聚合反应工程
聚合反应工程
聚合反应工程的重要性
01
02
03
工业生产
聚合反应是工业生产中重 要的化学反应之一，广泛 应用于塑料、橡胶、纤维、 涂料等领域。
新材料开发
通过聚合反应工程可以开 发新型高分子材料，满足 各种特殊需求，如高性能、 低成本、环保等。
优化生产过程
聚合反应工程研究有助于 优化聚合反应过程，提高 生产效率和产品质量，降 低能耗和物耗。
备的长期稳定运行。
04
聚合反应工程应用
高分子材料合成
高分子材料合成
聚合反应工程在合成高分子材料方面 具有广泛应用，如合成塑料、合成橡 胶和合成纤维等。
合成橡胶
聚合反应工程在合成橡胶方面也发挥 了重要作用，如合成丁苯橡胶、合成 橡胶等，这些橡胶在汽车、航空航天 和建筑等领域有广泛应用。
塑料合成
通过聚合反应工程，可以合成各种类 型的塑料，如聚乙烯、聚丙烯、聚氯 乙烯等，这些塑料在日常生活中有着 广泛的应用。
案例分析
以涤纶合成为例，通过聚酯聚合反应，对苯 二甲酸和乙二醇在催化剂的作用下发生聚合， 最终形成高分子量的聚酯。该案例中，聚合 反应工程的关键在于反应速度的控制和聚酯 的分子量调节。
涂料与粘合剂应用案例
涂料与粘合剂应用
聚合反应工程合成的涂料和粘合剂具有良好的粘附性、耐久性和绝缘性，广泛应用于建 筑、电子、航空航天等领域。
橡胶的性能改进
通过聚合反应工程，可以改进橡胶的 性能，如提高橡胶的耐热性、耐油性 和耐老化性等。
合成纤维
纤维的合成
聚合反应工程在合成纤维方面具有重要作用，可以合成各种类型 的纤维，如涤纶、尼龙、腈纶等。
纤维的性能改进
通过聚合反应工程，可以改进纤维的性能，如提高纤维的强度、耐 磨性和抗皱性等。
高分子化学第5章
• 主要有聚乙烯醇等合成高分子，及纤维素衍生物、明胶等
–(2)不溶于水的无机粉末
• 主要有碳酸镁、滑石粉、高岭土等
水溶性有机高分子
• 高分子分散剂的作用机理主要是：
–吸附在液滴表面，形成一层保护膜，起着保 护胶体的作用；
–介质的粘度增加，有碍于两液滴的粘合；
–明胶、部分醇解的聚乙烯醇等的水溶液，还 使表面张力和界面张力降低，使液滴变小。
第五章 聚合方法
5.1 引言
聚合反应工程考虑的三个层次：
• 聚合机理和动力学（mechanism and kinetics)
–连锁：自由基、阴、阳离子、配位 –逐步：缩聚、聚加成、开环等
• 聚合过程（polymerization process）
–实施方法：本体、溶液、悬浮、乳液 –相态变化：分散性质、是否沉淀、是否存在界面等
• 丙烯腈连续溶液聚合 ； • 醋酸乙烯酯溶液聚合；
• 丙烯酸酯类溶液聚合。
例1. 聚丙烯腈(PAN)连续溶液聚合
• 连续均相溶液聚合：以51-52%的硫氰化钠(NaSCN)水 溶液为溶剂，AIBN为引发剂，pH5±0.2，温度75~85 ˚C，转化率70～75%。进料单体浓度17%，出料聚合 物浓度13%，脱除单体后直接用于纺制腈纶纤维。 • 连续沉淀聚合：以水为溶剂，过硫酸盐类氧化还原引 发体系，温度40～50 ˚C，转化率80%。聚合产物从反应 体系中沉淀出来，经洗涤、分离、干燥后重新配制成纺 丝溶液用于腈纶纺丝。
–沉淀聚合机理与均相聚合有些不同，主要反 映在凝胶效应上，影响因素和生产控制也有 差异。
• 液相聚合； • 气相聚合； • 固相聚合。
从工程角度考虑（需重视操作方式）
聚合反应工程华东理工大学3.3.缩聚生产工艺
n H2N-R-NH2 + n HOOC-R’-COOH
H-(HNRNH-OCR’CO)n-OH + (2n-1) H2O c. 两功能基不同并可相互反应：如羟基酸聚合生成聚酯
n HO-R-COOH
H-(ORCO)n-OH + (n-1) H2O
(i) 平衡线型逐步聚合反应
指聚合过程中生成的聚合物分子可被反应中伴生的小分 子降解，单体分子与聚合物分子之间存在可逆平衡的逐 步聚合反应。
catalyst 260-300 0C
HOH 2CH2CO ( C O
C OCH 2CH2O )nxH + (n-1) HOCH2CH2OH O
