聚合反应工程基础复习题.doc

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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。

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：

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。

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：

①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②与间歇乳液聚合粒径分布比连续聚合宽③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④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：

①充分考虑并满足聚合反应特性②经济效益上的考虑③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.反应器应满足的三个要求：

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，使反应控制在适宜的温度下进行③保证参加反应的物料均匀混合

10、造成返混的主要原因：

①物料与流向相反的运动造成的②由于不均匀的速度分布所引起③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，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T>Tg时，Kp受扩散控制影响较小，可不考虑粘度影响；当T→Tg时Kt、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.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.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：

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。

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

①提