PET合成工艺课设资料
目录
第一章总论 (3)
PET简介 (3)
PET的发展历史与现状 (3)
第一节设计依据 (4)
第二节产品方案 (6)
第二章生产方法与工艺流程 (8)
第三章工艺计算 (15)
第一节物料衡算 (15)
第二节能量衡算 (20)
第三节设备选型 (23)
第四章小结 (24)
PET的发展前景 (24)
心得体会 (25)
参考文献 (26)
第一章
总论
聚对苯二甲酸乙二醇酯化学式为-[OCH2-CH2OCOC6H4CO]- 英文名: polyethylene terephthalate，简称PET，为高聚合物，别名涤纶树脂或聚酯树脂，俗称涤纶。由对苯二甲酸乙二醇酯发生脱水缩合反应而来。对苯二甲酸乙二醇酯是由对苯二甲酸和乙二醇发生酯化反应所得。由于它的原料纯对苯二甲酸和乙二醇及合成树脂技术成熟，其发展速度使任何一种纤维都难以比拟。
PET 是乳白色或浅黄色、高度结晶的聚合物，表面平滑有光泽。在较宽的温度范围内具有优良的物理机械性能，长期使用温度可达120℃，电绝缘性优良，甚至在高温高频下，其电性能仍较好，但耐电晕性较差，抗蠕变性，耐疲劳性，耐摩擦性、尺寸稳定性都很好。PET 有酯键，在强酸、强碱和水蒸汽作用下会发生分解，耐有机溶剂、耐候性好。缺点是结晶速率慢，成型加工困难，模塑温度高，生产周期长，冲击性能差。一般通过增强、填充、共混等方法改进其加工性和物性，以玻璃纤维增强效果明显，提高树脂刚性、耐热性、耐药品性、电气性能和耐候性。但仍需改进结晶速度慢的弊病，可以采取添加成核剂和结晶促进剂等手段。加阻燃剂和防燃滴落剂可改进PET阻燃性和自熄性。
PET的用途不主要局限于纤维，而是进一步拓展到各类容器、包装材料、薄膜、胶片、工程塑料等领域，目前，PET正在越来越多地取代铝、玻璃、陶瓷、纸张、木材、钢铁和其他合成材料，聚酯的家庭也在持续扩大。
它优良的综合性及较好的服用性，在保持其固有特点同时，在接近天然化如穿着舒适性、染色性、抗静电性、吸湿性及外表美观等方面更接近于天然纤维，因此使其更具发展优势。
而且近年来随着人们生活水平的提高，我国乃至全球对聚酯的需求越来越大，更为我国聚酯行业的发展带来巨大的商机，我们应该抓住这难得的机会，不断完善和提高聚酯的生产技术，并研究开发新型聚酯产品，以增强我国聚酯行业的竞争能力。
PET简介
1.1 PET的发展历史与现状
第一节设计依据
一、设计题目
PET合成工艺设计
二、基本资料
1、生产数据资料：①生产规模：年产量11万吨/年；
②生产时间：年工作日300天/年；
③相关技术指标：
工艺配方：催化剂用量：c = 0.05%（质量）PTA
消光剂用量：d = 0.5%（质量）PTA（配制成20%EG混合浆液）
投料配比：EG：PTA = 1.12（摩尔比）
切粒、包装工序物料损失率：e = 0.5%
各反应器工艺控制参数及相关的气液平衡数据表
反应器位号R101 R102 R201 R202 R203
酯化率0.89 0.97 0.99 1 1
缩聚反应程度0.75 0.87 0.96 0.984 0.9901
EG：PTA（摩尔比） 1.12 1.12 1.05 1.026 1.0099
平均聚合度 4.0 7.6923 25.0 62.5 101.0
抽出低聚物/%（质量）0 0 0.1 0.05 0
水汽化/%（质量）97 90
气相EG/%（摩尔）36.75 39.37
2、工艺流程
PET是生产涤纶纤维的原料，是合成纤维中产量最大的品种。要求采用PTA直接酯化缩聚连续操作工艺，采用高纯度对苯二甲酸（PTA）与乙二醇（EG）为原料，经过酯化反应阶段和缩聚反应阶段生成聚对苯二甲酸乙二醇（PET）。
PET的生产过程主要由浆料配制工序、聚合工序、切粒包装工序、回收工序。聚合工序采用二级酯化釜、三级缩聚釜。
三、设计内容
根据所给的工艺要求和其它数据资料，进行PET合成工艺设计，具体内容包括：
1、确定PTA直接酯化缩聚连续操作的工艺流程；
2、对连续聚合反应过程进行物料衡算；
3、关键设备的选型；
四、设计成果
1、编写设计说明书一份；
2、绘制PTA 直接酯化缩聚连续操作工艺流程图，物料流程图；
3、绘制搅拌反应器、精馏塔结构示意图；
4、绘制关键设备布置图。
第二节 产品方案
1、PET 的性质
2、PET 的性能与用途 PET 的主要性能
第二章 生产方法与工艺流程
1、PET 的主要生产方法
聚酯(PET)既可由对苯二甲酸二甲酯(DMT)与乙二醇(EG)反应制得，也可由对苯二甲酸(PTA)与乙二醇反应制得。目前，世界各国PET 生产采用的技术路线主要就是这两种，称为DMT 法(也称酯交换法)和PTA 法(直接酯化法)。
（1）酯交换法 DMT 法是采用对苯二甲酸二甲酯(DMT)与乙二醇(EG)进行酯交换反应，然后缩聚成为PET 。早期生成的单体PTA 纯度不高，又不易提纯，不能由直缩法制得质量合格的PET ，因而将纯度不高的TPA 先与甲醇反应生成对苯二甲酸二甲酯（DMT ），后者易于提纯。再由高纯度的DMT （≥99.9％）与EG 进行酯交换反应生成BHET ，随后缩聚成PET ，其反应如下：
（2）直接法 PTA 法采用高纯度的对苯二甲酸(PTA)或中纯度对苯二甲酸(MTA)与乙二醇(EG)直接酯化，缩聚成聚酯。这种直接酯化法是自1965年阿莫科公司对粗对苯二甲
2CH 3OH+HOOC
COOH
CH 3O
C
O
C O
OCH 3+2H 2O
CH 3O C
O
C O
OCH 3+2HOCH 2CH 2OH
BHET+2CH 3OH
酯交换
BHET
PET
缩聚
酸精制获得成功后发展起来，此后发展迅速，PET 生产也随之得到了很快的发展。
采用PTA 为原料，PET 聚酯聚合物的生产主要有以下两步反应：第一步是PTA 与EG 进行酯化反应，生成对苯二甲酸乙二酯（或称对苯二甲酸双羟乙酯，简称BHET ）；第二步是BHET 在催化剂作用下发生缩聚反应生成PET 。其反应如下：
由于PTA 法比DMT 法优点更多(原料消耗低，EG 回收系统较小，不副产甲醇，生产较安全，流程短，工程投资低，公用工程消耗及生产成本较低，反应速度平缓，生产控制比较稳定)等，目前世界PET 总生产能力中大多采用PTA 法。
（3）环氧乙烷加成法 因为乙二醇是由环氧乙烷制成的，若由环氧乙烷（EO ）与PTA 直接加成得到BHET ，再缩聚成PET 。这个方法称为环氧乙烷法，反应步骤如下：
此法可省去由EO 制取乙二醇这一步骤，故成本低，且反应又快，优于直缩法。但因EO 易于开环生成聚醚，反应热大（约100kJ/mol ），EO 在常温下为气体且易热分解，运输及储存都比较困难，所以此法尚未大规模采用。 2、合成树脂的主要原料
(1) PTA ： 对苯二甲酸（terphthalic acid 或1,4-benzenedicar boxylic acid ，即 TA ）,而 PTA 则是纯对苯二甲酸（purified terephthalic acid ）的简称，分子式为C 8H 6O 4，结构式为HOOC —C 6H 4—COOH ，相对分子量为166.133。生产对苯二甲酸的经典方法包括Witten 法（既合并氧化、酯化法）、亨格尔法亨格尔（Henkel ）法和硝酸氧化法。目前全球PTA 的年产量已达3000万吨，其绝大部分用于生产聚对苯二甲酸乙二酯（PET ），并进一步用来生产纤维、瓶片和薄膜等。PET 聚酯生产所需的原料都必须高纯，尤其是生产相对分子质量大的聚合物对原料的纯度要求更高。一般要求PTA 的纯度达到99.96％（质量分数）以上。
PTA 的主要性能要求见表1。
表1 精对苯二甲酸的主要指标
2HOCH 2CH 2OH+HOOC COOH
HOCH 2CH 2O
C
O
C
O OCH 2CH 2OH
+2H 2O
nBHET
H
OCH 2CH 2O C
O
C
O OCH 2CH 2OH+(n-1)HOCH 2CH 2OH
HOOC
COOH+2H 2C CH 2
O BHET
PET
缩聚
加成
（PTA ）
(EO)
性能单位指标
纯度
酸值
对甲苯甲酸含量4-羧基苯甲醛含量
湿度
金属含量
离子含量
灰分％（质量）
mg KOH/g
μL/L
μL/L
％（质量）
μL/L
μL/L
μL/L
≥99.96
675
60～100
5～10
0.1
6～7
1～2
10
（2）EG：纤维级的乙二醇，最低纯度为99.7％（质量），二酐醇最大含量为0.1％（质量），这种规格也适用于生产相对分子质量更大的包装用树脂。工业上合成乙二醇的方法有四种：氯乙醇水解法、二氯乙烷水解法、环氧乙烷水和法和甲醇-一氧化碳合成法。
表2为纤维级乙二醇的商品规格。
表2 纤维级乙二醇的商品规格
性能单位规格
乙二醇含量
二酐醇含量
沸点范围
相对密度（20℃）
透射率
350nm
276nm
220nm
含水量
铁离子含量
乙酸含量
醛含量
外观％（质量）
％（质量）
℃
％
％（质量）
μL/L
％（质量）
μL/L
≥99.7
≤0.1
196～200℃
1.1150～1.1156
≥92
≥90
≥60
≤0.3
≤1.0
≤0.005
≤30
纯净透明的液体
（3）添加剂：在BHET缩聚中尚需加入各种添加剂，其作用及要求见表3。
表3 各种添加剂的作用和要求
名称作用和要求代表
催化剂
稳定剂消光剂1 促进反应，要求活性高
2 对聚合物的热稳定性影响下
3 可溶于反应混合物
4 在酯交换或缩聚前加入
1 防止聚合物受热分解
2 酯交换后期或缩聚前加入
调节纤维的光泽，要求粒度细，
分散性好，缩聚或纺丝前加入
三氧化二锑
0.03％（DMT）
醋酸锑
0.01％~0.05％（DMT）
亚磷酸，磷酸二甲酯，磷酸
二苯酯0.03％（DMT）
二氧化钛
0.3％~1％（DMT）
①催化剂为了加速BHET的缩聚反应，常须加入催化剂。对催化剂的要求应力为：有较强的催化作用；不催化副反应及PET的热降解反应；能很好地溶解于PET中，且不使PET着色。
在PTA与EG直接酯化或酯交换中所用催化剂，如醋酸钴、钙、锌等化合物虽然对BHET 的缩聚反应也有催化作用，但他们在高温下却能使PET加速热降解，自身又能被产生的羧基抑制而“中毒”失去催化效用。经过大量的筛选和研究，至今找到的最合适的BHET缩
聚催化剂是Sb
2O
3
。由动力学研究测知，Sb
2