特点： ▲ 反应温度高（200 ~ 300℃）； ▲ 反应时间长； ▲ 需在惰性气氛下进行； ▲ 反应后期需高真空。
优点：产品后处理容易，设备简单，可连续生产。 缺点：要求严格控制功能基等摩尔比，对原料纯度要求高；
（4） 聚合产物的分子量是逐步增大的。 最重要的特征：聚合体系中任何两分子（单体分子或
聚合物分子）间都能相互反应生成聚合度更高的聚合 物分子。
逐步聚合反应分类
聚合产物 结构不同
线型逐步聚合 热力学 非线型逐步聚合
平衡线型逐步聚合 不平衡线型逐步聚合
(1) 线型逐步聚合反应
参与反应的单体只含两个功能基（即双功能基单体），聚合 产物分子链只会向两个方向增长，生成线形高分子。
聚合产物分子链形态不是线形的，而是支化或交联型的。 聚合体系中必须含有带两个以上功能基的单体。
缩聚反应单体类型及特点
(1) 带有同一类官能团（a—R—a）并可相互作用的单体。同类分子之间反应。 不存在原料配比对产物分子量的影响。
(2)带有相同官能团（a—R—a）但本身不能进行缩聚反应，只能同另一类型 （b—R—b）单体进行反应。必须严格控制两种单体的等摩尔比。 (3) 带有不同类型官能团（a—R—b），它们间可进行反应生成聚合物。此类 单体也不存在原料配比问题。 (4) 带有不同类型官能团但它们之间不能相互进行反应，只能同其他类型的单 体进行缩聚反应。此类单体也存在原料配比问题。
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）
第一章 聚合反应工程基础1-2
40年代，霍根(Hougen)、华生(Waston)著作《化学过程原理》 法兰克-卡明聂斯基著作《化学动力学中的扩散与传热》问世 1957年，荷兰阿姆斯特丹第一次欧洲反应工程会议——确立 了化学反应工程的名称
• 计其达.《聚合过程及设备》化工出版社，1981；
第二章 化学反应工程基础
2.1 化学反应和反应器分类
2.1.1 化学反应分类
表2-1 按化学反应的特性分类
反应机理 反应的可逆性 反应分子数 反应级数
简单、复杂反应 可逆、不可逆反应 单分子、双分子、三分子反应 一级、二级、三级、分数级反应
反应热效应 放热反应、吸热反应
1.3 聚合物合成材料的发展
1910年，美国正式工业化生产酚醛树脂，随后相继合成出丁 苯橡胶、丁腈橡胶、氯丁橡胶、尼龙-66、聚酯纤维、高压聚乙 烯和聚氯乙烯，产量和品种在世界大战中得到快速发展。 1920年，H. Staudinger提出了“高分子化合物的概念，建立 了大分子链的学术观点并系统研究了加聚反应。
聚合反应工程基础
第一章 绪论 1.1 课程简介 一）课程产生背景
高分子化学 高分子物理
化学反应工程
聚合反应工程
连接桥梁
二）课程研究对象与拟解决的关键问题
• 研究对象：工业规模的聚合过程 • 关键问题：聚合反应动力学
聚合物系的传递过程 聚合反应器设计、放大
三）聚合反应工程的任务
创新与选择最适反应器型式 确定最优工艺条件 估算反应器尺寸大小
1994年，全世界三大合成材料的产量超过1.4×104万吨，按体 积计算超过钢铁。
聚合反应工程基础
聚合反应工程基础
聚合反应工程是一项对聚合反应做出反应结果的工程，是一种合成技术，旨在改善已有物质的性能，从而获取新物质。
与它相关的反应条件是:反应成分、反应温度、反应压力、反应时间和反应环境等因素。
反应成分是指反应时有害物质和原料，需要考虑事先性能和安全性；反应温度对反应有重要影响，选定的反应温度可能会影响反应的速度和产物的性质；反应压力也是影响反应的重要因素，一般情况下越高的压力会使反应终止更快；反应时间是指反应发生的时间，反应时间的不同可能会影响反应的结果；反应环境一般有液相反应和气相反应，液相反应对热反应有一定的特点，气相反应则更加灵活，在重要的应用领域可能会产生有用的物质。
通过调整上述反应因素，我们可以实现理想的反应结果，从而获取理想的物质。
聚合反应工程的研究主要集中在调节上述反应条件，以获得最终产品的最佳性能，重点是获得较高的生产效率。
