．了解：搅拌应具有的混合、搅动、悬浮、分散的功能（二）搅拌釜内流体的流动状况（1）循环流动与剪切流动（2）搅拌雷诺数与流态（3）挡板与导流筒基本要求：1．了解：搅拌釜内流体的循环流动与剪切流动2．了解：搅拌雷诺数与流态3．了解：挡板与导流筒的作用（三）搅拌器的构形与选择（1）搅拌器的构形（2）搅拌器的选用基本要求：1．了解：搅拌器的构形2．了解：搅拌器的选用（四）搅拌功率的计算（1）搅拌过程的因次分析（2）均相流体搅拌功率的计算（3）非均相体系搅拌功率计算（4）非牛顿流体的搅拌基本要求：1．了解：搅拌过程的因次分析2．了解：均相流体搅拌功率的计算3．了解：非均相体系搅拌功率计算4．了解：非牛顿流体的搅拌（五）搅拌器的流动特性及转速的确定（1）搅拌器的循环特性（2）搅拌转速的确定基本要求：1．了解：搅拌器的循环特性2．了解：搅拌转速的确定（六）搅拌器的混合特性（1）混合机理及混合特性（2）混合时间的计算基本要求：1．了解：混合机理及混合特性2．了解：混合时间的计算（七）搅拌釜中的分散过程（1）搅拌釜内的液-液分散与合并（2）搅拌对聚合物颗粒特性的影响基本要求：1．了解：搅拌釜内的液-液分散与合并了解：搅拌釜中的分散过程的韦伯准数2．了解：搅拌对聚合物颗粒特性的影响搅拌聚合釜中的传热与传质（一）聚合过程的传热问题基本要求：1．了解：聚合过程的传热问题的重要性（二）搅拌聚合釜的几种传热方式基本要求：1．了解：搅拌聚合釜的几种传热方式（三）搅拌聚合釜的传热计算（1）均相液体的传热（2）非均相体系的传热（3）非牛顿流体的传热（4）搅拌聚合釜总传热系数的计算基本要求：1．了解：均相液体的传热计算2．了解：非均相体系的传热计算3．了解：非牛顿流体的传热计算4．了解：搅拌聚合釜总传热系数的计算（四）搅拌釜内的传质过程（1）分散体系的传质膜系数（2）伴有相间传质的聚合反应基本要求：1．了解：分散体系的传质膜系数2．了解：伴有相间传质的聚合反应（五）聚合反应釜的安全操作基本要求：1．了解：聚合反应釜的安全操作搅拌聚合釜的放大（一）概述基本要求：1．了解：搅拌聚合釜的放大的重要性（二）搅拌聚合釜的传热放大基本要求：1．了解：搅拌聚合釜的传热放大理解：传热分系数在搅拌聚合釜放大后的变化（三）搅拌聚合釜的搅拌放大基本要求：1．了解：搅拌聚合釜的搅拌放大2．理解：搅拌器的N与D的关系（四）非几何相似放大基本要求：1．了解：搅拌聚合釜的非几何相似放大（五）放大准则的确定（1）按几何相似理论确定放大准则（2）按非几何相似理论确定放大准则基本要求：1．掌握：按几何相似理论确定放大准则的方法2．了解：按非几何相似理论确定放大准则聚合过程及聚合反应器（一）工业聚合方法基本要求：1．了解：工业聚合方法（二）聚合反应器（1）釜式聚合反应器（2）塔式聚合反应器（3）管式聚合反应器（4）特殊型聚合反应基本要求：1．了解：釜式聚合反应器2．了解：塔式聚合反应器3．了解：管式聚合反应器4．了解：特殊型聚合反应器（三）聚合反应器的选择原则基本要求：1．了解：聚合反应器的选择原则（四）聚合过程实例（1）苯乙烯连续本体聚合（2）高压聚乙烯（3）丙烯淤浆聚合基本要求：1．了解：苯乙烯连续本体聚合2．了解：高压聚乙烯3．了解：丙烯淤浆聚合五、有关教学环节的要求本课程教学方式主要为课堂教学，部分章节的例题和习题应上机求解。