O
3
的催化活性与反应中羟基的浓度成反比。在
缩聚反应的后期，PET分子量上升，羟基浓度下降，使得Sb
2O
3
的催化活性更为有效。Sb
2
O
3
的用量一般为PTA质量的0.05％，或DMT质量的0.03％～0.05％。
因Sb
2O
3
溶解性稍差，近年来有采用溶解性好的醋酸锑，或热降解作用小的锗化合物，
也有用钛化合物的。
②稳定剂为了防止PET在合成过程中和后加工熔融纺丝时发生热降解（包括热氧降解），常加入一些稳定剂。工业上最常用的是磷酸三甲酯（TMP）、亚磷酸三苯酯和磷酸三苯酯（TPP）。尤其是后者效果更佳，因为它还具有抗氧化作用。
对稳定剂的作用有两种观点；一种认为是封锁端基的作用，防止PET降解；另一种
认为是稳定剂能与直接酯化过程中的催化剂金属醋酸盐相互结合，抑制了醋酸盐对PET
热降解反应的催化作用。稳定剂用量越高，即PET中含磷量越高，其热稳定性也越好。但是稳定剂可使缩聚反应的速度下降，在同样的反应时间下所得PET的分子量较低，即
对缩聚反应有迟缓作用，工业生产中必须考虑这个副作用。稳定剂用量一般为PTA的1.25％（质量），或DMT的1.5％～3％（质量）。
③消光剂常为TiO
2
（平均粒度<0.5μm）。它可使全反射光变为无规则的漫射光，由此可以改进反光色调，并具有增白作用。其用量常为PET的0.5％。
4、年产11万吨PET的工艺流程
合成路线的选择
PET的生产方法主要有DMT法和PTA法，工艺流程又分间歇式和连续式两种。
由于PTA法较DMT法有原料消耗低，反应时间短，EG回收系统较小，不副产甲醇，生产较安全，流程短，工程投资低，公用工程消耗及生产成本较低，反应速度平缓，生产控制比较稳定，等优点；而大规模生产线适合用连续生产工艺，半连续及间歇生产工艺适合中、小型多种生产装置。因而本设计选用PTA法的连续生产工艺。具体流程如下: （1）原料的贮运
外购的一吨袋装PTA运至原料仓库贮存。加料时，将PTA包装袋外部清理干净，由提升装置将PTA大包提升装入卸料斗，后经PTA振动筛进入加料斗。加料斗底部装一流化元件，进入氮气使物料变为流化态，同时除去物料带入的空气，气体通过过滤器排至大气。
流化的PTA进入输送装置，由氮气压缩机出来的氮气将PTA密相输送至聚酯装置内的PTA日料仓，供浆料配制用。
（2）催化剂、稳定剂的制备
将一定量的乙二醇（EG）和称量后的催化剂Sb
2O
3
加入到催化剂配制槽中。催化剂配
制槽配有搅拌器，加速催化剂的溶解。当催化剂溶液达到一定量时，在配制槽的夹套内通入11bar绝压蒸汽，达到反应温度160℃后保持三个小时，后停蒸汽打开冷却水冷却至50℃。经化验合格后排至催化剂贮槽，再连续定量地加入到浆料混合槽中。
在稳定剂配制槽中定量的加入EG，再以人工的方式将固体的稳定剂定量的加入槽中，经搅拌将其配制成均匀的稳定剂溶液，1小时后取样分析合格后送入稳定剂贮槽，再用稳定剂输送泵经过滤器将稳定剂溶液连续定量地送往第二酯化反应釜中。
（3）消光剂的配制
经人工称量的消光剂TiO
2
经过加料台和加料器进入消光剂配制槽中，再在配制槽中
加入定量的EG，TiO
2经搅拌器的作用均匀的分散在EG中。通过TiO
2
喂料泵将分散液送入
TiO
2研磨机中，进一步研磨分散后进入TiO
2
贮槽，经过搅拌后进入TiO
2
稀释槽，同时定
量的加入EG，经搅拌、稀释配制成稀浓度的TiO
2
分散液。再通过离心机喂料泵把分散液
送入TiO
2离心机，在离心机的作用下，大颗粒的TiO
2
粒子被EG冲洗下来回到配制槽中。
合格的分散液进入带有搅拌器的TiO
2
中间槽中，并在槽中再次加入EG。经搅拌制得符合
工艺要求的TiO
2悬浮液，再送入悬浮槽中，搅拌后用TiO
2
计量泵，经过滤器定量地送入
第二酯化反应器中。
（4）浆料混合
进入PTA日料仓的PTA物料，从日料仓底部进入PTA计量称称量后连续地投入浆料的混合槽。同时从EG贮槽送来的EG和从催化剂输送泵送来的催化剂溶液，也连续定量地进入混合槽内。在混合槽搅拌器的作用下混合调制成均匀的浆料。
（5）酯化
酯化工序有两台串联的酯化反应器，每台反应器均设有搅拌器及热媒加热夹套，在其顶部分别设有工艺塔。
PTA/EG浆料，由浆料泵连续定量地送入第一酯化反应器中，在搅拌器的作用下与反应器中原有的酯化物完全混合。PTA/EG浆料在反应器中进行酯化反应。酯化反应生产的水，以蒸汽的形式从反应器的顶部排出。同时携带部分的蒸汽，水蒸气和EG蒸汽在工艺塔中得到的馏分，分馏出来的EG返回到反应器内。水蒸气从塔顶馏出，一部分蒸汽去真空系统做工作蒸汽，另一部分经过冷凝器冷凝，变成液体进入回流罐，其中一部分作为工艺塔塔顶回流液，另一部分液体排入污水管。
在第二酯化反应器中，酯化反应继续进行。同时定量的加入已配制好的消光剂和稳定剂，酯化反应生成水和一部分EG蒸汽从反应器顶部蒸出，在工艺塔中分馏。分馏出来的EG送至EG混合罐中。塔顶蒸汽经冷凝器冷凝后进入回流罐。
从第二酯化反应器底部排出的酯化物，由输送泵经过过滤器送往第一缩聚反应器。
（6）缩聚
缩聚区设有三台缩聚反应器，分别在不同的真空状态下操作。每台反应器均设有热媒加热装置和EG喷淋系统。
酯化物进入缩聚反应器后在真空的条件下进一步分离出EG，并在较高的反应器温度下逐步进入缩聚反应。三台缩聚反应器的反应温度逐步提高，而反应器的压力逐步降低，即在最终的缩聚反应器中，达到最高反应温度和最高真空度。
在第一缩聚反应器中，大部分的EG从反应器的顶部蒸出，在喷淋的冷凝器中被循环的EG喷淋冷凝而进入EG冷凝液收集器中，在此EG继续蒸出，被喷淋冷凝器收集。而物
料经一定时间停留后进入最终缩聚反应器中，通过调整温度、真空度和停留时间来进一步控制、调节聚合物的最终粘度。
三台缩聚反应器均设有液位控制，分别保证物料在反应器中的停留时间，有利于产品质量的稳定。最终聚合物熔体从反应器的底部出料，经熔体输送泵、过滤器、熔体分配管分别送往切片生产、直接纺长丝车间。
三台缩聚反应器共用一套真空装置及喷淋冷凝系统。此系统包括水处理装置、喷淋水输送泵、喷林水过滤器、冷却塔、真空密封管、冷却塔密封水加料泵。喷射机组的工作蒸汽来自酯化过程产生的工艺蒸汽，这样既可以节约热能，降低冷却水用量并能减少污水量。
（7）切片生产
从熔体输送泵送来的PET 熔体，进入铸带头，在铸带头中熔体被分配到一排铸带喷丝孔中，从喷丝孔出来的PET 熔体铸带，靠重力自动流入水下切粒机的导流板，并完全浸没在约25℃的脱盐水中。在水中铸带的表面逐渐冷却凝固，铸带被送至水下切粒机，切成一定规格的切片。
5、 物料发生的物理与化学变化 写出主、副反应方程式：
① 化学变化。在PET 合成过程中每一个反应器中都发生着同样的化学反应，只是各反应器中各化学反应进行的程度不同。主要反应方程式： 酯化反应（esterification ）
酯化缩聚反应（polycondensation by esterification ）
缩聚反应（polycondensation ）
在酯化反应釜中，以酯化反应与酯化缩聚反应为主;在缩聚釜中，以酯化缩聚与缩聚反应为主，在此不考虑副反应，业不对副反应进行物料衡算。为了描述各反应进行的程度特做如下定义：
酯化率： x ＝参加反应PTA （mol ）/PTA 初始(mol)
COOH + HOCH 2CH 2OH
COOH 2CH 2OH + H
2O
COOH + HOCH 2CH 2OH
COOH 2CH 2OOC
+ H 2O
2
COCH 2CH 2OH
COCH 2CH 2OOC
+HOCH 2CH 2OH
＝[PTA 初始(mol)－PTA 残留(mol) ]/PTA 初始（mol ） ＝(N TO －N T )/N TO
缩聚反应程度：p=生成PET 链节（mol ）/PAT 初始（mol ）＝N P /N TO 乙二醇与PTA 摩尔比： M r ＝N P /N TO
平均聚合度： X n ＝1/(1－p)
② 物理化学变化（相变化）。在各酯化釜中，由于反应温度高，高于水和EG 的沸点，酯化生成的水被蒸出反应体系。由于气液平衡关系，所以反应液中仍含有少量的水。水在蒸出的同时，按气液平衡关系夹带出一定比例的EG 。为了保持酯化反应的原料配比，蒸出的EG 经分离后全部返回到反应器中，所以各酯化反应器中Mr=M r0。
在缩聚反应釜中，为了使缩聚反应向生成聚合物的方向移动，需尽量降低反应液中EG
的含量，所以缩聚阶段特别是在反应后期，需在高真空的条件下进行。各缩聚釜中生成的EG 大部分被蒸出，使M r 第三章 工艺计算 第一节 物料衡算 1、 物料平衡关系示意图 完整的PTA 直接酯化缩聚连续操作工序的物料衡算过程比较复杂,在此对流经反应器的物流进行物料衡算,流经反应器物料平衡关系简图如下: 101.0 101.1 102.1 201.1 202.1 203.1 R101 R102 R201 R202 R203 图1 PTA 直接酯化缩聚连续操作主反应器物料平衡关系示意图 101.0－浆料；101.1，102.1－酯化产物；201.1，202.1－预缩聚物；203.1－PET 熔体； 101.2，102.2，201.2，202.2，203.2－上升蒸汽；101.3，102.3－回流EG ；003.1－消 光剂 2、 收集的数据资料 ① 生产规模。年产量(生产能力):11万吨/a ② 生产时间。年工作日：300d/a(24h/d) ③ 相关技术指标 203.2 202.2 102.2 102.3 201.2 003.1 101.3 101.2 工艺配方： 催化剂用量：c=0.05%(质量)PTA 消光剂用量：d=0.5%(质量)PAT(配制成20%EG 混合浆液) 投料配比： M r0=N E0:N T0=1.12 切粒、包装工序物料损失率：e=0.5%。 ④化学变化及物理变化的变化关系 化学物名称 对苯二甲酸 乙二醇 水 PET 链节 聚合物 相对分子质量符合 M T M EG M W M P M PET 相对分子质量 166 62 18 162 19454 由于各反应器中发生的主要化学反应相同，但反应进行的程度（x 、p ）不同，所以各反应器中物质组成变化的计量关系是相同的，分别如下： 各反应器反应液中聚合物数量＝N T 0 [ M T ＋ (2 x － p ) M E G － 2 x M W ] 各反应器反应液中乙二醇数量＝N T 0 ( M r － 2 x ＋ p ) M E G 酯化反应生成水数量＝2 N T 0 ? x M W 各酯化釜中水、EG 的汽化量和反应液中残留量由表15中参数计算。 