聚合反应工程基础复习提纲
第二章 聚合反应工程基础(2-3五)要点
第三节 理想反应器设计
2．图解法 当各级反应器的体积相等时，可将式(2—59)改写为
上式表示第i级反应器进口浓度CAi-1一定时， 出口浓度CAi 与反应速度rAi间的关系。 在CAi-1及τ一定时，在rAi- CAi 图上是直线。
第三节 理想反应器设计
Y=kx+b K= -1/τ b= CAi-1 (1/τ) 当 rAi =0时，CAi＝ CAi-1 ，即 CAi-1为与横轴的截距
第三节 理想反应器设计
1．代数法(进行逐级计算一直到要求的转化率 为止）
等温一级反应
第一级反应器出口物料
第三节 理想反应器设计
对第二级反应器
对最终级反应器则有
第三节 理想反应器设计
当各釜的容积vi相等时，则
第三节 理想反应器设计
式(2—61)、(2—62)中包含”XAN N V及V。 四个参执当确定其中三个即可求得第四个参数
随着级数N的增加，容积效率逐渐增加，当级 数无限多时，容积效率趋于1。（理想混合反 应器？）
第三节 理想反应器设计
第三节 理想反应器设计
2．复合反应
• 对复合反应除了要考虑反应器的容积效率外，更 重要的是考虑不同型式反应器对产物分布的影响， 因为产物分布直接影t晌到顾料的消耗定额，成本 及分离，精制等后处理过程。
度温
影度
响影
了响
值
的 是
曲 线 的 斜 率 ， 因 为 温
第三节 理Байду номын сангаас反应器设计
图解法只适用于反应速率可用单一组分浓度来 表达的情况，故对于平行、串连等复杂反应是 不适用的。
第三节 理想反应器设计
第三节 理想反应器设计
第三节 理想反应器设计
聚合反应工程基础 - 整理
理想流动和理想反应器的设计
进行化学反应时，动量、热量、与质量的传递对反应速率有直接的影响， 所以在设计反应器时必须进行物料，热量及动量的衡算。
由于在有的反应器内，物料的浓度和温度是随着时间和空间的变化而变化 的，要准确地建立物料衡算方程式，有必要先对时间或空间进行微分，然后再 积分的方法进行计算。
不为零。
理想流动和理想反应器的设计
理想化学反应器
理想化学反应器的定义： 当反应器中没有任何传递过程的影响因素存在，反应的结果唯一地
由化学因素决定时，就称它为理想化学反应器。
实践中性能和行为接近于这种理想化学反应器的两种反应器： • 搅拌充分的间歇釜式反应器 • 连续流动的理想管式反应器
作为问题的另一方面，有时把无限偏离理想化学反应器的反应器也 作为“理想”化学反应器，如：
2 聚合反应的装置
2.塔式聚合反应器
一般用于连续生产且对物料的停留时间有一定要求的较高粘度的物 料体系,主要是一些缩聚反应。
苯乙烯本体聚合反应器
己内酰胺连续缩聚用的VK塔
2 聚合反应的装置
3. 管式聚合反应器
优点：简单，单位体积所具有的传热面积大，单位体积生产能力大、 单程转化率高，适用高温、高压操作。
均相反应动力学
2．化学反应动力学的表达式 影响化学反应速率的最主要因素是反应物料的浓度和反应温度，可
写成：
ri f (C,T )
式中： r i——组份I 的反应速率； C——反应物料的浓度向量； T——反应温度。
对于多组分多反应的系统，由于化学计量关系的约束，在反应过程
中只要某一组分的浓度确定，其它各组分的浓度也将随之而定 :
3 聚合反应的操作方式
2.连续式操作（有反混）
聚合反应工程第一章1
1.3 聚合反应工程
1.3.1 聚合物生产特点 ①反应机理多样，动力学关系复杂。 ②需要考虑转化率，聚合度、聚合度分布、 聚合物结构、聚合物性能等问题。 ③体系黏度高，与低分子体系有很大的不同。 ④聚合产品种类多，实验数据缺乏， 聚合反应器的设计和放大受到一定的限制。
研究内容
• ①反应动力学：反应物浓度与时间的关系，产 量与时间的关系…… • ②反应过程的分析：反应器内质量和热量的传 递……
• ③反应技术的开发：需要多少级反应器，反应 物料如何加入…… • 反应器的分析和设计：需要多大的反应器…… • 优化工艺条件的确定：反应物初始浓度、反应 温度……
1.2.3 化学反应工程的分支
一般是立式圆柱形高压釜，带有夹套，以便通入 蒸汽或冷水来加热或冷却。用于乳液聚合的， 内有不锈钢的水平桨式搅拌器，由电动机通过 传动装置和减速器传动。釜的外壁常用碳钢制 成，内衬不锈钢，也有衬搪瓷的。聚合时可以 单釜间歇生产，也可以是多釜串联连续生产。 聚合反应物由一个釜的下部进入下一釜的上部。 釜上装有温度、压力等仪表，以及进出料口等。 用于本体聚合的，则釜内不装搅拌器，且不串 联。此外，还有在长方形金属箱的浅盘中，以 一定的速度流入而进行聚合的。
• 技术方法：后两章 • ①聚合反应器的放大 • ②聚合过程及聚合反应器
1.3.4 聚合反应工程的发展 • 开始于1944年Denbigh的研究工作 • 20世纪60年代，计算机技术使其进入快速 发展阶段 • 近年来，聚合反应中数学模型的建立，使 研究更实际化
1.4 课程研究内容
基本原理和技术方法。分为八章 • 基本原理：前六章内容
• ①绪论 ②化学反应工程基础 ③聚合反应工程基础 ④化工流变学基础 ⑤流体的搅拌和混合 ⑥搅拌聚合釜的传热和传质
第8章 聚合反应工程基础
第八章 1 聚合反应器¾从操作方式来看它能进行间歇、半连续、单釜和多釜连续操作，以满足不同聚合过程的要求。
¾反应釜一般带搅拌装置，且形式多样。
1.1 釜式聚合反应器（聚合釜）（1）釜体（2）搅拌装置基本结构4（3）密封装置（4）传动装置¾封头（1）釜体端部法兰式结构：开式结构、釜盖重包括：上下封头、直立圆筒、接管、法兰、支座等5量较轻，适用压力较低、容积较小的反应釜选用。
闭式、留人孔式结构：闭式结构、无法兰、结构简单、造价较低，适用容积大的反应釜。
6几种搅拌设备筒体的高径比H 1/D 1种类罐内物料类型高径比一般搅拌罐液-固相、液－液相1～1.3¾筒体7气－液相1～2聚合釜悬浮液、乳化液2.08～3.85发酵罐类发酵液1.7～2.5高径比较大？991010反应釜材质：不锈钢、搪瓷11管道颜色标识原料：灰色空气：蓝色氮气：黑色1313水：绿色热介质进出管：红色产物放料管：灰色14141515 传感器：测量反应物的温度、压力或其它参数。
1617 视镜18支座：小型用悬挂式支座，大型用裙式支座或支承式支座。
1920如何有效的排除聚合反应热，保持反应温度？①夹套冷却夹套传热：饱和水蒸汽、热水、冷水、冷冻盐水、热导油等。
22¾蒸汽加热和液体加热的方向？①夹套冷却夹套传热：饱和水蒸汽、热水、冷水、冷冻盐水、热导油等。
