聚合设备复习题
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作业一
一、简答
1.简述非依时性非牛顿流体的种类和特征?
种类:假塑性流体、胀塑性流体、宾汉流体
特征:在恒定温度下,其黏度仅随剪切速率或剪切应力而变化,与受剪切作用的时间长短无关。
2.简述理想反应器的设计原理。
(1)提供反应物料进行反应所需要的容积,保证设备有一定的生产能力;
(2)具有足够的传热面积,保证反应过程中热量的传递,使反应控制在最适宜的温度下进行;
(3)保证参加反映的物料均匀混合。
3. 搅拌釜里增加挡板和导流筒,其作用是什么?
(1)挡板:一是使流况从主要是生成涡流或漩涡的旋转流改变为对混合有利的垂直流动,这对于釜内液体的主体对流扩散、轴向流动和径向流动都是有效的。
二是增大被搅拌液体的湍动成都,从而改善搅拌效果。
(2)导流筒:在需要控制回流的速度和方向,以便在搅拌物系中确定某一流况。
4. 简述毛细管挤出流变仪测量原理?
主要部件为一直径为D,长度为L的毛细管。
在测量时,将被测液体于一定压力下在毛细管中挤出,测得其流量Q。
毛细管两端的压差Δp作为剪切应力的尺度,单位时间挤出的流量作为剪切速率的尺度。
测量时改变压差Δp,测量相应的流量Q值,若被测液体是牛顿流体,挤出流变仪中的压力加倍,则剪切速率也加倍,所以Q-Δp关系为一直线,即剪切速率与剪切应力关系亦为直线。
二、计算
1.已知PVC糊的密度为1125Kg/m3,等温稳态层流流动,通过3m长内径为0.08m的管子。
在管中的平均流速为1.8m/s,流体的稠度系数K’为4Kg.S/m2。
计算流体的流动行为指数n为0.7、1.5时,管中的表观黏度、雷诺准数、压降以及流动特征。
2.在一聚合反应釜中用对苯二甲酸和乙二醇等摩尔反应,在80℃时进行缩聚反应生成聚酯纤维,硫酸作为催化剂,其反应的动力学方程式为Ψ=K×Ca2,Ψ反应速度(kmol/L •min),K反应速率常数(L/kmol•min),Ca为对苯二甲酸的瞬时浓度(kmol/L)。
已知k=2 L/kmol•min,对苯二甲酸的初始浓度是0.005 kmol/L。
若每天需要处理2000Kg的对苯二甲酸,转化率为80%,每批操作的辅助时间是2小时,若用单釜生产,装料系数为0.7,计算聚合釜的体积?若采用平推流反应器,其体积是多少?
作业二
一、简答
1.简述悬浮类型聚合釜搅拌器的设计步骤
(1)分析和理解搅拌器的作用
(2)针对具体聚合过程正确选择搅拌器的型号
(3)搅拌过程是一个流体动力过程,理论基础是流体动力学
(4)在讨论Navier-Stokes方程的基础上,论述搅拌器的尺寸、转速和功率的设计方法。
(5)在此基础上进一步着重讨论不同居和方法对搅拌过程提出的要求,使在设计搅拌聚合釜时具有一定的理论分析基础。
2. 评价搅拌器的混合性能时,常用四个无因次数进行综合评价,它们分别是什么?其
意义是什么?
(1)无因次数C1:C1称为混合时间数,它的意义是达到规定混合程度时搅拌器所需回转总数
(2)无因次数C2:C2的意义是达到规定的混合程度时,流体所受的剪切量。
(3)无因次数C3:C3为搅拌器回转一次,流体所受的剪切量
(4)无因次数C4:C4表示在一定的流体黏度μ和混合时间θM下,搅拌器所需的单位体积混合能。
3.试论述搅拌器按传热放大常采用的方法。
(1)按动力相似放大(2)按叶端速度相等放大(3)按给热系数相等放大
(4)按单位替自己输入的搅拌功相等放大(5)按单位体积的传热速率不变放大(6)按总传热系数K放大
二、计算
1. 试计算聚氯乙烯用13.5m3聚合釜的搅拌器的功率及转速。
现有的技术特性为:搅拌器型式:透平式搅拌器。
搅拌嚣层数n:5。
颗粒平均直径:0.2mm。
颗粒比重:1.40。
悬浮液黏度:1.01N·S/m2。
悬浮液固含量:45%。
功率公式:P=nSgD3N5/1.335×105。
搅拌器浆叶直径:450mm。
釜径:1600mm.(20分)
2. 在一台聚合釜的水中加入少量的聚乙烯醇,要使浓度不均匀程度距理论值平均浓度偏差小于0.1%,求混合时间?已知釜径T=6m,水在釜中深度L=6m,搅拌器为涡轮式,搅拌器叶轮直径D=1.2m,叶轮的转速N=180sPm(3/s),水的密度ρ=1000Kg/m3,水的粘度μ=0.001Kg/m·s。
(10分)
3.悬浮聚合小试验设备的有关数据如下:
搅拌器桨叶直径:D1=0.04m;釜径:T1=0.12m;液层深度:Z1=0. 12m;搅拌器转速 : N1=480rpm。
现将聚合釜按长度尺寸放大10倍,问相应的各个数据应是多少?(10分)
4.某反应在内径为0.5m的搅拌釜中进行。
搅拌器转速为800r/min,反应温度控制在358K,反应釜中装有冷却蛇管,其内径为0.015m,管长为0.6m,通过蛇管的冷却水流速为1.5m/sec,进出口水温分别为293K和298K。
为控制同样的温度,对于几何相似的2m反应器,搅拌采用叶端速度放大时,问需要多少传热面积的冷却蛇管。
可近似考虑按总传热系数进行传热放大。
S取0.33 (P198)。