各缩聚釜蒸出EG 数量＝N T 0 ? M r M E G 表4 各反应器工艺控制参数及相关的气液平衡数据 反应器位号 R101 R102 R201 R202 R300 x p M r X n 输出低聚物/%(质 量） H 2O 汽化/%(质量) 汽相EG/％（摩尔） 0.89 0.75 1.12 4.0 0 97 36.75 0.97 0.87 1.12 7.6923 0 90 39.37 0.99 0.96 1.05 25.0 0.1（a ） 1 0.984 1.026 62.5 0.05（b ） 1 0.9901 1.0099 101.0 0 3、 计算的基准、单位、顺序 因为是连续操作过程，所以计算基准选时间，计算单位定为kg / h 。 虽然整个工艺过程比较复杂，但可以得到产品产量与主要原料（P T A ）投料量之间的比例关系，所以采用顺流程的计算顺序。 4、 主要原料（P T A ）投料流量 PET 熔体流量与PTA 理论投料流量（W T ）的关系： ' +'?='?++'?= T T T T T n PET W W W d c W M x M 0055.016610119454)(熔体流量 h kg W T /1658.1'= h kg b a W PTA T /85905.01658.19995.0999.0)1(1熔体流量熔体流量 ）（实际投料流量?=??=-?-' = 该生产装置年产量11万吨，年开工300d.连续生产 ，切粒、包装工序物料损失率 0.5％。 h kg PET /55.15354005.012430010117 =-???= ） （熔体流量 PTA 投料质量流量：W T0＝15354.55×0.85905＝13190.33kg/h PTA 投料摩尔流量：N T0＝13190.33÷166＝79.4598kmol/h 5、 顺流程逐个设备的计算 ① R101物料衡算 101.1 PTA ：13190.33kg/h EG ：N T0 ·M r0·M EG ＝N T0×1.12×62＝5517.69kg/h 催化剂：W T0 ×0.05%＝13190.33×0.05％＝6.60kg/h 合计：13190.33＋5517.69＋6.60＝18714.62kg/h 101.2 H 2O :2N T0 ×?x ×M W ×0.97 ＝2 N T0 × 0.89 × 18 × 0.97＝2469.52kg/h （酯化反应生成的水有97％被汽化） h kg EG /29.494218 62 3675.013675.052.2469:=?-?（气相中EG 摩尔分率为0.3675） 合计：2469.52＋ 4942.29＝ 7411.81kg/h 101.3 EG: 4942.29 kg/h ( 蒸出的乙二醇经分离后全部返回到反应器R101中，且无其他组分) 101.1 催化剂：6.60 kg/h H 2O:2469.52 ×0.03 ÷ 0.97 ＝76.38kg/h EG: N T0×(M r －2x ＋p)×M EG ＝ N T0 (1.12－2×0.89＋0.75)×62＝443.39㎏/h 聚合物：N T0 [M T ＋( 2x － p ) M EG － 2 x M W ] 1.010 101.1 101.3 101.2 R101 ＝N T0 [166＋( 2×0.89－0.75 ) ×62－2×0.89×18 ] ＝15718.74 kg/h 合计: 6.60＋76.38＋443.39＋15718.74＝16245.11kg/h R101物料衡算验算： 总进料量＝18746.62＋4942.29＝23656.91kg/h 总出料量＝16245.11＋7411.81＝23656.92 kg/h ② R102物料衡算 102.2 H 2O ：(2 N T0×?x ×18＋76.38 )×0.9＝[2 N T0× (0.97－0.89 )×18＋76.38]×0.9 ＝274.70kg/h(R102中生成水加上R101中残留水的90％被蒸出) h kg EG /41.61418 62 3937.013937.070.274:=?-? 合计：274.70＋614.41＝889.11 kg/h 102.3 EG ：614.41kg/h 102.1 催化剂：6.60 kg/h H 2O ：274.70×0.1÷0.9＝30.52kg/h EG ：N T0× ( M r －2x ＋p )×M EG ＝N T0×(1.12－2×0.97＋0.87)×62 ＝246.33kg/h 聚合物：N T0 [M T ＋2x － p )×M EG － 2x M W ] ＝N T0×[166＋(2×0.97－0.87)×62－2×0.97×18] ＝15686.95 kg/h 合计：6.60＋30.52＋246.33＋15686.95＝15970.40 kg/h ③ R201物料衡算 在R201中加入消光剂EG 溶液（003.1）。由于抽真空会有少量聚合物被夹带出，使201.1中的 N T0减少为 N T0' ,同时夹带出极少量的消光剂及催化剂。 003.1 （20%消光剂－EG 混合浆液） 消光剂：W T ×0.005=65.95 kg/h EG: 65.95×0.8÷0.2 =263.80kg/h 合计：65.95＋263.80=329.75 kg/h 201.1 N T0 '=0.999 N T0 =79.3803 kmol/h （由于抽真空带出低聚物引起） 消光剂：65.95×0.999=65.88 kg/h 催化剂：6.60×0.999=6.59 kg/h EG：N T0 '( M r －2x＋p)×M EG =N T0 '( 1.05－2×0.99＋0.96 )×62 =147.65 kg/h 聚合物：N T0 '[ M T ＋(2x－p)×M EG －2xM W ] =N T0 '×[166＋(2×0.99－0.96)×62－2×0.99×18] =15368.03kg/h 合计：65.88＋147.65＋15368.03＋6.59=15588.15 kg/h 201.2 消光剂：65.95×0.001=0.07kg/h 催化剂：6.60×0.001=0.01 kg/h H 2O：2 N T0 ×?x×18＋30.52=2 N T0 (0.99－0.97)×18＋30.52＝87.73 kg/h （R201中生成的水加上R102中残留的水全部被蒸出） EG: N T0×?M r ×M EG ＋263.80=N T0 ×(1.12－1.05)×62＋263.80=608.66kg/h （随消光剂带入的乙二醇全部被蒸出） 聚合物：15368.03×0.001÷0.999=15.38kg/h（抽真空带出低聚物的数量）合计：0.07＋0.01＋87.73＋608.66＋15.38=711.85 kg/h R201物料平衡验算：总进料量=15970.40＋329.75=16300.15 kg/h 总出料量=15588.15＋711.85=16300.00 kg/h ④ R202物料衡算 在R202中由于抽空气会有少量聚合物被夹带出，使201.1中的N T0' 减少为N T0 ''。 同时夹带出极少量的消光剂及催化剂。 202.1 N T0''=0.9995×N T0 '=79.3406kg/h（由于抽真空带出低聚物引起） 消光剂：65.88×0.9995=65.85 kg/h 催化剂：6.59×0.9995=6.59kg/h EG: N T0''×( M r －2x＋p)×M EG =N T0 ''×(1.026－2＋0.984)×62=49.19 kg/h 聚合物：N T0''[ M T ＋(2x－p)×M EG －2xM W ]=N T0 ''×[166＋(2－0.984)×62－2×18] =15312.10 kg/h 合计：65.85＋6.59＋49.19＋15312.10=15433.73 kg/h 202.2 消光剂：65.88×0.0005=0.03 kg/h 催化剂：6.59×0.0005=0.00 kg/h H 2O: 2 N T0 '×?x×18=2 N T0 '×(1－0.99)×18=28.58kg/h 聚合物：15312.10×0.0005÷0.9995=7.66kg/h EG: N T0'×?M r ×M EG =N T0 '×(1.05－1.026)×62=118.12 kg/h 合计：0.03＋28.58＋7.66＋118.12=154.39 kg/h R202物料平衡验算：总进料量=15588.15kg/h 总出料量=15433.73＋154.39 =15588.12kg/h ⑤ R203物料衡算 203.1 消光剂：65.85kg/h 催化剂：6.59 kg/h EG：N T0''×( M r －2x＋p)×M EG =0 kg/h 聚合物：N T0''[ M T ＋(2x－p)×M EG －2xM W ] =N T0 ''×[166＋(2－0.9901)×62－2×18] =15282.09 kg/h 合计：65.85＋6.59＋15282.09=15354.53 kg/h 203.2 EG：=N T0''×?M r ×62=N T0 ''(1.026－1.0099)×62 =79.20 kg/h R203物料平衡验算：总进料量=15433.73 kg/h 总出料量=15354.53＋79.20=15433.73kg/h 计算出的203.1的数量与开始计算时求出的PET熔体的流量相同， 说明物料衡算的整个过程是正确的。[7] 6、物料平衡表见表5。 