压力MPa 温度℃压力MPa 温度℃0010102002001335230.010102.00.200133.50.050111.00.300143.50.100120.00.400151.50.150127.00.520160.0夹套附加内冷管冷却——大型聚合釜或要求低温操作24内冷管——蛇管25③回流冷凝器冷却——反应温度较高，单体沸腾回流移去反应热26回流冷凝器冷却27传热装置——电加热28釜体的保温——高温或低温聚合293133搅拌机顶插式中心安装立式圆筒的三种基本流型径向流流型轴向流切向流36轴向流与搅拌器☆桨式搅拌器（折叶式）：结构简单☆叶片用扁钢制成，焊接或用螺栓固定在轮毂上，叶片数是2、3或4 片。
聚合过程原理大纲
546+<聚合过程原理>大纲1绪论（2学时）1.1高聚物合成工业概述1.2高聚物合成树脂的开发过程1.3本课程的地位、结构、作用和任务2高聚物合成的原料准备（2学时）2.1生产单体的原料路线2.2聚合原料的准备和精制2.3催化剂（或引发剂）的配制3高聚物合成生产工艺（20学时）3.1自由基聚合生产工艺3.1.1本体聚合生产工艺(有机玻璃,高压聚乙烯等)3.1.2乳液聚合生产工艺(丁苯橡胶,聚氯乙烯等)3.1.3悬浮聚合生产工艺(聚氯乙烯等)3.1.4溶液聚合生产工艺(腈纶等)3.2离子聚合和配位聚合生产工艺(聚丙烯,低压聚乙烯等) 3.3缩聚生产工艺3.3.1热塑性高聚物生产工艺(涤纶,尼龙等)3.3.2热固性高聚物生产工艺(酚醛树脂,环氧树脂等)3.4逐步加成聚合物生产工艺4聚合反应工程分析（16学时）4.1化学反应工程基础4.1.1均相反应动力学4.1.2理想流动和理想反应器的设计4.1.3连续流动反应器的停留时间分布4.1.4流动模型4.1.5返混对化学反应的影响4.1.6混合态对化学反应的影响4.2连锁聚合工程分析4.2.1间歇聚合时的聚合度和聚合度分布4.2.2连续聚合时的聚合度和聚合度分布4.3缩聚反应工程分析4.3.1间歇聚合时的聚合度和聚合度分布4.3.2连续聚合时的聚合度和聚合度分布4.4自由基共聚工程分析5聚合反应器（4学时）5.1聚合反应器的种类5.2搅拌聚合釜内流体的流动与混合5.2.1搅拌聚合釜的结构和流体流动状况5.2.2搅拌聚合釜的搅拌功率5.2.3搅拌器的流动特性5.2.4搅拌器的混合特性5.2.5搅拌器的分散特性5.3搅拌聚合釜的传热5.3.1搅拌聚合釜传热方式5.3.2搅拌聚合釜的工程分析与计算5.3.3搅拌聚合釜的热稳定性6聚合物的后处理过程（2学时）6.1残余单体的脱除和回收6.2聚合物的分离和溶剂回收6.3聚合物的干燥7聚合反应过程的开发（2学时）7.1搅拌聚合釜的放大7.2搅拌聚合釜的设计7.3聚合反应过程的系统优化《聚合过程原理》已初步整理（附件），由于课程从选修课转制，课件部分内容不全（比较大纲），主要在：第二章2.2聚合原料的准备和精制2.3催化剂（或引发剂）的配制第三章 3.2离子聚合和配位聚合生产工艺(我以前不讲)第五章 5.3搅拌聚合釜的传热5.3.1/>搅拌聚合釜传热方式5.3.2/>搅拌聚合釜的工程分析与计算5.3.3/>搅拌聚合釜的热稳定性以上内容可商量一下补全。
第二章 聚合反应工程基础(2-3、2-4)
稳定性是指对系统外加一个干扰，使过 程失去平衡，当外干扰消失后，若过程 有能力回复到原来的状态，则过程具有 稳定性，否则是不稳定。稳定性是系统 的一种动态特征。 自衡能力
第四节 理想混合反应器的热稳定性
如聚合过程中的爆聚，特别对于那些放 热量大，初始反应物浓度高，反应速度 快的反应过程，更应充分注意热稳定性 问题。
聚合反应工程
第三节 理想反应器设计
(2)连串反应
第三节 理想反应器设计
第三节 理想反应器设计
将A与B迅速混合
有三种加料方式 A慢慢加入B中 B 慢慢加入A中 将A与B迅速混合 S逐渐增多 R逐渐增多 R S
第三节 理想反应器设计
第三节 理想反应器设计
第三节 理想反应器设计
结论 (1)对于单一反应，因不存在产物分布 问题，所以在反应器选择时主要考虑容 积效率大小。 (2)对于复杂反应，在反应器的选择时 提高目的产物的收率。 (3)温度对复杂反应的产物分布也有重 大的影响。
第四节 理想混合关系， 所以反应过程的热变化对化学反应有决 定性的影响，反应器的设计必须考虑温 盘的控制。 另一方面，反应器操作时，总会遇到温 度的失控，偏离设定的操作条件，此时 反应器能否正常操作与反应器的热稳定 性有很大的关系。
第四节 理想混合反应器的热稳定性
这是热稳定性的又一条件。
第四节 理想混合反应器的热稳定性
第四节 理想混合反应器的热稳定性
第四节 理想混合反应器的热稳定性
第四节 理想混合反应器的热稳定性
第四节结束
第四节 理想混合反应器的热稳定性
• 当体系处于稳态时，放热度率与 除热速率应相等。
第四节 理想混合反应器的热稳定性
10级高中班聚合反应工程复习提纲
2011/2012学年第一学期10高中化工、分析班
《聚合反应工程》复习提纲
1、聚合反应工程的定义及研究内容。
2、与低分子反应相比，聚合反应和聚合物生产的特点。
3、一个新的反应过程的开发需要哪几个阶段？
4、如何定义简单反应与复杂反应，反应分子数及反应级数的概念，返混、转化率的概念？
5、反应速率的定义及表达式，反应速率常数与温度的关系。
6、按照不同依据分，反应器分为哪几类？了解每一类的适用范围和应用实例。
7、能够区分间歇反应器、连续反应器及半连续反应器操作特点。
8、何谓平推流和理想混合流反应器及这两种反应器的特点分别是什么？
9、可逆反应定义及复合反应所包含的反应类型有哪些？
10、反应器设计的三个基本要求是什么？
11、基本物料衡算式，热量衡算式如何表示？
12、造成返混的主要原因是什么？
13、停留时间分布测定方法有哪些？
14、聚合反应按照反应机理来分，可分为哪两大类？其特点分别是什么？。
第二章 聚合物反应工程基础(2-5,2-6,2-7)
第六节 流动模型
长度
第六节 流动模型
1．返混很小的情况
第六节 流动模型
第六节 流动模型
2．返混程度较大的情况
第六节 流动模型
(1)对闭式容器
第六节 流动模型
第六节 流动模型
第六节 流动模型
第六节 流动模型
第六节 流动模型
第六节 流动模型
(四)带死角和短路的理想混合模型
第六节 流动模型
第六节 流动模型
第六节 流动模型
第六节 流动模型
第六节 流动模型
第六节 流动模型
(五)停留时间分布曲线的应用 上面介绍的各种流动模型，对于实际反应器来说，流体在 其间的流动状况十分复杂，各种流动类型没有一个能完美 无缺地描述一个真实反应器中的流动特性。 更多的流动模型要经过适当修正才能比较接近实际情况。 从反应器的设计和放大角度来看，总希望反应器中的流动 型态接近于平推流或理想混合流，这样在设计，放大时比 较简便，且把握性更大一些。 故在实际工什中，往往不是要寻找一个复杂的模型去描述 非理想流动，而是在反应器的结构方面加以改进，避免非 理想流动。
第五节 连续流动反应器的停留时间分 布
第五节 连续流动反应器的停留时间分 布
