聚合反应复习题

一、名词解释：

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；；

4、混合时间：经过搅拌时物料达到规定均匀程度所需的时间。

5、微观流动：流体以小尺寸在小范围内的湍动状态；

6、宏观流动：流体以大尺寸在大范围内的流动状况，又称循环流动；

7、微观混合：分子尺度上的均匀化称为微观混合。

8、宏观混合：微元尺度上的均匀化称为宏观混合；

9、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

10、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。

11 、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t+ dt 间的微元所占的分率E(t)dt

12、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)

二、填空题：

1 、搅拌的功能：混合、搅动、悬浮、分散

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：在大小反应器中，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、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。

8伴有相间传质过程的化学反应装置：喷雾塔、填料塔、板式塔、鼓泡搅拌釜、鼓泡塔;

9、釜式反应器使用的反应：液相、液-液相、气-液相及液-固相反应

三、简答题：

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。具有这种流动形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 、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)间歇乳液聚合粒径分布比连续聚合窄

（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

5、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

6 、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。

7、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

8、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

9、返混对聚合度分布的影响：

a)停留时间分布：停留时间分布越窄则聚合度分布越窄；

b)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。

10、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。

11、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。

12、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。

13、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。

14、反应放大的方法有那些，各自原理是什么？

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。

15、搅拌聚合釜传热装置有那些具体要求，传热装置有那些，各自特点是什么？

要求：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：

（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。

17、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？

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

18、理想反应器设计的基本原理是什么？

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

19、反应器的流动模型有哪些？各有何特点

理想流动模型

（1) 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/v

不存在返混

0（2) 理想混合流模型：物料的停留时间分布最宽，返混最大

非理想流动模型

（3) 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

（4) 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；流体为牛顿流体

（5) 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

20、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≥τ时，F（t）=1；t<τ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。

21、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

22、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n<1时，微观混合能提高转化率，有利反应

当n>1时，宏观混合有利于反应

23、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

24、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.

25、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=0

28、何为牛顿流体,非牛顿流体?非牛顿流体又有哪些类型?

剪切力t对剪切速率r作图，所得的流动曲线通过坐标原点的一直线的流体称为牛顿流体;

剪切力t对剪切速率r作图，所得的流动曲线不是直线或虽为直线但不通过坐标原点的流体称为非牛顿流体.

非牛顿流体分为三大类:非依时性(假塑性,胀塑性,宾汉流体) ;依时性(触变性,震凝性) ;粘弹性流体(入口效应,弹性回缩,爬杆效应,)

29、搅拌釜内的流体的流动分为哪两个层次

宏观状况:循环流动;微观状况:剪切流动.

30、试说出几种搅拌器的构型,特点和应用?

①桨式搅拌器:桨叶构型为平桨,斜桨,锚形或框形桨者.特点:结构简单, 转速低,桨叶

面积大,平桨,斜桨适用于η为 0.1-102Pa·s的液体搅拌;锚式, 框式对高η液体.

②推进式搅拌器:三瓣叶片;适合湍流程度不高,循环量大.优点:结构简单, 制造方便,

适用于η低,液量大液体搅拌.剪切作用不大,循环性能好.

③涡轮式搅拌器:桨叶形式很多,有开式和闭式两类.应用较广并处理程度范围广液体.

适用于低粘到中等程度液体混合,液液分散,液固悬浮及促进良好传热,传质,或化学反应.

④螺杆及螺带式搅拌器:适用于高粘度液体.

31、在非均相聚合中采取何种措施以获取较理想的分子量以及分子量分布？

在高聚物生产过程中应注意提高气-液传质系数kL,使反映等级尽量接近慢速反应或无限慢反应等级，这样聚合反应速率就远低于传质速率，液膜内的单体反应量在总反应中所占比例甚小，且液膜内与液相本体内的单体浓度差别不大或无甚差别，整个聚合反应在接近于均一的单体浓度下进行，此时聚合反应总速率较高，聚合物的分子量及分子量分布也较理想。