同时，随着反应条件的变化，反应物和生成物之间的变化也会有所不同，这些变化也需要观察并进行改进。
总之，聚合反应工程主要是通过调节反应条件，使反应物和生成物在必要的条件下，实现理想的反应结果，以及高效的生产效率，为后续工程提供资源资源。
第3章聚合反应工程分析
第3章聚合反应工程分析聚合反应工程是指将原料分子通过化学反应，以合成高分子化合物时所涉及的反应、传质和传热等非单个分子过程综合在一起，进行反应器设计、工艺设计以及反应器操作等的工程学科。
聚合反应工程分析则是指对聚合反应过程进行全面的分析和研究，旨在优化反应条件，提高聚合反应的效率和产率。
在聚合反应工程分析中，首先需要对反应机理进行研究和确定。
聚合反应通常遵循几种常见的反应机理，例如自由基聚合反应、阴离子聚合反应、阳离子聚合反应等。
通过研究反应机理，可以确定反应过程中的关键步骤和速率控制步骤，为进一步的分析和优化提供基础。
接下来需要进行聚合反应动力学分析，即研究反应速率与反应物浓度、温度以及其他操作条件的关系。
通过动力学分析，可以确定反应的速率方程和活化能，为反应器设计和工艺设计提供依据。
常用的动力学模型有比如扩散控制模型、化学反应控制模型、传质控制模型等。
聚合反应工程分析还需要考虑反应过程中的传质和传热问题。
在反应过程中，反应物和产物之间会发生传质现象，需要考虑反应物的扩散和溶解等过程。
传热问题则涉及到反应器的冷却和加热等方面，需要合理设计反应器的结构和操作条件，以保证反应的进行和产物的质量。
此外，聚合反应工程分析还需要考虑工艺参数的优化。
通过对反应条件、催化剂种类和用量、反应物浓度以及反应温度和压力等参数的优化，可以提高产物的选择性和产率，并降低能耗和废物排放。
在聚合反应工程分析中，还需要考虑一些其他因素，如反应器的选择和设计、反应过程中的安全性和环境影响等。
反应器的选择和设计需要根据反应物性质和反应条件等因素进行考虑，以确保反应的高效进行。
而反应过程的安全性和环境影响则需要遵循相关的安全和环境法规，保护生产环境和操作人员的安全。
总之，聚合反应工程分析是对聚合反应过程进行全面研究和分析的工程学科。
通过对反应机理、动力学、传质传热和工艺参数等方面的分析，可以优化聚合反应的条件和过程，提高产物的质量和产率，以实现经济、高效和环保的生产。
聚合反应工程-缩聚生产工艺(涤纶)
3
2 逐步聚合类型 逐步聚合反应具体反应种类很多，概括起来主要有两大类： 缩合聚合（Polycondensation) 和 逐步加成聚合(Polyaddition) (1) 缩聚反应 a. 聚酯反应：二元醇与二元羧酸、二元酯、二元酰氯等之间反应 n HO-R-OH + n HOOC-R’-COOH
溶剂的选择： ▲ 对单体和聚合物的溶解性好； ▲ 溶剂沸点应高于设定的聚合反应温度； ▲ 有利于移除小分子副产物：高沸点溶剂；溶剂与小分子形成共沸物。
26
2、溶液聚合
优点： ▲ 反应温度低，副反应少； ▲ 传热性好，反应可平稳进行； ▲ 无需高真空，反应设备较简单； ▲ 可合成热稳定性低的产品。
缺点： ▲ 反应影响因素增多，工艺复杂； ▲ 若需除去溶剂时，后处理复杂：溶剂回收，聚合物
H-(ORO-OCR’CO)n-OH + (2n-1) H2O
4
b. 聚醚化反应：二元醇与二元醇反应 n HO-R-OH + n HO-R’-OH H-(OR-OR’)n-OH + (2n-1) H2O
c. 聚酰胺反应：二元胺与二元羧酸、二元酯、二元酰氯等反应 n H2N-R-NH2 + n ClOC-R’-COCl
无所谓引发、增长和终 止反应。反应活化能较 高，反应速率慢，以小 时计。
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单体转化率、产物聚合度与反应时间关系示意图
产
单
物
体பைடு நூலகம்
聚
转
合
化
度
率
反应时间
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5、缩聚反应的分类
（1）按反应热力学特征分为