第五节 连续流动反应器的停留时间分 布
三、停留时间分布的数字特征 对连续反应一般总希望物科在系统内停留时间均 匀一些，也就是希望停留时间分布密度函数的峰 形窄一些。为了对不同流动型态下的停留时间函 数进行定量的比轮可采用平推流或理想混合反应 器的停留时间分布作为基准，而将被研究的实际 停留时间分布曲线与这些基准的偏差作为定量比 较的指标。停留时间分布密度函数E(t)，数学期 望和方差
聚合物反应工程基础知识总结
体系具有热稳定性必须具备以下两个条件：
① 放热速率与除热速率相等，即：稳态条件 Qr Qc
② 稳定条件 dQc dQr dT dT
影响热稳定性的因素： 1、化学反应的特性，如 k、△H、E 等
2、反应过程的操作条件．如 v0 、 C A0 、T 等。
3、反应器的结构，如 A；
4、操作条件，如 v0 、T、TW 、K 等
的生产
3) 按操作方式分类 间歇反应器：在反应之前将原料一次性加入反应器中，直到反应达到规定的转化率，即得反应物， 通常带有搅拌器的釜式反应器。优点是：操作弹性大，主要用于小批量生产。 连续操作反应器 ：反应物连续加入反应器产物连续引出反应器，属于稳态过程，可以采用釜式、管 式和塔式反应器。优点是：适宜于大规模的工业生产，生产能力较强，产品质量稳定易于实现自动 化操作 。 半连续操作反应器 ：预先将部分反应物在反应前一次加入反应器，其余的反应物在反应过程中连续 或断连续加入，或者在反应过程中将某种产物连续地从反应器中取出，属于非稳态过程。优点是： 反应不太快，温度易于控制，有利于提高可逆反应的转化率 。 （PS：造成三种反应器中流体流动型态不同是由于物料在不同反应器中的返混程度不一样。返混： 是指反应器内不同年龄的流体微元之间的混合，返混代表时间上的逆向混合。 ）
4、缩聚反应
反应程度： p N0 N （表示已反应的官能团数与原始官能团数的比） N0
间歇操作时：
F ( 缩聚反应聚合度分布函数可以写为： n j) pi1 (1 p)
FW ( j) j(1 p)2 p j1
CA0 (ek2t
ek1t )
Cs CA0 (1 ek2t )
（PS：在连串反应中，R
的浓度会有最大值，出现最大值的时间为： tm a x
聚合反应工程基础复习提纲 2
2. 在连锁聚合中，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？
同一歧化终止，无链转移时，理想混合流操作的瞬间聚合度及聚合度分布与 间歇操作相同；平均聚合度及聚合度分布不同。
单基终止，无链转移时，理想混合流操作的聚合度分布比间歇操作的窄； 平推流操作：平均聚合度和聚合度分布与间歇操作相同。 对于理想混合反应器，分子量分布窄；（浓度不变） 对于间歇反应器，分子量分布宽。（浓度从高到低）
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? 非牛顿流体与牛顿流体不同流动特性,二者动量质量传递特性也有所差别,
进而影响到热量传递,质量传递,及反应结果.因此对流速分布及压力降等问题研 究,不仅能决定管中流体输送量与功率消耗,同时能了解影响管式反应,塔式反应 器中物料浓度,温度分布,进而影响反应速度和分子量分布情况.
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
15. 实现反应器的热稳定操作需满足哪些条件? ① Qr=Qc, 体 系 放 出 热 量 ; Qr ② dQc/dT>dQr/dT, 除 热 量 ; Qc ③ △ T=T-Tw<RT2/E, E 反应活化能,T 反应器温度,Tw 冷却液温度
5.返混和混合对聚合度分布的影响 。 当活性链的寿命较物料在反应器中的平均停留时间短时，浓度历程是影响聚
合度分布的主要因素，聚合度分布由窄至宽为：理想混合反应器，非理想混合反 应器，平推流反应器；
当活性链的寿命较平均停留时间长时，停留时间分布是决定聚合度分布的主 要原因。上述情况正好相反。
6.粘度对聚合物反应的影响。 粘度增加，链自由基卷曲，活性端基被包裹，双基扩散终止困难，链终止速
聚合反应工程(华东理工大学)4.1化学反应工程基础(3)
连续流动反应器的停留时间分布
测定出口处的示踪剂的变化情况，由于：
即：
C t C0 t
流出示踪剂量＝ vC t dt 流入示踪剂量 vC0 t dt
t
0
E
t
dt
0
E
t
dt
t
0
E
t
dt
C t C0 t
＝ t 0
E
t dt
F
t
——出口流体中示踪剂的分率
▪通过阶跃法停留时间分布测定，可以直接确定流动体系的累积停留时间分布函数F（t）。
流动模型：
流动模型是为了研究反应器内流体的实际流动型态，在不改变其性质的前提下，对其加以适 当理想化，这种适当理想化的流动型态称为流动模型，所以流动模型是反应器中流体流动型态的 近似概括，是设计和放大反应器的基础。
流动模型
理想流动模型 非理想流动模型
（平推流模型、理想混合流模型 ） （多级理想混合模型、扩散模型等）
表示按平推流流动时，系统不存在返混。
对于管径小，流速大的管式反应器可以用平推流模型来进行相关处理。
流动模型
2．理想混合流模型
用阶跃法对其测定停留时间分布。 在t=0时，示踪物这是出口流体中的浓度为C0； 在t=t时，示踪物这是出口流体中的浓度为C； 在t+dt时出口流体中示踪物浓度的变化为dC； 对dt时间内示踪物作物料衡算：
连续流动反应器的停留时间分布
数学期望（平均停留时间）的其他表达形式：
τ
tE(t)dt
t dF(t)dt
F( t) 1
tdF(t)
[1 F(t)]dt
0
0 dt
F( t) 0
0
聚合反应工程基础
第二章化学反应工程基础1.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。
2.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。
3.反应器基本要求有哪些①提供反应物料进行反应所需容积，保证设备一定生产能力；②具有足够传热面积；③保证参加反应的物料均匀混合4.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=05.何谓容积效率影响容积效率的因素有哪些工业上，衡量单位反应器体积所能达到的生产能力称之为容积效率，它等于在同一反应，相同速度、产量、转化率条件下，平推流反应器与理论混合反应器所需总体积比：η=Vp/Vm=τp/τm。
影响因素：反应器类型，反应级数，生产过程中转化率有关6.何为平推流和理想混合流①反应物料在长径比很大的反应器中流动时，反应器内每一微元体积中流体均以同样速度向前移动，此种流动形态称平推流；②由于反应器强烈搅拌作用，使刚进入反应器物料微元与器内原有物料元瞬时达到充分混合，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此流动形态称理想混合流。