表5 PAT直接酯化缩聚连续操作物料平衡表单位： kg/h 物流代 号 PTA EG W 催化剂消光剂聚合物合计 101.0 101.1 101.2 101.3 102.1 102.2 102.3 201.1 201.2 003.1 202.1 202.2 203.1 203.2 13190.3 3 5517.69 443.39 4942.29 4942.29 246.33 614.41 614.41 147.65 608.66 263.80 49.19 118.12 79.20 76.38 2469.52 30.52 274.70 87.73 28.58 6.60 6.60 6.60 6.59 0.01 6.59 6.59 65.88 0.07 65.95 65.85 0.03 65.85 15718.7 4 15686.9 5 15368.0 3 15.38 15312.1 7.66 15282.0 9 18714.62 16245.11 7411.81 4942.29 15970.40 889.11 614.41 15588.15 711.85 329.75 15433.73 154.39 15354.53 79.20 第二节能量衡算 （1）主要物性参数，由相关资料查得以下数据： Hθ EG （25℃）＝－454.92KJ/mol Hθ PTA （25℃）＝－781.906KJ/mol Hθ PET （25℃）＝－209.2KJ/mol Hθ 水 （25℃）＝－241.818KJ/mol C P （水）＝ 33.577 J/mol C P （PET）＝261.1J/mol C P （EG）＝3.7KJ/mol 反应热：酯化：32.89KJ/mol 缩聚：-8.36KJ/mol EG汽化潜热：740.22KJ/Kg （2）基本公式 ∑Q＝∑H 出－∑H 进 Q ＝WC P ΔT ΔH ＝H 2－H 1＝C P ΔT 汽化热 H 汽/T 沸＝88 J/mol [8] （3）主要反应条件见表11。 表6 PET 生产主要反应条件 名称 混合釜 酯化一釜 酯化二釜 前缩聚釜 中缩聚釜 后缩聚釜 T(℃) t (h) P(105Pa) 30～40 0.75～1 250～260 1.5～2.0 15～2.0 255～260 1.75 265～275 1～1.5 0.5～0.8 275～280 0.8～1 0.05～0.08 280～285 1～1.3 0.01～0.02 （4）主要计算过程 根据物料平衡关系示意图，忽略催化剂、消光剂的影响。将EG 投入浆料罐时，取室温为25℃。参考表17的工艺条件参数。 101.0 进料EG 带入的能量： H EG （25℃）＝ H θ EG （25℃）×N T0（EG ）＝－454.92KJ/mol ×5517.69kg/h ÷62kg/kmol ＝－40485605.40 KJ/h 式中 N T0（EG ）——EG 的进料摩尔流量 进料PTA 带入的能量： H PTA （25℃）＝ H θPTA （25℃）×N T0（PTA ）＝ －781.906KJ/mol ×79.4598Kmol/h ＝ －62130094.38 KJ/h 式中 N T0（PTA ）——PTA 的进料摩尔流量。 合计：－40485605.40－62130094.38＝－102615699.78KJ/h 101.2 取第一酯化反应釜的温度为250℃，上升水蒸汽的质量流量为2469.52KJ/h ，上升EG 蒸汽的质量流量为4942.29KJ/h ，则 H 水（250℃）＝（H θ＋C P ΔT ）N ＝[－241.818＋33.577×10-3（250－25）]×2469.52×103÷18 ＝－32139866.44kJ/h H 汽（水） ＝88×10-3×（273＋100）×2469.52×103÷18＝ 4503306.92 KJ/h 反应热：酯化=13190.33×1000/166×0.89×32.89=2325955.78 KJ/h 缩聚=13190.33×1000/166×0.75×（－8.36）=－498213.07KJ/h 合计： －32139866.44＋4503306.92＋2325955.78－498213.07＝－ 25808816.81KJ/h 102.2 取第二酯化釜的温度为260℃，上升水蒸汽的质量流量为274.70 Kg/h ，上升EG 蒸汽的质量流量为614.41KJ/h ，则 H 水（260℃）＝（H θ＋C P ΔT ）N ＝[－241.818＋33.577×10-3（260－25）]×274.70×103÷18 ＝－3569992.12 KJ/h H 汽（水） ＝88×10-3×（273＋100）×274.70×103÷18＝500930.71KJ/h 反应热：酯化=13190.33×1000/166×（0.97－0.89）×32.89=209074.68 KJ/h 缩聚=13190.33×1000/166×（0.87－0.75）×（－8.36）=－79714.09KJ/h 合计： －3569992.12＋500930.71＋209074.68－79714.09＝－2939700.82KJ/h 201.2 取前缩聚反应器的温度为270℃，上升水蒸汽的质量流量为87.73 Kg/h ，上升EG 蒸汽的质量流量为608.66KJ/h ，则 H 水（270℃）＝（H θ＋C P ΔT ）N ＝[－241.818＋33.577×10-3（270－25）]×87.73×103÷18 ＝－1138499.67 KJ/h H 汽（水） ＝88×10-3×（273＋100）×87.73×103/18＝159980.53 KJ/h H EG （270℃）＝N ×C P ×ΔT ＝608.66×(270－260) ×3.7=22520.42 KJ/h H 汽（EG ） ＝608.66×740.22=450542.31 KJ/h 反应热：酯化=13190.33×1000/166×（0.99－0.97）×32.89=52268.67 KJ/h 缩聚=13190.33×1000/166×（0.96－0.87）×（－8.36）=－59785.57KJ/h 合计： －1138499.67＋159980.53＋22520.42＋450542.31＋52268.67－59785.57 ＝－512973.31 KJ/h 202.2 取中缩聚反应器的温度为275℃，上升水蒸汽的质量流量为28.58Kg/h ，上升EG 蒸汽的质量流量为118.12KJ/h ，则 H 水（275℃）＝（H θ＋C P ΔT ）N ＝[－241.818＋33.577×10-3（275－25）]×28.58×103÷18 ＝－370625.04 KJ/h H 汽 ＝88×10-3×（273＋100）×28.58×103÷18＝52117.22 KJ/h H EG （275℃）＝N ×C P ×ΔT ＝118.12×(275－270) ×3.7=2185.22 KJ/h H 汽（EG ） ＝118.12×740.22=87434.79KJ/h 反应热：酯化=13190.33×1000/166×（1－0.99）×32.89=26134.33 KJ/h 缩聚=13190.33×1000/166×（0.984－0.96）×（－8.36）=－15942.82KJ/h 合计： －370625.04＋52117.22＋2185.22＋87434.79＋26134.33－15942.82 ＝－218696.30 KJ/h 203.2 取后缩聚反应器的温度为285℃，上升EG 蒸汽的质量流量为79.20KJ/h ，则 H EG （285℃）＝N ×C P ×ΔT ＝79.20×(285－275) ×3.7=2930.40 KJ/h H 汽（EG ） ＝79.20×740.22=58625.42KJ/h 反应热：酯化=0 KJ/h 缩聚=13190.33×1000/166×（0.9901－0.984）×（－8.36）=－4052.13KJ/h 合计： 2930.40＋58625.42－4052.13＝57503.69KJ/h 203.1 出料熔体带出的能量： H PET （285℃）＝ [H θPET （25℃）＋C P ·ΔT ]·N PET ＝ [ － 209.2KJ/mol ＋ 261.1J/mol ·K × （ 285 － 25）]×15282.09kg/h ÷19454＝－111009.21 KJ/h 式中 N PET —— 出料熔体的质量流量 总的能量平衡关系为： H EG （25℃）＋H PTA （25℃）＋ Q 热媒＝ H PET （285℃）＋Σ（H 水＋H 汽＋H EG ＋H 汽(EG) ＋H 反 应热 则 Q 热媒 ＝（－25808816.81－2939700.82－512973.31－218696.30＋57503.69－ 111009.21）－(－102615699.78) ＝73082006.94kJ/h 尽管在聚酯工艺中所有的载热管道均采用了包裹石棉的保温措施，但还是避免不了一部分热量的散失，这里以10％的散失率来计算，所以热煤炉消耗的功率为： W 热媒＝Q 热媒÷（1－10％）÷3600＝73082006.94÷0.9÷3600 ＝22556.17KW 第四章 小结 PET 的发展前景 心得体会 第一章 1.简述高分子化合物的生产过程。 答：(1)原料准备与精制过程; 包括单体、溶剂、去离子水等原料的贮存、洗涤、精制、干燥、调整浓度等过程和设备。(2)催化剂(引发剂)配制过程; 包括聚合用催化剂、引发剂和助剂的制造、溶解、贮存。调整浓度等过程与设备。(3)聚合反应过程；包括聚合和以聚合釜为中心的有关热交换设备及反应物料输送过程与设备.(4)分离过程；包括未反应单体的回收、脱出溶剂、催化剂，脱出低聚物等过程与设备。(5)聚合物后处理过程；包括聚合物的输送、干燥、造粒、均匀化、贮存、包装等过程与设备。(6)回收过程；主要是未反应单体和溶剂的回收与精制过程及设备。 2 简述连续生产和间歇生产工艺的特点 答：间歇生产是聚合物在聚合反应器中分批生产的，经历了进料、反应、出料、清理的操作。优点是反应条件易控制，升温、恒温可精确控制，物料在聚合反应器中停留的时间相同，便于改变工艺条件，所以灵活性大，适于小批量生产，容易改变品种和牌号。缺点是反应器不能充分利用，不适于大规模生产。 连续生产是单体和引发剂或催化剂等连续进入聚合反应器，反应得到的聚合物则连续不断的流出聚合反应器的生产。优点是聚合反应条件稳定，容易实现操作过程的全部自动化、机械化，所得产品质量规格稳定，设备密闭，减少污染。适合大规模生产，因此劳动生产率高，成本较低。缺点是不宜经常改变产品牌号，不便于小批量生产某牌号产品。 3.合成橡胶和合成树脂生产中主要差别是哪两个过程，试比较它们在这两个生产工程上的主要差别是什么？ 