聚合反应工程基础复习提纲.docx

1、聚合反应工程基础复习提纲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. 第二章 化学反应工程基础 一、概念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

2、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： 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

3、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： 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. 膨胀率：反应中某种物料全部转化后体系的体积变化率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6. 停留时间分布密度函数、停留时间分布函数、平均停留时间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

4、微元所占的分率 E(t)dt 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)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10.混合时间指经过搅拌时物料达到规定均匀程度所需的时间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。二、问题1.按物料的相态、结构形式、

5、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？按物料相态来分：均相反应器、非均相反应器；按结构形式来分：管式反应器、釜式反应器、塔式反应器、固定床反应器、流化床反应器等；按操作方式来分：间歇反应器、连续反应器、半连续反应器按流体流动及混合形式来分：平推流反应器（或称活塞流、柱塞流、理想置换反应器）、理想混合流反应器（或称完全混合反应器）、非理想流动反应器2. 形成返混的主要原因有哪些?由于物料与流向相反运动所造成,由于不均匀的速度分布所引起的,由于反应器结构所引起死角,短路,沟流,旁路等. 3.理想反应器设计的基本原理是什么？ 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

6、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 4.反应器的流动模型有哪些？各有何特点理想流动模型（平推流模型、理想混合流模型）、非理想流动模型（多级理想混合模型、层流流动时的速度分布模型、扩散模型、带死角和短路的理想混合模型）平推流模型：流体以平推流流动，全部物料的停留时间都为V/v0 不存在返混理想混合流模型：物料的停留时间分布最宽，返混最大多级理想混合模型:可用来描述偏离平推流不太大的非理想流动反应器，只需要一个参数来表示返混大小层流流动时的速度分布模型：流体不发生轴向返混；流体的返混仅仅是由于管中流体的不同流速所引起的；流体为牛顿

7、流体扩散模型：介于理想混合流和平推流之间的，用来描述具有不同返混程度的非理想流动模型5.平推流及理想混合反应器的停留时间分布有何特点？平推流停留时间分布特点：t时，F（t）=1；t时，F（t）=0理想混合停留时间分布特点：t=0时，F（t）=0，t=时，F（t）=1，停留时间分布宽。6.返混对简单反应、复杂反应和连串反应各有何影响？返混对简单反应无影响，因为大多从间歇反应中得到恒温恒容的简单反应；返混影响到复杂反应的产物分布，从而可以采用不同的操作方式来提高目的产物的收率；返混会影响到连串反应的物料平均停留时间，因此为提高目的产物的收率，首先应选择平推流反应器或间歇反应器，然后才考虑理想混合反

8、应器。7.描述连续式反应器的重要性质有哪些？停留时间分布密度函数E（t），停留时间分布函数F（t），数学期望，方差，返混8.微观混合和宏观混合对理想混合反应器各有何影响？宏观混合与微观混合对不同级数的化学反应的影响是不同的。只有一级反应时，微观混合与宏观混合的反应结果是一样的；当n1时，宏观混合有利于反应9.影响容积效率的因素有哪些？反应器类型,反应级数,生产过程中转化率10.停留时间的测定方法有哪些,各适用于什么具体情况? 阶跃示踪法试验装置；脉冲示踪法工业反应器11.停留时间分布和返混之间有什么关系?研究流动模型有何意义? 返混造成停留时间分布,二者有密切关系,可用停留时间分布定量描述同类

9、反应器中返混程度,而同一停留时间分布可由不同情况的返混程度与之相适应. 意义:流动模型是为了研究反应器内流体的实际流动形态,在不改变其性质的前提下,对其加以适当的理想化,这种适当理想化的流动形态称为流动模型,所以流动模型是反应器中液体流动形态的近似概括,是设计和放大反应器的基础.12. 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. 13. 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14. 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

10、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) 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 15. 实现反应器的热稳定操作需满足哪些条件? Qr=Qc, 体系放出热量; Qr dQc/dTdQr/dT, 除热量; Qc T=T-TwMc,黏度急剧增加，为非牛顿流体:MMc 为牛顿流体; 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,引起黏度增加. 7.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. 8.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