7.实现反应器的热稳定操作需满足哪些条件①Qr=Qc，Qr体系放出热量；②dQc/dT>dQr/dT，Qc除热量；③△T=T-Tw<RT2/E，E反应活化能，T反应器温度，Tw冷却液温度8.何为返混形成返混的主要原因有哪些返混：指反应器中不同年龄的流体微元间的混合；原因：①由于物料与流向相反运动所造成，②由于不均匀的速度分布所引起的，③由于反应器结构所引起死角、短路、沟流、旁路等。
聚合反应工程(华东理工大学)4.1化学反应工程基础(总)
理
想
定义
当反应器中没有任何传递过程的影响因素存在，反应结
化
果唯一地由化学因素决定时，就称为理想化学反应器
学
反
应 器
实质
是否纯化学因素控制？ 是否存在返混? (什么是返混？)
返混
不同时刻进入反应器的物料，或者说具有不同年龄 的物料之间的相互混合
理想流动和理想反应器的设计
间歇搅拌釜式反应器(BSTR)
均相反应动力学
以反应动力学表达式对浓度求导，整理可得：
－rA rA
C A CA 上式表明反应物A的级数α是反应速率对反应物A浓度的相对变化率大小。即反应级数是反 应速率相对于反应物浓度的敏感程度。
说明： （1）反应级数不同于反应的分子数，前者是指动力学意义上讲的，后者是在计量化学意 义上讲的。
作为问题的另一方面，有时把无限偏离理想化学反应器的反应器也作为“理想”化学反应器， 如：
• 搅拌充分的连续釜式反应器
较为接近的理想反应器模型
Batch
(Batch stirring Tank Reactor)
无不同年龄粒子返混 C＝f(t)
加料时，同时加入； 某时刻，年龄相同； 出料时，寿命一样
操作灵活 同一性不够
例：最简单的单分子反应：
AB
按活化络合物理论，反应实际步骤:
A＋A k1 k1 A A
（1） （2）
A k2 B
（3）
对每一个基元反应而言，其级数就等于反应的分子数，但反应总速率的级数却未必等于该简
单反应的反应分子数。
从式（3）的基元反应可知，B的生成速率为：
rB
k
2
C
A
（4）
均相反应动力学
聚合反应工程基础第三章
1.聚合反应机理
化学反应工程基础
2.聚合反应速度的工程分析
3.连锁聚合反应的平均聚合度及聚合度分布
4.粘度对聚合反应的影响
5.非均相聚合反应
1. 聚合反应机理
聚合反应机理多样，动力学关系复杂 分为：连锁聚合反应（引发、增长、终止、 转移）；逐步聚合反应（二聚体、三聚 体…..低聚物，高聚物） 连锁聚合：各基元反应（化学反应式）及 其速度表达式（动力学方程）
M
rM d M dt kp P M
2 kp f k t
1
2
2k d I
1 2
M K M
0
1 x
4.粘度对聚合反应的影响
r ~x 偏离原因是什么？凝胶效应，自动加速现 象。活性自由基受限，kt ，聚合速率rM ;单 体扩散受限，kp , 聚合速率rM 。 要得到更加符合实际过程的动力学式，必 须考虑粘度对聚合反应的影响，对动力学 参数进行修正。
（2）由
ri rp rt 0
→
P1
k p M ktd P
2 fkd I
引入动力学链长
ktd P
k p M
1 P P 1 1 v
3.连锁聚合反应的平均聚合度及聚合 度分布
4）聚合度分布函数 （1）瞬时分布函数
jf n j pn
fn j
r
rpj
rpj rP
fw j
pj
jr
2
jrpj
pj
（2）总分布函数
Pj Pj Fn j Pj P
第三章 聚合反应工程分析
第三章 聚合反应工程分析本章学习重点：（1）掌握聚合物的聚合度及聚合度分布表示法（2）连锁聚合反应间歇聚合时的瞬时聚合度和产品聚合度及其分布 （3）粘度对聚合反应的聚合度及其分布的影响 （4）乳液聚合的特点第一节 概述合成材料（聚合物材料）：合成橡胶、合成树脂和塑料、合成纤维，高分子系涂料，黏结剂。
按反应机理分：连锁聚合反应、逐步聚合反应连锁聚合反应：聚合过程可以分为若干个基元反应，链引发反应，链增长反应，链终止反应和链终止反应。
按照活性中心的不同，连锁聚合反应可以分为自由基、离子型、配位络合等聚合类型。
逐步聚合反应：在低分子转变为高分子的过程中，反应是逐步进行的，每一步的活化能及反应速率大致相等。
连锁反应占很大比例，特别为自由基聚合。
第二节 聚合反应速度的工程分析一、活性链浓度[P·]与聚合机理连锁反应中，与增长反应消耗的单体相比，引发和转移所消耗的单体可以忽略不计，总聚合速率r M 可近似的等于增长反应速率r P当[P·]的拟稳态假定成立时，[P·]～x 关系与操作方式无关，只与聚合反应机理有关。
][/][M k r P P M =∙二．平均聚合度与反应机理聚合体系中是否存在链转移反应对[P·]是没有影响的，但对产物的聚合度及聚合度分布有明显的影响。
因此，要正确判断反应机理还应弄清平均聚合度与聚合机理间的关系。
在已知聚合机理的情况下，即可列出聚合速率式。
通常聚合速率式的建立可以采用二种方法。
把实验数据用数理统计的方法，整理成经验的反应速率式；在反应机理明确的情况下，列出基元反应的速率式，进而导出与机理不相矛盾的总聚合速率式、聚合度式及聚合度分布式。
第三节 聚合物的聚合度及聚合度分布表示法一．平均聚合度 1.数均聚合度nP ][][][][][022P M M P P j P j jj jn -==∑∑∞=∞=∑∞==2][][j j P P2.重均聚合度3.z 均聚合度二、瞬时聚合度 1. 瞬时数均聚合度2. 瞬时重均聚合度3.瞬时z 均聚合度WP ][][][][][022222M M P j P j P j P j j j j j j W -==∑∑∑∞=∞=∞=ZP ∑∑∞=∞==2223][][j j j j Z P j P j P np PMj Pjj Pjnr r rjrp ==∑∑∞=∞=22Wp Mj Pj j Pjj Pjw r r j jrr j p ∑∑∑∞=∞=∞===22222Zp ∑∑∞=∞==2223j Pjj Pj Z r j r j p x M M M M M d dtr P M M tM n⎰⎰=-=-=-==00][][0][][][][][0三、聚合度分布函数1．瞬时数基聚合度分布函数fn(j) 2.瞬时重基聚合物分布函数fw(j)3.数基聚合度分布因数Fn(j)4.重基聚合度分布函数Fw(j)第四节 连锁聚合反应的平均聚合度及分布一．间歇聚合时的聚合度分布 （一）无链转移反应时的聚合度分布 ✓ 引发✓ 增长dx p x P WxW⎰=01Mn Pj nMPj PPj PjPjn r p r p r r r r rr j f ====∑)(∙−→−RI dk 2∙+∙−→−+1j kj P M P j ∙∙−→−+11P M R k终止对总自由基分子进行物料衡算拟稳态时，要求大小不同的自由基生成速率保持不变歧化终止时，对P1·作物料平衡可得ij k i j P P P P td+−→−+∙21][2][⎪⎪⎭⎫ ⎝⎛=∙td d k I fk P瞬时数基聚合度瞬时重均聚合度歧化终止时对于偶合终止j聚体的生成速率为：有链转移反应时的聚合度分布在拟稳态时，对不同链长的自由基进行物料衡算可得连续聚合时的聚合度分布在讨论连续操作的聚合度分布时的假定各级反应器的体积相等，且不考虑由于聚合反应而引起的反应体积变化。