答:合成树脂与合成橡胶在生产上的主要差别为分离工程和后处理工程。 分离工程的主要差别：合成树脂的分离通常是加入第二种非溶剂中，沉淀析出；合成橡胶是高粘度溶液，不能加非溶剂分离，一般为将高粘度橡胶溶液喷入沸腾的热水中，以胶粒的形式析出。 后处理工程的主要差别：合成树脂的干燥，主要是气流干燥机沸腾干燥；而合成橡胶易粘结成团，不能用气流干燥或沸腾干燥的方法进行干燥，而采用箱式干燥机或挤压膨胀干燥剂进行干燥。 4. 简述高分子合成工业的三废来源、处理方法以及如何对废旧材料进行回收利用。 答: 高分子合成工业中:废气主要来自气态和易挥发单体和有机溶剂或单体合成过程中使用的气体;污染水质的废水主要来源于聚合物分离和洗涤操作排放的废水和清洗设备产生的废水;废渣主要来源于生产设备中的结垢聚合物和某些副产物.。 对于废气处理，应在生产过程中严格避免设备或操作不善而造成的泄露，并且加强监测仪表的精密度，以便极早察觉逸出废气并采取相应措施，使废气减少到容许浓度之下。对于三废的处理，首先在井陉工厂设计时应当考虑将其消除在生产过程中，不得已时则考虑它的利用，尽可能减少三废的排放量，例如工业上采用先进的不适用溶剂的聚合方法，或采用密闭循环系统。必须进行排放时，应当了解三废中所含各种物质的种类和数量，有针对性地回收利用和处理，最后再排放到综合废水处理场所。 废弃物的回收利用有以下三种途径： 1,、作为材料再生循环利用； 2、作为化学品循环利用； 3、作为能源回收利用 第一节合成高分子化合物的基本方法 一、教材分析和教学策略 1、新旧教材对比： 教材的要求与过渡教材不一样，如要求学生书写缩聚物结构式要在方括号外侧写出链节余下的端基原子和原子团，而加聚物的端基不确定，通常用横线表示。 2、本节的内容体系、地位和作用 本节首先，用乙烯聚合反应说明加成聚合反应，用乙二酸与乙二醇生成聚酯说明缩合聚合反应，不介绍具体的反应条件，只介绍加聚与缩聚反应的一般特点，并借此提出单体、链节（即重复结构单元）、聚合度等概念，能识别加聚反应与缩聚反应的单体。利用“学与问”“思考与交流”等栏目，初步学会由简单的单体写出聚合反应方程式、聚合物结构式或由简单的聚合物奠定基础。 本节是在分别以学科知识逻辑体系为主线（按有机化合物分类、命名、分子结构特点、主要化学性质来编写）和以科学方法逻辑发展为主线（先介绍研究有机化合物的一般步骤和方法，再介绍有机合成，最后介绍合成高分子化合物的基本方法），不断深入认识有机化合物后，进一步了解合成有机高分子化合物的基本方法。明显可以看出来是《有机化学基础》第三章第四节“有机合成”基础上的延伸。学习本讲之后，将有助于学生理解和掌握高分子材料的制取及性质。 3、教学策略分析 1）开展学生的探究活动： “由一种单体进行缩聚反应，生成小分子物质的量应为（n-1）；由两种单体进行缩聚反应，生成小分子物质的量应为（2n-1）”；由聚合物的分子式判断单体。 2）紧密联系前面学过的烯烃和二烯烃的加聚反应、加成反应、酯化反应、酯的水解、蛋白质的水解等知识，提高运用所学知识解决简单问题的能力，同时特别注意官能团、结构、性质三位一体的实质。 3）运用多煤体生动直观地表现高分子化合物合成的基本方法。 二、教学设计方案 （一）教学目标： 1、知识和技能 ①能举例说明合成高分子的组成与结构特点，能依据简单合成高分子的结构分析其链节和单体。 ②能说明加聚反应和缩聚反应的特点 2、过程与方法 了解高分子化合物合成的基本方法。 3、情感、态度与价值观 使学生感受到，掌握了有机高分子化合物的合成原理，人类是可以通过有机合成不断合成原自然界不存在的物质，从而为不断提高人类生活水平提供物质基础。 （二）教学重点： 通过具体实例说明加成聚合反应和缩合聚合反应的特点，能用常见的单体写出简单的聚合反应方程式和聚合物的结构式，或从简单的聚合物结构式分析出单体。 （三）教学难点： 理解加聚反应过程中化学键的断裂与结合，用单体写出聚合反应方程式和聚合物结构式；从聚合物结构式分析出单体。 1. 简述高分子化合物的生产过程。 答：(1)原料准备与精制过程；包括单体、溶剂、去离子水等原 料的贮存、洗涤、精制、干 燥、调整浓度等过程和设备。 (2)催化剂(引发剂)配制过程；包括聚合用催化剂、引发剂和 助剂的制造、溶解、贮存。调整浓度等过程与设备。 釜为中心的有关热交换设备及反应物料输送过程与设备 收、脱出溶剂、催化剂，脱出低聚物等过程 与设备。 输送、干燥、造粒、均匀化、贮存、包装等过程与设 备。 和溶剂的回收与精制过程及设备。 2简述连续生产和间歇生产工艺的特点 优点是反应条件易控制， 升温、恒温可精确控制，物料在聚合反应器中停留的时间相同，便 于改变工艺条件，所以灵活性大，适于小批量生产，容易改变品种和牌号。 缺点是反应器不 能充分利用，不适于大规模生产。 连续生产是单体和引发剂或催化剂等连续进入聚合反应器，反应得到的聚合物则连续 不断的流出聚合反应器的生产。优点是聚合反应条件稳定，容易实现操作过程的全部自动化、 机械化，所得产品质量规格稳定，设备密闭，减少污染。适合大规模生产，因此劳动生产率 高，成本较低。缺点是不宜经常改变产品牌号，不便于小批量生产某牌号产品。 3. 合成橡胶和合成树脂生产中主要差别是哪两个过程，试比较它们在这两个生产工程上的 主要差别是什么？ 答：合成树脂与合成橡胶在生产上的主要差别为分离工程和后处理工程。 分离工程的主要差别：合成树脂的分离通常是加入第二种非溶剂中，沉淀析出；合成橡 胶是高粘度溶液，不能加非溶剂分离， 一般为将高粘度橡胶溶液喷入沸腾的热水中， 以胶粒 的形式析出。 后处理工程的主要差别：合成树脂的干燥，主要是气流干燥机沸腾干燥；而合成橡胶易 粘结成团，不能用气流干燥或沸腾干燥的方法进行干燥， 而采用箱式干燥机或挤压膨胀干燥 剂进行干燥。 4. 简述高分子合成工业的三废来源、处理方法以及如何对废旧材料进行回收利用。 答：高分子合成工业中：废气主要来自气态和易挥发单体和有机溶剂或单体合成过程中使 用的气体；污染水质的废水主要来源于聚合物分离和洗涤操作排放的废水和清洗设备产生的 废水；废渣主要来源于生产设备中的结垢聚合物和某些副产物 .。 对于废气处理，应在生产过程中严格避免设备或操作不善而造成的泄露， 并且加强监测 仪表的精密度，以便极早察觉逸出废气并采取相应措施， 使废气减少到容许浓度之下。 对于 三废的处理，首先在井陉工厂设计时应当考虑将其消除在生产过程中， 不得已时则考虑它的 利用，尽可能减少三废的排放量，例如工业上采用先进的不适用溶剂的聚合方法， 或采用密 闭循环系统。必须进行排放时，应当了解三废中所含各种物质的种类和数量， 有针对性地回 收利用和处理，最后再排放到综合废水处理场所。 废弃物的回收利用有以下三种途径： 1、 、作为材料再生循环利用； 2、 作为化学品循环利用； 3、 作为能源回收利用 第一章 答：间歇生产是聚合物在聚合反应器中分批生产的, 经历了进料、反应、出料、清理的操作。 (3)聚合反应过程；包括聚合和以聚合 ?(4)分离过程；包括未反应单体的回 (5)聚合物后处理过程；包括聚合物的 (6)回收过程；主要是未反应单体 “聚合物合成原理及工艺学” 习题集 大学高分子科学与工程学院 第一章绪论 1.试述高分子合成工艺学的主要任务。 2.简述高分子材料的主要类型，主要品种以及发展方向。 3.用方块图表示高分子合成材料的生产过程，说明每一步骤的主要特点及意义。 4.如何评价生产工艺合理及先进性。 5.开发新产品或新工艺的步骤和需注意的问题有哪些？ 第二章生产单体的原料路线 1.简述高分子合成材料的基本原料（即三烯、三苯、乙炔）的来源。 2.简述石油裂解制烯烃的工艺过程。 3.如何由石油原料制得芳烃？并写出其中的主要化学反应及工艺过程。 4.画出C4馏分中制取丁二烯的流程简图，并说明采用萃取精馏的目的。 5.简述从三烯（乙烯、丙烯、丁二烯）、三苯（苯、甲苯、二甲苯），乙炔出发制备高分子材料的主要单体合成路线（可用方程式或图表表示，并注明基本工艺条件）。 6.如何由煤炭路线及石油化工路线生产氯乙烯单体？ 7.简述苯乙烯的生产方法。 8.试述合成高分子材料所用单体的主要性能，在贮存、运输过程中以及在使用时应注意哪些问题？ 9.论述乙烯产量与高分子合成工艺的关系。 第三章游离基本体聚合生产工艺 1.自由基聚合过程中反应速度和聚合物分子量与哪些因素有关？工艺过程中如何调节？ 2.自由基聚合所用引发剂有哪些类型，它们各有什么特点？ 3.引发剂的分解速率与哪些因素有关？引发剂的半衰期的含义是什么？生产中有何作用？ 4.引发剂的选择主要根据哪些因素考虑？为什么？ 5.举例说明在自由基聚合过程中，调节剂，阻聚剂，缓聚剂的作用。 6.为什么溶剂分子的Cs值比调节剂分子的Cs小的多，而对聚合物分子量的影响往往比调节剂大的多？ 7.以乙烯的本体聚合为例，说明本体聚合的特点。 8.根据合成高压聚乙烯的工艺条件和工艺过程特点，组织高压聚乙烯的生产工艺流程，并划出流程示意图。 9. 高压聚乙烯分子结构特点是怎样形成的，对聚合物的加工及性能有何影响。 10. 乙烯高压聚合的影响因素有哪些？ 11. 对比管式反应器及釜式反应器生产高压聚乙烯的生产工艺。 12.聚乙烯的主要用途有哪些、可以采用哪些方法改进它的性能，开发新用途。 13.比较高压聚乙烯及聚苯乙烯的生产工艺流程，改进聚苯乙烯的性能，可采用哪些方法？ 14.试述聚苯乙烯和有机玻璃的优缺点及改性方向。 15.比较聚乙烯、聚苯乙烯、聚氯乙烯，聚甲基丙烯酸甲酯本体聚合工艺的异同。 习题集（348） 第一章绪论（37） 一、判断（10） 1、由于塑料包装物大多呈白色，它们造成的环境污染被称为白色污染。（+ ） 2、连续聚合特点是聚合反应条件是稳定的，容易实现操作过程的全部自动化，机械化，便于小批量生产。（_ ） 3、进行聚合反应的设备叫做聚合反应器。根据聚合反应器的形状主要分为管式、塔式和釜式聚合反应器。（+ ） 4、本体聚合与熔融缩聚得到的高粘度熔体不含有反应介质，如果单体几乎全部转化为聚合物，通常不需要经过分离过程。如果要求生产高纯度聚合物，应当采用真空脱除单体法。（+） 5、乳液聚合得到的浓乳液或溶液聚合得到的聚合物溶液如果直接用作涂料、粘合剂，也需要经过分离过程。（_ ） 6、合成橡胶是用物理合成方法生产的高弹性体。经硫化加工可制成各种橡胶制品。（_ ） 7、合成纤维通常由线型高分子量合成树脂经熔融纺丝或溶液纺丝制成。