聚合反应基础学习知识原理
第二章^合反应原理第一节概述聚合物的合成方法可概括如下：‘加聚反应，属于连锁聚合机理缩聚反应，属于逐步聚合机理大分子反应其中，单体的聚合反应是聚合物合成的重要方法。
（一）高分子化学的一些基本概念1.高分子化合物（high molecular weight compound ） ------------ 由许多一种或几种结构单 元通过共价键连接起来的呈线形、分支形或网络状的高分子量的化合物，称之为高分子量化合物，简称高分子化合物或高分子。
高分子化合物也称之为大分子（macromolecule 、聚合物 （polymer ）。
高分子化合物的特点：（1）高的分子量 M.W （ molecular weight ）>104 ；M.W.<103时称为齐聚物（oligomer \ 寡聚物或低聚物；（2）存在结构单元：结构单元是由单体（小分子化合物）通过聚合反应转变成的构成大分子链的单元；（3）结构单元通过共价键连接，连接形式有线形、分支形或网络状结构。
如聚苯乙烯（PS ） ： M.W.:10~ 30万，线形，含一种结构单元一苯乙烯单元，属通用合成 塑料。
★结构单元(structural unit)和重复单元(repeating unit ):单体的聚合反应4 聚合物的合成反应 4 PVC PMMA PSCln CH 2=C H ----------------------------- He4—CH 上CH 3 CH 3C~\ .Z-e _O(CH 2)2O -^H +(2n-1)H 2OCH 2 CHCl 元。
CH 3CH 2 C O_C=O OCH 3 结构单元和重复单元相同如尼龙-66(聚己二酰己二胺)，有两个结构单元，两个结构单元链接起来组成其重复单尼龙-66 尼龙-6—I- - -I- NH(CH z^NH CO(CH 2)4CO j 结构单元 结构单元 NH(CH 卯 r 结构单元 重复单元 重复单元2 .聚合度(degree of polymerization , DP )即一条大分子所包含的重复单元的个数，用口「表示； 对缩聚物，聚合度通常以结构单元计数，符号为X n ； XnDP 、X n 对加聚物一般相同。
聚合物反应工程基础第二章概要
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② 釜式反应器：一般高径比为1—3。适用于 液相、液-液相、气-液相及液-固相反应。 ③ 塔式反应器：一般高径比在3—30之间。 ④ 流化床反应器 ⑤ 固定床反应器
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搅拌釜式反应器
重油的催化裂化流化床反应器
邻二甲苯氧化制苯酐多管式固定床反应器
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⑵ 全混流反应器 由于反应器中强烈的搅拌作用，使刚
进入反应器的物料与器内原有的物料瞬间 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。
4. 基本概念
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⑴ 化学反应式
aA bB rR sS
⑵ 化学反应计量式
aA bB rR sS
⑶ 化学反应动力学方程有多种形式，对于均相反应，方程多 数可以写为（或可以近似写为，至少在一定浓度范围之内可以写为） 幂函数形式，反应速率与反应物浓度的某一方次呈正比。
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对于体系中只进行一个不可逆反应的过程
aA bB rR sS
rA kccAmcBn
mol m3s1
⑵ 具有足够的传热面积，保证反应过程中热 量的传递，使反应指控在最适合的温度下进行。
⑶ 保证参加反应的物料均匀混合。
2. 物料衡算
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反应物A 的流入速度
反应物A 的流出速度ຫໍສະໝຸດ 反应物A由于 反应的消失速度
反应物A 的积累速度
0
上式是普遍的物料衡算式，无论对流动系统或 间歇系统均可适用。对于间歇反应器式中的流入项与 流出项都为零，对于稳态操作的连续流动反应器累积 项为零，而对于非稳态操作的连续流动反应器和半连 续反应器式中四项均不为零。
聚合反应工程基础教学大纲
《聚合反应工程基础》教学大纲一、课程基本信息课程中文名称：聚合反应工程基础课程英文名称：The Basic of Polymerization Reaction Engineering课程编号：06132090课程类型：专业（方向）课总学时：54 实验学时：0 上机学时：4 课外学时：0学分：3适用专业：化学工程与工艺（四年级本科）先修课程：物理化学、化工原理、高分子化学、高分子物理开课院系：化工与制药学院化学工艺学科部二、课程的性质与任务《聚合反应工程基础》是化学工程及工艺专业的一门主要专业课，主要讲授聚合反应器。
以搅拌聚合釜为重点。
讨论聚合过程（流动、混合、传热等物理过程及聚合反应过程）对聚合反应器设计和操作控制要求。
学生通过学习该课程后，应了解聚合反应器的设计、操作和控制的基本方法。
能够根据聚合物性能要求合理确定聚合反应器的设计、操作和控制条件。
三、课程教学基本要求学生学习本课程后应达到如下要求：1．掌握理想反应器的设计和分析方法。
2．掌握聚合反应过程动力学分析方法。
3．对不同类型的化学反应选择合适的反应器和反应器操作方式。
4．了解理想流动反应器和理想流动反应器的差别5．掌握连续流动反应器的热稳定性原理6．了解实际生产过程中聚合反应器。
7．了解聚合反应器的放大。