加有少量增光剂、防静电剂以及油剂等。（+ ） 8、合成树脂生产中回收的溶剂。通常是经离心机过滤与聚合物分馏得到的。（+ ） 9、高分子合成工厂中最易发生的安全事故是引发剂、催化剂、易燃单体、有机溶剂引起的燃烧与爆炸事故。（+ ） 10、塑料具有取材容易，价格低廉，加工方便，质地轻巧等优点。（+ ） 二、填空（10） 1、根据产量和使用情况合成橡胶可分为通用合成橡胶与特种合成橡胶两大类。 2、离子聚合及配位聚合实施方法主要有本体聚合与溶液聚合两种方法。 3、在溶液聚合方法中，如果所得聚合物在反应温度下不溶于反应介质中而称为非均相溶液聚合。 4、塑料的原料是合成树脂和助剂。 5、塑料成型重要的有：注塑成型、挤塑成型、吹塑成型、模压成型等。 6、高分子合成工业的产品形态可能是液态低聚物、坚韧的固态高聚物或弹性体。 7、高分子合成工业的基本原料为石油、天然气、煤炭等。 8、为使釜式聚合反应器中的传质、传热过程正常进行，聚合釜中必须安装搅拌器。 9、自由基悬浮聚合得到固体珠状树脂在水中的分散体系。可能含有少量反应单体和分散剂。脱除未反应单体用闪蒸的方法，对于沸点较高的单体则进行蒸汽蒸馏，使单体与水共沸以脱除。 10、离子聚合与配位聚合反应得到的如果是固体聚合物在有机溶剂中的淤浆液，但是通常含有较多的未反应单体和催化剂残渣。如果催化剂是低效的，则应当进行脱除。用醇破坏金属有机化合物，然后用水洗涤以溶解金属盐和卤化物。 “聚合物制备工程”部分样题 一、填空题（10） 1、间歇反应器的设计方程、平推流反应器的设计方程，单级理想混合流反应器的设计方程是。 2、使用了离子型和非离子型乳化剂配方生产的聚合物乳液体系，其聚合温度应高于，低于和。 3、聚氯乙烯工业生产通过控制聚合物分子量，乳液丁苯工业生产通过调节聚合物分子量，聚烯烃工业生产通过调节聚合物分子量。 4、生产丁基橡胶使用的单体为和，丁基橡胶聚合过程的两大特点为和。 5、PET的主要工业技术路线是和，其主要实施方法是和。 二、简答题目（40分） （1）一化工设计院设计聚酯反应器，要求每天反应4800 kg的己二酸，且反应过程严格控制与己二醇等摩尔比反应，在343K下，以硫酸为催化剂的动 力学方程为： 2 A A kC = γ 其中：r A——消耗己二酸反应速度， kmol/l?min；k——反应速度常数，为1.97 l/kmol?min（反应温度70℃）；C A——己二酸的瞬时浓度，kmol/l。己二酸分子量为146。己二酸的初始浓度C A0＝0.008 kmol/l；每个反应器的有效体积均为0.8m3，采用多级串连理想混合反应器，控制转化率达到85％，需要几个反应器串联才能实现这一控制要求？（8分） （2）采用平推流反应器、单级理想混合反应器、三级串联理想混合反应器分别进行活性阴离子聚合制备聚苯乙烯，请说明三种反应器对产物分子量分布的影响，并解释原因。（8分） （3）简述采用管式和釜式反应器生产低密度聚乙烯（LDPE）的特点及产生差 异的原因。（8分） （4） 溶剂是影响溶液聚合重要因素，请以顺丁橡胶为例，说明如何选择溶剂？ （8分） （5） 丙烯腈是在三大合成材料中得到广泛应用的单体之一，请以丙烯腈为单 体之一，写出目前已经实现工业化的至少5种高分子量共聚物的名称、缩写、聚合原理，实施方法（三大合成材料必须每种至少一个实例）。（8分） 三、流程与工艺（30分） （1） 试用流程框图和必要的文字描述低温乳液丁苯橡胶生产工艺，并简述其 控制转化率的原因。（15分） （2） 试用流程框图和必要的文字描述乳液接枝-掺混法制备ABS 的生产工艺 流程，并简述制备ABS 的关键技术。（15分） 四、分析与综合（10分） 某氯碱公司具备氯乙烯单体（VCM ）的生产能力，以及较强的聚合物生产能力，以VCM 为基本原料（可以选择合适共聚单体），不同客户提出了各自对聚合物需求，请按照以下需求，选择实施方法，并说明选择的理由。（10分） a) 客户1主要用于塑钢门窗的生产； b) 客户2主要用于透明医用包装材料的生产； c) 客户3主要用于皮革、壁纸等生产； d) 客户4主要用于涂料生产。 “聚合物加工工程”部分样题 一、简要回答下列问题（5分×4-20分） 1. 已知某流体的能量守恒方程为:v dT c q V dt ρτ=-??+?，请说明该流体有何特点？并解释方程中各项的物理意义。 2.用图示方法表示下列流变学物理量。 1．粘釜产生原因、危害及防止措施。 粘釜原因：物理因素：吸附作用；化学因素：粘附作用。 危害：（1）传热系数下降；（2）产生“鱼眼”，使产品质量严重下降；（3）需要清釜，非生产时间加长。 防止措施：（1）釜内金属钝化；（2）添加水相阻聚剂，终止水相中的自由基，例如在明胶为分散剂的体系中加入醇溶黑、亚硝基R盐、甲基蓝或硫化钠等；（3）釜内壁涂极性有机物，防让金属表面发生引发聚合或大分子活性链接触釜壁就被终止聚合而钝化；（4）采用分子中有机成分高的引发剂，如过氧化十二酰. 清釜；（5）提高装料系数，满釜操作。 减少粘釜的方法：目前先进的方法是聚合配方中加入防粘釜剂防粘釜剂的种类很多，（而且生产工厂技术保密，主要是苯胺染料、蒽醌染料等的混合溶液或这些染料与某些有计酸的络合物，一般用量极少，产生明星的作用）此时产生的少量粘釜物用高压水枪冲洗即可（水压>21mpa）达到清釜目的。 2.高分子合成材料的生产过程 答: 1）原料准备与精制过程特点:单体溶剂等可能含有杂质,会影响到聚合物的原子量,进而影响聚合物的性能,须除去杂质意义:为制备良好的聚合物做准备 2）催化剂配制过程特点:催化剂或引发剂的用量在反应中起到至关重要的作用,需仔细调制. 意义:控制反应速率,引发反应 3）聚合反应过程特点:单体反应生成聚合物,调节聚合物的分子量等,制取所需产品意义:控制反应进程,调节聚合物分子量 4）分离过程特点:聚合物众位反应的单体需回收,溶剂,催化剂须除去意义:提纯产品,提高原料利用率 5）聚合物后处理过程特点:聚合物中含有水等;需干燥. 意义:产品易于贮存与运输6）回收过程特点:回收未反应单体与溶剂意义:提高原料利用率,降低成本,防止污染环境 3. 生产单体的原料路线有几条？试比较它们的优缺点？ 答：工业上生产的高聚物主要是加聚高聚物和缩聚高聚物。当前主要有两条路线。（1）石油化工路线（石油资源有限））石油化工路线（石油资源有限）石油经开采得油田气和原油。原油经炼制得到石脑油、煤油和柴油等馏分和炼厂气。以此为原料进行高温热裂解可得到裂解气和裂解轻油。裂解气经分离精制可得到乙烯、丙烯、丁烯和丁二烯等。裂解轻油和煤油经重整得到的重整油，经加氢催化重整使之转化为芳烃，经抽提（萃取分离）得到苯、甲苯、二甲苯和萘等芳烃化合物。（2）煤炭路线（资源有限，耗能大））煤炭路线（资源有限，耗能大）煤矿经开采得到煤炭，煤炭经炼焦得煤气、氨、煤焦油和焦炭。煤焦油经分离精制得到苯、甲苯、二甲苯、萘和苯酚等。焦炭与石灰石在高温炉中高温加热得到电石（CaC2），电石与 H2O 反应得到乙炔。炔可以合成氯乙烯、醋酸乙烯和丙烯腈等单体或其他有机原料。（3）其他原料路线）主要是以农副产品或木材工业副产品为基本原料，直接用作单体或经化学加工为单体。本路线原料不足、成本较高，但它也是充分利用自然资源，变废为宝的基础上小量生产某些单体，其出发点是可取的。 4.高压聚乙烯分子结构特点是怎么样形成的,对聚合物的加工性能有何影响? 答:乙烯在高温下按自由基聚合反应的机理进行聚合。高温状况下,PE分子间的距离缩短,且易与自由基碰撞反应,很容易发生本分子链转移,支链过多。 影响：这种PE加工流动性好,.可以采取中空吹塑,注塑,挤出成型等加工方法,具有良好的光学性能,强度,柔顺性,封合性,无毒无味,良好的电绝缘性 5.悬浮聚合与本体聚合相比有那些特点? 答:1) 以水为分散介质,价廉,不需回收,安全,易分离.2）悬浮聚合体粘度低,温度易控制,3）颗粒形态较大,可以制成不同粒径的粒子4）需要一定的机械搅拌和分散剂5）产品不如本体聚合纯净 6)悬浮聚合的操作方式为间歇,本体为连续 6.简述聚氯乙烯PVC悬浮聚合工艺过程 答:1、准备工作:首先将去离子水,分散剂及除引发剂以外的各种助剂,经计量后加于聚反应釜中,然后加剂量的氯乙烯单体, 2、聚合:升温至规定的温度.加入引发剂溶液或分散液,聚合反应随时开 聚合物合成工艺学课后习题全解 1. 何谓三大合成材料？简要说明他们的特点。 答:（1）用合成的高分子化合物或称做合成的高聚物为挤出制造的有机材料，统称为合成材料。其中以塑料、合成纤维、合成橡胶塑料、塑料合成纤维、合成橡胶称为三大合成材料。 （2）特点： 塑料是以合成树脂为基本成分，具有质轻、绝缘、耐腐蚀、美观、制品形式多样化等。塑料大多是有机材料，因此其主要的缺点是绝大多数塑料制品都可以燃烧，在长期使用过程中由于光线、空气中氧的作用以及环境条件和热的影响，其制品的性能逐渐变坏，甚至损坏到不能使用，即发生老化现象。 合成橡胶是用化学的合成方法产生的高弹性体。经硫化加工可制成各种橡胶制品。某些种类合成橡胶的橡胶具有较天然橡胶为优良的耐热、耐磨、耐老化、耐腐蚀或耐油等性能。合成纤维，线型结构的高分子量合成树脂，经过适当方法纺丝得到的纤维称为合成纤维。 合成纤维成纤维与天然纤维相比较，具有强度高、耐摩擦、不被虫蛀、耐化学腐蚀等优点。缺点是不易着色，未经过处理时易产生静电荷，多数合成纤维吸湿性差。 2. 合成高分子化合物的聚合反应主要包括哪两大类？ 答：合成高分子化合物的聚合反应主要包括连锁聚合反应和逐步聚合反应两大类。 3. 单体储存时应注意什么问题，并说明原因？ 答：单体储存时应达到防止单体自聚、着火和爆炸的目的。 （1）防止单体自聚，为了防止单体自聚，在单体中添加少量的阻聚剂。 （2）防止着火，为了防止着火事故发生，单体储罐要远离反应装置，储罐区严禁明火以减少着火的危险。 （3）防止爆炸，防止爆炸事故的发生，首先要防止单体泄露，因单体泄露后与空气接触产生易爆炸的混合物或过氧化物；储存气态单体或经压缩冷却后液化的单体的储罐应是耐压的储罐；高沸点的单体储罐应用氮气保护，防止空气进入。 4. 聚合物反应产物的特点是什么？ 答：①聚合物的相对分子量具有多分散性。 ②聚合物的形态有坚韧的固体、粉状、粒状和高粘度的溶液。 ③聚合物不能用一般产品精制的方法如蒸馏、重结晶和萃取等方法进行精制和提纯。 5. 选择聚合方法的原则是什么？ 