四、理论教学内容和基本要求绪论（1）聚合反应工程基础的主要内容（2）聚合反应工程发展的历史及现状化学反应工程基础（一）化学反应和反应器分类（1）化学反应和分类（2）反应速率（3）反应器的分类（4）连续流动反应器内流体流动的两种理想型态基本要求：1．了解：化学反应的分类掌握：反应速率的表达和定义2．了解：反应器分类办法理解：连续流动反应器内流体流动的两种理想型态（二）均相反应动力学（1）等温恒容单一反应动力学方程式（2）复合反应（3）等温变容过程基本要求：1．掌握：等温恒容单一反应温度对反应速率的影响2．掌握：复合反应动力学方程式的建立与解析3．了解：等温变容过程（三）理想反应器的设计（1）理想反应器设计的基本原理（2）间歇反应器（3）平推流反应器（4）理想混合反应器（5）多级串联理想混合反应器（6）反应器型式和操作方法的评比和选择基本要求：1．掌握：理想反应器设计的基本原理理解：理想反应器的物料平衡方程和热量平衡方程2．掌握：间歇反应器的设计方程理解：间歇反应器的微分物料平衡方程了解：间歇反应器的微分热量平衡方程3．掌握：平推流反应器的设计方程理解：平推流反应器的微分物料平衡方程了解：平推流反应器的微分热量平衡方程4．掌握：理想混合反应器的设计方程理解：理想混合反应器的基本假设5．掌握：多级串联理想混合反应器的设计计算了解：图解法设计和计算多级串联理想混合反应器6．掌握：反应器型式和操作方法的评比和选择理解：根据化学反应的类型采取的操作策略（四）理想混合反应器的热稳定性（1）热稳定性原理（2）影响热稳定性的因素（3）T与T W间的最大温差基本要求：1．了解：理想混合反应器的热稳定性原理掌握：理想混合反应器的物料平衡方程和热量平衡方程及定态操作分析2．了解：影响热稳定性的因素掌握：理想混合反应器的热稳定性与操作因素的关系理解：理想混合反应器操作的多态现象3．掌握：T与T W间的最大温差的计算了解：理想混合反应器的热稳定性判据（五）连续流动反应器的停留时间分布（1）停留时间分布表示方法（2）停留时间分布的测定（3）停留时间分布的数字特征基本要求：1．掌握：停留时间分布的表示方法理解：停留时间分布的意义2．掌握：停留时间分布函数的测定方法理解：阶跃法和脉冲法测定停留时间分布函数的原理3．掌握：停留时间分布的数字特征理解：无因次平均停留时间和方差的意义、计算、用途（六）流动模型（1）理想流动模型（2）非理想流动模型基本要求：1．掌握：理想流动模型的建立掌握：理想流动模型数字特征的解析方法2．了解：非理想流动模型的建立了解：非理想流动模型数字特征的解析方法（七）停留时间分布与化学反应（1）反应器内流体的混合状态（2）微观混合反应器的计算（3）宏观混合反应器的计算基本要求：1．了解：反应器内流体的混合状态2．掌握：微观混合反应器的计算3．掌握：宏观混合反应器的计算聚合反应工程分析（一）概述（1）聚合反应过程的特点（2）聚合反应过程的目标函数基本要求：1．了解：聚合反应过程的特点2．理解：聚合反应过程的目标函数（二）聚合反应速度的工程分析（1）活性链浓度[P.]与聚合反应机理P与反应机理（2）平均聚合度n基本要求：1．了解：活性链浓度[P.]与聚合反应机理的关系掌握：活性链浓度[P.]的计算方法P与反应机理的关系2．掌握：平均聚合度n（三）聚合物的聚合度及聚合度分布表示法（2）瞬时聚合度（3）聚合度分布函数基本要求：1．掌握：几种平均聚合度的表示方法理解：距法表示的平均聚合度2．掌握：几种瞬时聚合度的表示方法掌握：反应机理与瞬时聚合度3．掌握：聚合度分布函数的表示方法（四）连锁聚合反应的平均聚合度及聚合度分布（1）间歇聚合时的聚合度分布（2）连续聚合时的聚合度分布基本要求：1．掌握：连锁聚合反应间歇聚合时的瞬时聚合度和产品聚合度及其分布理解：连锁聚合反应机理与聚合度及其分布2．掌握：连续聚合时的聚合度及其分布了解：多级串联连续聚合釜时的聚合度及其分布（五）粘度对聚合反应的影响基本要求：1．了解：粘度对聚合反应的聚合度及其分布的影响（六）均相自由基共聚（1）间歇共聚操作（2）半间歇共聚操作（3）连续共聚操作基本要求：1．了解：均相自由基共聚合动力学方程的建立理解：均相自由基共聚合动力学分析的基本假设掌握：均相自由基共聚物平均聚合度及组成分布的计算2．掌握：半间歇共聚操作时均相自由基共聚物平均聚合度及组成分布的计算了解：半间歇共聚操作时均相自由基共聚体系体积收缩与单体组成的关系3．了解：连续共聚操作时的聚合度及其分布基本要求：1．掌握：用微分方程法建立缩聚反应动力学方程2．掌握：线性缩聚反应的聚合度及其分布的表达（八）非均相聚合反应（1）间歇乳液聚合（2）连续乳液聚合（3）乳液聚合反应器设计要点基本要求：1．掌握：间歇乳液聚合动力学分析理解：间歇乳液聚合的基本假设2．了解：连续乳液聚合过程的特点了解：连续乳液聚合过程动力学（九）流动与混合对聚合度分布的影响（1）返混的影响（2）混合尺寸的影响基本要求：1．了解：流动与混合对聚合度分布的影响2．了解：混合尺寸对聚合度分布的影响（十）聚合过程的调节与控制（1）温度的调控（2）聚合速率的调控（3）聚合度与聚合度分布的调控（4）粒径及粒径分布的调控基本要求：1．了解：聚合过程温度的调控2．了解：聚合过程聚合速率的调控3．了解：聚合过程聚合度与聚合度分布的调控4．了解：聚合物粒径及粒径分布的调控化工流变学基础（一）非牛顿流体（1）牛顿粘性定律和流动曲线（2）非牛顿流体的分类基本要求：1．了解：牛顿粘性定律和流动曲线2．了解：非牛顿流体的分类（二）非牛顿流体的流变特性（1）非牛顿流体的表观粘度（2）高聚物溶液的流变特性（3）悬浮液的流变特性基本要求：1．理解：非牛顿流体的表观粘度的定义2．了解：高聚物溶液的流变特性3．了解：悬浮液的流变特性（三）非牛顿流体在圆管中层流流动的分析（1）流动分析（2）表观粘度及雷诺数（3）流量（4）平均流速与流速分布（5）压力降基本要求：1．掌握：非牛顿流体在圆管中层流流动的分析理解：非牛顿流体在圆管中层流流动时的表观粘度及雷诺数2．掌握：非牛顿流体在圆管中层流流动时的流量计算3．了解：非牛顿流体在圆管中层流流动时的平均流速与流速分布4．了解：非牛顿流体在圆管中层流流动时的压力降计算（四）非牛顿流体在圆管中的湍流流动基本要求：1．了解：非牛顿流体在圆管中的湍流流动时的流量、平均流速与流速分布、压力降的计算（五）非牛顿流体流变性的测量（1）落球粘度计（2）旋转锥板粘度计（3）旋转圆筒粘度计（4）毛细管挤出流变仪基本要求：1．了解：落球粘度计测量聚合物粘度的原理2．掌握：旋转锥板粘度计测量聚合物粘度的原理与应用3．掌握：旋转圆筒粘度计测量聚合物粘度的原理与应用4．了解：毛细管挤出流变仪搅拌聚合釜内流体的流动与混合（一）概述基本要求：1．了解：搅拌应具有的混合、搅动、悬浮、分散的功能（二）搅拌釜内流体的流动状况（1）循环流动与剪切流动（2）搅拌雷诺数与流态（3）挡板与导流筒基本要求：1．了解：搅拌釜内流体的循环流动与剪切流动2．了解：搅拌雷诺数与流态3．了解：挡板与导流筒的作用（三）搅拌器的构形与选择（1）搅拌器的构形（2）搅拌器的选用基本要求：1．了解：搅拌器的构形2．了解：搅拌器的选用（四）搅拌功率的计算（1）搅拌过程的因次分析（2）均相流体搅拌功率的计算（3）非均相体系搅拌功率计算（4）非牛顿流体的搅拌基本要求：1．了解：搅拌过程的因次分析2．了解：均相流体搅拌功率的计算3．了解：非均相体系搅拌功率计算4．了解：非牛顿流体的搅拌（五）搅拌器的流动特性及转速的确定（1）搅拌器的循环特性（2）搅拌转速的确定基本要求：1．了解：搅拌器的循环特性2．了解：搅拌转速的确定（六）搅拌器的混合特性（1）混合机理及混合特性（2）混合时间的计算基本要求：1．了解：混合机理及混合特性2．了解：混合时间的计算（七）搅拌釜中的分散过程（1）搅拌釜内的液-液分散与合并（2）搅拌对聚合物颗粒特性的影响基本要求：1．了解：搅拌釜内的液-液分散与合并了解：搅拌釜中的分散过程的韦伯准数2．了解：搅拌对聚合物颗粒特性的影响搅拌聚合釜中的传热与传质（一）聚合过程的传热问题基本要求：1．了解：聚合过程的传热问题的重要性（二）搅拌聚合釜的几种传热方式基本要求：1．了解：搅拌聚合釜的几种传热方式（三）搅拌聚合釜的传热计算（1）均相液体的传热（2）非均相体系的传热（3）非牛顿流体的传热（4）搅拌聚合釜总传热系数的计算基本要求：1．了解：均相液体的传热计算2．了解：非均相体系的传热计算3．了解：非牛顿流体的传热计算4．了解：搅拌聚合釜总传热系数的计算（四）搅拌釜内的传质过程（1）分散体系的传质膜系数（2）伴有相间传质的聚合反应基本要求：1．了解：分散体系的传质膜系数2．了解：伴有相间传质的聚合反应（五）聚合反应釜的安全操作基本要求：1．了解：聚合反应釜的安全操作搅拌聚合釜的放大（一）概述基本要求：1．了解：搅拌聚合釜的放大的重要性（二）搅拌聚合釜的传热放大基本要求：1．了解：搅拌聚合釜的传热放大理解：传热分系数在搅拌聚合釜放大后的变化（三）搅拌聚合釜的搅拌放大基本要求：1．了解：搅拌聚合釜的搅拌放大2．理解：搅拌器的N与D的关系（四）非几何相似放大基本要求：1．了解：搅拌聚合釜的非几何相似放大（五）放大准则的确定（1）按几何相似理论确定放大准则（2）按非几何相似理论确定放大准则基本要求：1．掌握：按几何相似理论确定放大准则的方法2．了解：按非几何相似理论确定放大准则聚合过程及聚合反应器（一）工业聚合方法基本要求：1．了解：工业聚合方法（二）聚合反应器（1）釜式聚合反应器（2）塔式聚合反应器（3）管式聚合反应器（4）特殊型聚合反应基本要求：1．了解：釜式聚合反应器2．了解：塔式聚合反应器3．了解：管式聚合反应器4．了解：特殊型聚合反应器（三）聚合反应器的选择原则基本要求：1．了解：聚合反应器的选择原则（四）聚合过程实例（1）苯乙烯连续本体聚合（2）高压聚乙烯（3）丙烯淤浆聚合基本要求：1．了解：苯乙烯连续本体聚合2．了解：高压聚乙烯3．了解：丙烯淤浆聚合五、有关教学环节的要求本课程教学方式主要为课堂教学，部分章节的例题和习题应上机求解。
聚合反应工程基础复习提纲（精品PDF）
第一章绪论1. 说明聚合反应工程基础研究内容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. 第二章化学反应工程基础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：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、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。
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：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。
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。
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第一章绪论1. 说明聚合反应工程基础研究内容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. 第二章化学反应工程基础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：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、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。
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：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。
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。
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？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?①由于物料与流向相反运动所造成,②由于不均匀的速度分布所引起的,③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？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.13. 反应器基本要求有哪些？①提供反应物料进行反应所需容积,保证设备一定生产能力;②具有足够传热面积;③保证参加反应的物料均匀混合15. 实现反应器的热稳定操作需满足哪些条件?①Qr=Qc, ②dQc/dT>dQr/dT, ③△T=T-Tw<RT2/E, E 反应活化能,T 反应器温度,Tw 冷却液温度第三章聚合反应工程分析2. 在连锁聚合中，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？同一歧化终止，无链转移时，理想混合流操作的瞬间聚合度及聚合度分布与间歇操作相同；平均聚合度及聚合度分布不同。
单基终止，无链转移时，理想混合流操作的聚合度分布比间歇操作的窄；平推流操作：平均聚合度和聚合度分布与间歇操作相同。
对于理想混合反应器，分子量分布窄；（浓度不变）对于间歇反应器，分子量分布宽。
（浓度从高到低）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？①应将反应产生的低分子物质排出体系外；②要尽量保证严格的原料官能团等当量比，配料要准，原料要纯，防止物料中混入能终止缩聚的单官能团杂质。
③在反应到一定程度时，外加一定量的单官能团物质以实行“端机封锁”而使缩聚终止。