答：聚合方法的选择原则是根据产品的用途所要求的产品形态和产品成本选择选择适当的聚合方法。 6. 生产单体的原料路线有几条？试比较它们的优缺点？ 答：工业上生产的高聚物主要是加聚高聚物和缩聚高聚物。当前主要有两条路线。 （1）石油化工路线（石油资源有限））石油化工路线（石油资源有限）石油经开采得油田气和原油。原油经炼制得到石脑油、煤油和柴油等馏分和炼厂气。 65 6-12 根据装配示意图查表拼画化工设备图 技术特性表 管 口 表 e 200 JB/T 81-1994 平面 排污口 d 200 JB/T 81-1994 平面 出料口 c 20 JB/T 81-1994 平面 排气口符号 公称尺寸 连接尺寸标准 连接面形式 用途或名称 a 450 HG21515-1995 人孔 b 200 JB/T 81-1994 平面 进料口设计温度 100 操作温度 40 物料名称 容器类别 I 1.5 腐蚀裕度/mm 焊缝系数 0.85 设计压力/MPa 常压工作压力/MPa 常压 作业指导书 一、 目的 （1） 掌握化工设备零部件的查表方法。（2） 掌握标准件的规定标记的书写方法。 （3） 熟悉化工设备图的包含的内容及表达方法。（4） 掌握化工设备图的作图步骤。二、 内容和要求 （1） 读懂装配示意图，了解所用化工设备标准件的类型， 在6-14、6-15中绘出标准零部件的图形，并标注尺寸，为 装配图的绘制作好准备。 （2） 由装配示意图，绘出储罐设备图。（3） A2图纸，横放，绘图比例自定。三、 注意事项 （1） 画图前看懂设备示意图及有关零部件图，了解设备的 工作情况及各零部件的装配连接关系。 （2） 综合运用化工设备图的表达方法确定表达方案。（3） 要合理布置视图及标题栏、明细栏、管口表、技术特 性表、技术要求。 （4） 参考书中焊缝图形，正确绘出焊缝图形。 姓名班级 学号 6-13 化工设备示意图 姓名学号 6-14 查表确定零件尺寸，作出图形并标注尺寸 姓名 班级 学号 6-15 查表确定零件尺寸，作出图形并标注尺寸 姓名学号 一：各聚合原理的分子量控制 1.自由基聚合：控制平均分子量的手段：（1）严格控制引发剂的用量，一般仅为千分之 几；（2）严格控制反应温度和其他反应条件；（3）选择适当的分子量调节剂并严格控制其用量。 2.线性缩聚：①线型高分子量缩聚物生产过程中单体转化率的高低对产品的平均分子量产 生重要影响。 ②缩聚物生产过程中两种二元官能团单体的摩尔比应严格相等，而加入适量 的一元官能团单体以控制产品的平均分子量； ③缩聚反应生成的小分子化合物须及时用物理方法或化学方法除去，其残存 量对聚合度产生明显影响。 3.阴离子：单体用量。 二：丁苯橡胶为什么不用悬浮聚合？ 答：由于合成橡胶在室温下为弹性体状态，容易粘结成块，因此一般不能用本体聚合和悬浮聚合方法进行生产。 三：破乳的方法 答：1）加入电解质：少量增大稳定性，过量破乳 2)改变pH 值：脂肪酸的生成使乳液失稳 3) 冷冻破乳：水先析出结晶， 4)机械破乳：粒子的碰撞 5) 稀释破乳：临界胶束浓度 五：酸法制酚醛树脂 碱法制酚醛树脂 六：比较悬浮聚合和乳液聚合、本体聚合的优缺点。 悬浮聚合的特点：优点：用水作为连续相，聚合反应热易除去；操作安全；反应体系粘度较低；温度易控制；分离较容易；产品纯度较乳液聚合的高。缺点：分散体系不稳定，间歇法生产。 乳液聚合的特点：优点：聚合反应热清除较容易；反应体系粘度低；分散体系的稳定性优良，可连续操作；产品乳液可直接用作涂料、粘合剂、表面处理剂。缺点：分离过程较复杂，产生大量废水，直接干燥能耗大；聚合物杂质含量较高。 本体聚合的特点：优点：无反应介质，工艺过程简单。缺点：聚合反应热的散发困难，反应温度难以控制，一般先进行预聚合，排除部分反应热；反应后期粘度大，单体反应不易进行完全. 溶液聚合的特点：优点：聚合温度易控制，聚合物分子量分布及结构状态易调节。 缺点：聚合速度慢，设备利用率低，增加了溶剂回收和纯化工序，成本较高，有一定的危险性，聚合物分子量较低，转化率不高。 第一次作业 1.何谓三大合成材料？简要说明他们的特点。 答：（1）用合成的高分子化合物或称作合成的高聚物为基础制造的有机材料，统称为合成材料。其中以塑料、合成纤维、合成橡胶称为三大合成材料。 （2）特点：①塑料是以合成树脂为基本成分，具有质轻、绝缘、耐腐蚀、美观、制品形式多样化等。其主要的缺点是绝大多数塑料制品都可以燃烧，在长期使用过程中由于光线、空气中氧的作用以及环境条件和热的影响，其制品的性能逐渐变坏，甚至损坏到不能使用，即发生老化现象。 ②合成橡胶是用化学的合成方法产生的高弹性体。经硫化加工可制成各种橡胶制品。某些种类的橡胶具有较天然橡胶为优良的耐热、耐磨、耐老化、耐腐蚀或耐油等性能。 ③合成纤维，线型结构的高分子量合成树脂，经过适当方法纺丝得到的纤维称为合成纤维。合成纤维与天然纤维相比较，具有强度高、耐摩擦、不被虫蛀、耐化学腐蚀等优点。缺点是不易着色，未经过处理时易产生静电荷，多数合成纤维吸湿性差。 2.合成高分子化合物的聚合反应主要包括哪两大类？ 答：合成高分子化合物的聚合反应主要包括不饱和单体和二烯烃类单体的加成聚合反应和活性单体的逐步聚合反应两大类。 3.单体储存时应注意什么问题，并说明原因？ 答：（1）单体储存时应达到防止单体自聚、着火和爆炸的目的。 （2）①为了防止单体自聚，在单体中添加少量的阻聚剂。②为了防止着火事故发生，单体贮罐要远离反应装置，贮罐区严禁明火以减少着火的危险。③为防止爆炸事故的发生，首先要防止单体泄露，因单体泄露后与空气接触产生易爆炸的混合物或过氧化物；贮存气态单体或经压缩冷却后液化的单体的贮罐应是耐压容器；高沸点的单体贮罐应用氮气保护，防止空气进入。 4.聚合物反应产物的特点是什么？ 答：①聚合物的相对分子量具有多分散性。 ②聚合物的形态为坚韧的固体物、粉状、粒状和高粘度的熔体或溶液。 ③聚合物不能用一般产品精制方法如蒸馏、结晶和萃取等方法进行精制提纯。 5.选择聚合方法的原则是什么？ 答：选择原则是根据产品的用途所要求的产品形态和产品成本选择选择适当的聚合方法。 第二次作业 6.生产单体的原料路线有几条？试比较它们的优缺点？ 答：工业上生产的高聚物主要是加聚型高聚物和缩聚（逐步聚合型）高聚物。当前主要有两条路线； （1）石油化工路线（石油资源有限） 原油经炼制得到汽油、石脑油、煤油和柴油等馏分和炼厂气。以此为原料进行高温热裂解可得到裂解气和裂解轻油。裂解气经分离得到乙烯、丙烯、丁烯和丁二烯等。裂解轻油和煤油经重整得到的重整油，经加氢催化重整使之转化为芳烃，经萃取分离得到苯、甲苯、二甲苯等芳烃化合物。 （2）煤炭路线（资源有限，耗能大） 煤炭经炼焦得煤气、氨、煤焦油和焦炭。煤焦油经分离精制得到苯、甲苯、和苯酚等。 焦炭与石灰石在电炉中高温反应得到电石（CaC2），电石与H2O反应得到乙炔，由乙炔可以合成氯乙烯、醋酸乙烯和丙烯腈等乙烯基单体或其他有机原料。 （3）其他原料路线（原料不足、成本较高） 聚合物合成工艺学课后习题 第一次作业 1.何谓三大合成材料？简要说明他们的特点。 答：（1）用合成的高分子化合物或称作合成的高聚物为基础制造的有机材料，统称为合成材料。其中以塑料、合成纤维、合成橡胶称为三大合成材料。 （2）特点：①塑料是以合成树脂为基本成分，具有质轻、绝缘、耐腐蚀、美观、制品形式多样化等。其主要的缺点是绝大多数塑料制品都可以燃烧，在长期使用过程中由于光线、空气中氧的作用以及环境条件和热的影响，其制品的性能逐渐变坏，甚至损坏到不能使用，即发生老化现象。 ②合成橡胶是用化学的合成方法产生的高弹性体。经硫化加工可制成各种橡胶制品。某些种类的橡胶具有较天然橡胶为优良的耐热、耐磨、耐老化、耐腐蚀或耐油等性能。 ③合成纤维，线型结构的高分子量合成树脂，经过适当方法纺丝得到的纤维称为合成纤维。合成纤维与天然纤维相比较，具有强度高、耐摩擦、不被虫蛀、耐化学腐蚀等优点。缺点是不易着色，未经过处理时易产生静电荷，多数合成纤维吸湿性差。 2.合成高分子化合物的聚合反应主要包括哪两大类？ 答：合成高分子化合物的聚合反应主要包括不饱和单体和二烯烃类单体的加成聚合反应和活性单体的逐步聚合反应两大类。 3.单体储存时应注意什么问题，并说明原因？ 答：（1）单体储存时应达到防止单体自聚、着火和爆炸的目的。 （2）①为了防止单体自聚，在单体中添加少量的阻聚剂。②为了防止着火事故发生，单体贮罐要远离反应装置，贮罐区严禁明火以减少着火的危险。③为防止爆炸事故的发生，首先要防止单体泄露，因单体泄露后与空气接触产生易爆炸的混合物或过氧化物；贮存气态单体或经压缩冷却后液化的单体的贮罐应是耐压容器；高沸点的单体贮罐应用氮气保护，防止空气进入。 4.聚合物反应产物的特点是什么？ 答：①聚合物的相对分子量具有多分散性。 ②聚合物的形态为坚韧的固体物、粉状、粒状和高粘度的熔体或溶液。 ③聚合物不能用一般产品精制方法如蒸馏、结晶和萃取等方法进行精制提纯。 5.选择聚合方法的原则是什么？ 答：选择原则是根据产品的用途所要求的产品形态和产品成本选择选择适当的聚合方法。 第二次作业 6.生产单体的原料路线有几条？试比较它们的优缺点？ 答：工业上生产的高聚物主要是加聚型高聚物和缩聚（逐步聚合型）高聚物。当前主要有两条路线； （1）石油化工路线（石油资源有限） 原油经炼制得到汽油、石脑油、煤油和柴油等馏分和炼厂气。以此为原料进行高温热裂解可得到裂解气和裂解轻油。裂解气经分离得到乙烯、丙烯、丁烯和丁二烯等。裂解轻油和煤油经重整得到的重整油，经加氢催化重整使之转化为芳烃，经萃取分离得到苯、甲苯、二甲苯等芳烃化合物。 （2）煤炭路线（资源有限，耗能大） 煤炭经炼焦得煤气、氨、煤焦油和焦炭。煤焦油经分离精制得到苯、甲苯、和苯酚等。 焦炭与石灰石在电炉中高温反应得到电石（CaC2），电石与H2O反应得到乙炔，由乙炔可以合成氯乙烯、醋酸乙烯和丙烯腈等乙烯基单体或其他有机原料。 （3）其他原料路线（原料不足、成本较高） 1 第8章工艺流程图绘制^_^ ?本章导引 ?工艺流程图基础知识 ?工艺流程图的绘制 --- 本章导引 本章目录 本章目录^_^ --- 化工工艺流程图是用来表达整个工厂或车间生产流程的图样。它既可用于设计开始时施工方案的讨论，亦是进一步设计施工流程图的主要依据。它通过图解的方式体现出如何由原料变成化工产品的全部过程。