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?间歇操作或接近平推流的塔式反应器可获得分子量分布窄的缩聚物；理想混合操作时，产物的分子量分布要比间歇操作时宽。
6.粘度对聚合物反应的影响。
粘度增加，链自由基卷曲，活性端基被包裹，双基扩散终止困难，链终止速率下降，产生凝胶效应，出现自加速现象。
第四章化工流变学基础2.何为牛顿流体,非牛顿流体?非牛顿流体又有哪些类型?流动曲线通过坐标原点的一直线的流体称为牛顿流体;凡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, …)3.高分子流体为什么多属于假塑性流体大分子链的取向原因,大分子链为无规线团,彼此缠结,对流动阻力大,表现出较大的黏度.当流动而受较大剪切作用时卷曲缠结的大分子结构被拉直取向, 伸直后大分子在液体层间传递动量作用较原来小,因而随γ增加,表现出η减小,因此多属于假塑性流体.4.为什么触变性流体和震凝性流体有特殊的流变行为?由于在一定剪切条件下,流体的结构随时间而受到逐步破坏,受破坏结构在剪切作用停止作用后又可以恢复,体现出独特流动行为.5.一般对于涂料类流体希望其具有何种流动特性,为什么?一般希望具有触变性. 因为触变性可使涂料在受外力作用下变成易流动的液体,而当外力消失后又很快恢复到高黏性不流动状态,这样易于涂刷而又能保持涂刷后不流动,尤其适用于垂直面上的涂刷.6.影响高分子流体流变行为的主要因素有哪些?如何对这些影响进行理论分析影响主要因素有高聚物平均分子量,分子量分布,压力,温度,以及溶液浓度. ①存在一临界分子量Mc, M>Mc,黏度急剧增加，为非牛顿流体:M<Mc 为牛顿流体;②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.③温度:温度增加,黏度η下降.对于柔性,温度对其影响不大,链段运动易, 活化能小.④浓度:聚合物溶液浓度增加,溶液黏度η0增加.临界浓度Cc,当C<Cc 为牛顿性流体C>Cc,为非牛顿流体, 假塑性.⑤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.9.何为表观粘度?剪切应力与剪切速率的比值称为表观黏度,Ma=Z/r第五章搅拌聚合釜内流体的流动与混合1.搅拌器一般具有哪些功能?混合,搅动,悬浮,分散等2.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.3.循环流动的三个典型流动分别是什么?哪些流动对混合有利?哪些需克服?径向流动,轴向流动,切线流动;径向和轴向对混合有利,起混合搅动及悬浮作用;切线流动对混合不利.4.何为打旋现象?如何消除打旋现象当η不大,搅拌转速较高时,桨叶放在釜中心线时,液体将随桨叶旋转的方向沿着釜壁滑动,釜内液体在离心力的作用下,涌向釜壁,使液面沿壁上升,中心部分液面下降,形成一个旋窝,通常称打旋现象.消除打旋现象:偏心安装可减弱漩涡,安装挡板,加导流筒可有效消除.5.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.6.搅拌器应满足哪些基本要求?选择搅拌器的基本方法是什么?保证物料混合, 消耗最小功率, 所需费用最低, 操作方便, 易于维修. 选择基本方法:A.生产上对搅拌无特殊要求,可参照生产时所用类似搅拌经验地选择.B.对搅拌有严格要求,且又无类似过程搅拌型式,应对设备工艺过程的操作类别,搅拌要求及经济性全面分析评价,找到主要控制因素进行选择适应型式C.对于过程开发或生产规模很大工程,在一定试验基础上,研究出最佳搅拌器桨叶形式,尺寸及操作条件,再相似模拟放大进行设计计算.选择搅拌器原则:(1)均相液体混合:主要控制因素为容积循环速率.(2)非均相液体混合:使互不相溶液体能良好分散.(3)固体悬浮:容积循环速率和湍流强度.(4)气体吸收及液相反应:保证气体进入液体后被打散,被气泡均匀的分散.控制因素:局部剪切作用,容积循环速率及高转速.(5)高粘度体系控制因素:容积循环速率及低转速7.搅拌器的功率消耗主要用于那些方面?计算搅拌器功率有何重要意义搅拌器所消耗的能量;搅拌轴封所消耗;机械传动所消耗意义: (1)搅拌功率是衡量搅拌强度的主要物理量;(2)是搅拌机械设计的基本数据;(3)根据搅拌功率的选用搅拌电机8.从搅拌器的功率曲线可以得到哪些重要信息?功率函数;功率准数;雷诺数：1. Nre=1-10:曲线斜率为-1, 搅拌层流区;2. Nre=10-1000: 搅拌过滤区;3. Nre》1000:搅拌湍流区,为一水平直线12.常用的搅拌桨叶直径的大致范围如何选定桨叶直径与釜径比值D/T=0.2~~0.8平桨0.5~~0.83 涡轮0.33~~0.4 推进式0.1~~0.3315.悬浮程度与那些因素密切相关?桨叶转速越高,直径越大,颗粒沉降速度愈小,所得悬浮程度越高.第六章搅拌聚合釜的传热与性质1, 聚合速率在聚合过程中一般有三种类型,其中那些对反应控制比较有利? 可采用那些措施实现这种过程?减速型,加速型,匀速型；匀速型对反应控制有利；引发剂半衰期使用得当,也可逐渐或分批加入单体或催化剂使Rp 保持均衡.2, 传热装置有哪些类型?夹套,内冷件,回流冷凝器,体外循环冷凝器3, 哪些反应不宜采用釜外循环热交换?为什么?a 对要求严格控制反应温度的一类聚合反应不宜采用液相外循环热交换装置应用于polymer, 使物料下降5~10 ℃b 悬浮聚合造成结块也不宜c 而对剪切敏感胶乳体系应慎用,因为循环泵r 很大,易破坏胶乳稳定性d 本体聚合,体系黏度过大,泵送困难,也不宜4, 试概括传热速率方程和总传热系数方程,讨论提高反应釜传热能力有效措施? Q=KA(ti—t0 ) 1/K= 1/αi+1/α0+ξδ/λ, αi,α0增大传热面积,降低冷却水温度以扩大温差,提高总传热系数可提高传热速率降低体系黏度,改善搅拌效果提高αi 和K 重要途径夹套中冷却水流提高K 重要途径：例夹套内安装挡板, 扰流喷嘴,多点切向进水使水处于剧烈流动状态,提高α0 ξδ/λ减小: λ较高材质,设法降低黏釜物和挂胶现象及时进行清釜,改善冷却水水质以及水垢沉积5.实现聚合釜安全操作应采取哪些基本措施?书本P191第七章搅拌聚合釜的放大3.如何理解和应用相似放大?相似放大着眼于如何在工业反应器中复现模拟反应器结果.相似放大应用于搅拌聚合釜. 1.搅拌设备传热放大可分为按动力相似放大,按传热系数相等放大,按单位体积传热速率不变放大,按搅拌聚合釜搅拌放大.5.搅拌釜传热可采用哪几种方法放大动力相似,叶端速度相等,给热系数相等,单位体积输入搅拌功相等,单位体积传热速率不变,总传热系数K 放大6.几何相似方法和非几何相似放大的放大准则。