化工工艺流程图的设计过程可以分为如下三个阶段： ^_^ ①生产工艺流程示意图； ②生产工艺流程草图； ③生产工艺流程图。 生产工艺流程图的设计或绘制过程是随着化工工艺设计的展开而逐步进行的。化工工艺设计是化工工程设计的主体，它是整个工程设计成败优劣的关键。就工艺设计而言，首先要进行的是生产工艺流程的设计。工艺流程设计是设计方案中规定的原则和主导思想的具体体现，也是下一步工艺设计和其他各专业设计的基础，即决定了以后工艺设计和其他专业设计的内容和条件。 生产工艺流程设计就是如何从原料通过化工过程和设备，经过化学或物理变化逐步变成需要的产品，即化工产品。在复杂的化工生产过程中，原料不是直接变成产品的，与此同时还会产生副产品、废渣、废液和废气等，有的副产品还要经过一些加工步骤才成为合格的副产品，而生产的三废又必须经过合格处理后才能抛弃和排放。因此，生产工艺流程的设计是一项非常复杂而细致的工作，除了极少数工艺流程十分简单外，都要经过反复推敲，精心安排，不断修改和完善才能完成。随着生产工艺流程设计的不断展开，就需要绘制生产工艺流程示意图、生产工艺流程草图和生产工艺流程图等。 --- 一般在编制设计方案时，生产方法和生产规模确定后就可以考虑设计并绘制生产工艺流程示意图了。有了工艺流程示意图就可以进行物料衡算、能量衡算以及部分设备计算，然后才可以进行生产工艺流程草图的设计及绘制。待设备设计 ^_^ 全部完成后，再修改和补充工艺流程草图，由流程草图和设备设计进行车间布置 8-1是乙苯生产的工艺流程图。 本章在介绍工艺流程图基本知识的基础上，着重讲述工艺流程图的组成内容、各部件的绘制方法或标注要求，如生产工艺流程图中设备如何表示、物料管线如何绘制、仪器仪表如何表示等。最后通过绘制一个具体实例，来说明整个工艺流程图的绘制方法和思路。 点击察看图8-1 乙苯生产的工艺流程图 --- 《高聚物合成工艺学》课程教学大纲 Polymer Synthesis technology 一、课程基本信息 学时：40 学分：2.5 考核方式：考试与平时成绩相结合；平时成绩占总成绩的30% 中文简介： 本课程为材料化学方向必修课程, 主要介绍了工业生产上合成高分子材料的新方法，重要品种的生产工艺技术；各种聚合方法进行工业化生产的特点、配方原理、流程组织原理和典型工业生产过程、聚合反应的基本化工单元及典型生产设备等内容。其主要任务是在学习该门课程以后，学生了解并掌握石油化工生产的简单有机物经聚合反应生产高分子化合物的基本原理、聚合方法、聚合生产工艺, 掌握向合成树脂、合成橡胶、合成纤维材料提供原料的生产工艺过程, 并为合成涂料、粘合剂、离子交换树脂、工程高分子材料、功能高分子材料等打下基础。 二、教学目的与要求 高聚物合成工艺学研究高分子的合成和制造工艺问题，主要涉及各种典型高分子材料聚合过程的实施方法和操作方式。通过本课程的学习，使学生掌握高聚物的各种典型合成方法的原理、工艺流程、主要的设备结构、基本工艺条件和关键的工艺技术问题，认识产品的质量要求和影响因素，了解安全生产、环境保护和工艺设计的有关问题。不仅要使学生获得高聚物合成工业的专业知识，而且更重要的是培养学生运用相关知识分析和解决实际问题的能力，为解决将来生产工艺和科学研究中的实际问题打下基础，同时培养学生严谨细致、实事求是的科学作风，使其逐步具备科技人员应有的素质。 三、教学方法与手段 1.突出重点，以课堂讲授为主，以聚合物种类-结构与性能-合成原理-合成工艺- 应用为主线，对课程中的重点着重讲解。 2.精讲多练，把现代教育多媒体技术运用到授课过程中，在教学过程中应注意理论联系实际，把教师讲授与课堂讨论相结合，通过实例提高学生分析问题解决问题的能力。 3.学以致用，把理论知识与生产生活和后续课程相结合。由于本课程实践性较强，因此采用启发式教学，培养学生思考问题、解决问题的能力；通过作业调动学生学习的主观能动性，培养学生的自学能力。 四、教学内容及目标 名词解释 Ziegler-Natta催化剂：中文译名“齐格勒-纳塔”催化剂，由三乙基铝与四氯化钛组成，是一种优良的定向聚合催化剂。催化剂又称触媒,可以组合成Ziegler-Natta触媒的化合物种类相当多，Ziegler-Natta触媒可由下列的化合物组合而成：周期表中第IV到第VIII族的过渡金属化合物，和周期表中第I到第III族的金属所组成的有机金属化合物。其中过渡金属化合物为触媒，而有机金属化合物为助触媒。 爆炸极限：可燃物质与空气或氧气必须在一定浓度范围内均匀混合，形成预混气，遇火源才会发生爆炸，这个浓度范围成为爆炸极限，或爆炸浓度极限 逐步加成反应:某些单体的官能团可按逐步反应的机理相互加成而获得聚合物，但又不会析出小分子副产物，这种反应称为逐步加成聚合反应。 界面缩聚:两种单体分别溶解在水及与水不相混溶的有机溶剂中，在常温常压下，在水和有机溶剂的界面进行缩聚反应的方法。 工程塑料:是指被用做工业零件或外壳材料的工业用塑料，是强度、耐冲击性、耐热性、硬度及抗老化性均优的塑料。 表面活性剂：是指具有固定的亲水亲油基团，在溶液的表面能定向排列，并能使表面张力显著下降的物质。 乳化剂:能降低互不相溶的液体间的界面张力，使之形成乳浊液的物质。乳化剂是乳浊液的稳定剂，是一类表面活性剂 HBL值：用来衡量表面活性剂分子中的亲水部分和亲油部分对其性质所作贡献大小的物理量。 种子乳液聚合：单体原则上仅在已生成的微粒上聚合，而不形成新的微粒，即仅增加原来微粒的体积，而不增加反应体系中微粒的数目。 核-壳聚合：两种单体进行共聚合时，如果一种单体首先进行乳液聚合，然后加入第二种单体再次进行乳液聚合，则前一种单体聚合形成乳胶粒子的核心，好似种子，后一种单体则形成乳胶粒子的外壳。 金属茂催化剂：由过渡金属锆（Zr）与两个环戊二烯基或环戊二烯取代基及两个氯原子（或甲基）形成的有机金属络合物和助催化剂甲基铝氯烷组成。 Phillips催化剂活化处理：400～800℃温度下，于干燥空气中进行活化，使铬原子处于Cr+6状态。 熔融指数：热塑性塑料在一定温度和压力下，熔体在10分钟内通过标准毛细管的重量值，以（g/min)为单位。 聚合反应的操作方式：间歇聚合：分批生产，适于小批量生产；连续聚合：自动化程度高，质量稳定，适合大批量生产。聚合反应器：管式、塔式、釜式、特殊形式；反应热排除方式：夹套冷却、内冷管冷却、反应物料部分闪蒸、反应介质预冷、回流冷凝器冷却等。 1、聚合反应釜中搅拌器的形式有哪些？适用范围如何？ ①常用搅拌器的形式有平桨式、旋桨式、涡轮式、锚式以及螺带式等； ②涡轮式和旋桨式搅拌器适于低粘度流体的搅拌；平桨式和锚式搅拌器适于高粘度流体的搅拌；螺带式搅拌器具有刮反应器壁的作用，特别适用于粘度很高流动性差的合成橡胶溶液聚合反应釜的搅拌。 高聚物合成工艺学试卷两套和答案 第一套 一. 解释或说明以下基本概念（20分，每题2分） 悬浮聚合；单体在水中，悬浮剂存在下由自由基引发剂引发进行的聚合反应 LDPE的制备；采用自由基引发剂，在高温高压下合成的PE 乳液聚合特点；分子量和聚合速度同时提高 熔融缩聚；在单体和聚合物熔点以上进行的聚合过程 高顺式聚丁二烯；顺式含量打印94%的聚丁二烯 界面缩聚；在两不相容的溶剂界面进行的缩聚反应 双酚A型环氧树脂；由双酚A作为单体组分之一而得到的氧树脂 TDI；甲苯二异氰酸酯 氨基树脂；由尿素或三聚氰胺等与甲醛反应得到的树脂 溶液丁苯胶：采用溶液法合成的丁苯胶 二. 填空题（20分，每空1分） 1. 自由基聚合可以采用四种工艺过程，乳液、悬浮、 溶液、本体。 2. 乳聚丁苯橡胶一般分为两种低温、高温。 3. 乳液丁苯胶的合成是按自由基机理进行反应的。 4. 酚醛树脂是由苯酚与甲醛反应制备的。 5. 制备PE采用的催化剂（引发剂）是 TiCl4+AlR3 ；制备PP采用的催化剂（引发剂）是 TiCl3+AlR3 。 6. 聚氨酯是由异氰酸酯与多元醇反应制备的。反应类型为聚加成反应。 7. 悬浮聚合主要组分包括悬浮剂、单体、引发剂、水。 8. 不饱和聚酯树脂的单体分别为不饱和酸酐和二元醇。 三. 选择题（20分，每题2分） 1. 乳液丁苯胶可选用（ C. ）作为引发剂。 A. BPO； B. K2S2O8； C. K2S2O8-FeSO4； D. TiCl3-AlCl3； 2. 本体聚合常采用分段聚合工艺，其目的是（ B. ） A. 降低反应温度； B. 导出反应热； C. 提高转化率； D. 简化工艺； 3. 离子聚合过程，一般选择（D ）工艺。 A. 悬浮聚合； B. 乳液聚合； C. 本体和悬浮； D. 本体和溶液； 4. 聚醚型聚氨酯与聚酯型聚氨酯相比具有（C ）。 A. 耐热性好、机械强度高； B.耐热性好、柔韧性好； C. 低温性好、柔韧性好； D. 低温性好、机械强度高； 5. LDPE特点是支链量（多），机械强度（低），可应用于薄膜。 A. 少，低； B. 少，高； C. 多，低； D. 多，高； 6. 低温乳液丁苯在（ C ）性能上优于高温丁苯。 A. 极性、弹性、老化性； B. 加工性能、色泽、老化性； C. 弹性、强度、加工性能； D. 极性、弹性、老化性； 7. 环氧树脂中的环氧基团主要作用是（ A ）。 A. 固化； B. 断链； C. 支化； D. 聚合； 8. 不能参与界面缩聚的单体有：D A. 二元胺+二元酸； B. 二元酰氯+二元胺； C. 二元醇+二元酸； D. A和C； 9. 悬浮聚合与本体聚合工艺相比，前者（B ）。 A. 工艺简单，成本低； B. 导热效果好，产物纯度低； C. 转化率高，成本低； D. 后处理工艺简单； 10. 酚醛树脂可由下列哪一类化合物进行合成？A聚合物合成工艺学思考题及其答案资料
《合成高分子化合物的基本方法》教案
聚合物合成工艺学思考题及其答案word精品
《聚合物合成实用工艺学》习题集
齐齐哈尔大学高聚物合成工艺学题库附答案
聚合物制备工程部分样题一、填空题(10)
高聚物合成工艺学重点整理
(已排版)聚合物合成工艺学课后习题全解
化工制图-读工艺流程图、设备平面图、绘管道等
聚合物合成工艺学总结
聚合物合成工艺学(最新版)
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化工制图CAD教程与开发(8)---工艺流程图绘制_GAOQS
高聚物合成工艺学课程教学大纲
聚合物合成工艺学习题
高聚物合成工艺学试题两套和答案