平衡缩聚（可逆缩聚K<105 ） 不平衡缩聚（不可逆缩聚K>105 ）
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
3.1.1 聚合反应的类型
根据反应机理分类
逐步聚合反应
连锁聚合反应
单击此处添加文本内容，文字是您思想的提炼，请尽量言简意赅的阐述观点
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1
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3.1 概 述
逐步聚合反应的特点：
活化能和反应速率大致相同，反应早期，大部分单 体很快聚合成二、三、四聚体等低聚物，短期内转 化率就很高。随后，低聚物间继续相互反应，分子 量不断增加，直至转化率很高（＞98%）时，分子量 才达到较高的数值。
在极性溶剂中，由于Li—C键易解离，被溶剂化，下列平衡向右移动： 形成π络合物，单体可以在1，3两个位置加成，当向3位加成时，得到1，2产物： 在极性溶剂中1，2产物比例增加。
（3）、嵌段共聚物
1956年，Szwarc发现苯乙烯活性聚合，并且第一个用阴离子活性聚合制备了S-Ip嵌段共聚物，现在这种方法已成了合成嵌段共聚物的主要方法之一，特别是合成 S-Bd 嵌段共聚物，包括二段（SB）、三段（SBS或BSB）、四段（SBSB）、星型（SB）xA等。SB性能与聚苯乙烯相似，要作为弹性体必须经过硫化交联，主要用途是加入天然橡胶、丁苯橡胶或氯丁橡胶，一起加工硫化，有利于提高产品的加工性能和提高质量。SBS是热塑性弹性体重要的工业产品（最早出现在1965年），它有橡胶性能，又具有热塑性。室温下它与硫化橡胶没有区别，但没有共价键交联结构，可以溶剂加工，温度升高时成为流体，可以注射成型，应用范围广。
与单体浓度的平方成正比。 聚合总速率以单体消耗速率表示，并且不考虑引发反应消耗的单体，则聚合速率近似等于增长速率。
3.2.2.2 阴离子聚合
阴离子聚合的特征是快引发、慢增长、无终止和无转移。所谓慢增长是与快引发相对而言，实际上阴离子聚合的增长速率常数比自由基聚合还要大。
第三章 聚合反应工程分析(3-1,2,3,4,5,6,7)
第二节 聚合反应速度的工程分析
一、活性链浓度[P· ]与聚合反应机理
在连锁聚合时，若反应机理尚不清楚，分析 [P· ]与转化率x(或[M])间的关系．对判断 聚合反应机理是有帮助。
第二节 聚合反应速度的工程分析
第二节 聚合反应速度的工程分析
第二节 聚合反应速度的工程分析
第二节 聚合反应速度的工程分析
第二节 聚合反应速度的工程分析
二、平均聚合度 P 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，要正确刊断反应机理还应弄清平均 聚合度与聚合机理间的关系。 在间歇操作时。由实验测得的数均聚合度与实际 上是各瞬间生成物聚合度的平均值。与反应速率 有关的是瞬时数均聚合度 P a 。
第三节 聚合物的聚合度及聚合度分布表示法
第三节 聚合物的聚合度及聚合度分布表示法
第三节 聚合物的聚合度及聚合度分布表示法
第三节 聚合物的聚合度及聚合度分布表示法
第三节 聚合物的聚合度及聚合度分布表示法
第三节 聚合物的聚合度及聚合度分布表示法
第四节 连锁聚合反应的平均聚合度及聚 合度分布
第三章 聚合反应工程分析
第一节 概
述
聚合反应机理多样，动力学关系复杂，因而操作 条件的细微变化，往会使聚合速率、聚合度和聚 合度分布共聚物组成及序列分机以致聚合物结构 与性能产生差异。 弄清和掌握聚合过程并非易事，特别是高聚物体 系传递过程的研究还很欠缺，使问题的深入受到 限制。 按反应机理来分，聚合反应可以分为连锁聚合反 应和逐步聚合反应二大类。
2．第二阶段——反应恒速期 此阶段由于胶束的消失，体系中不再有新的乳胶 粒产生使总的乳胶粒保持不变。且随着聚合反应 的进行，单休液滴小的单体不断扩教入乳胶粒中， 使粒子中的中体浓度维持不变，故此阶段的聚合 速串保持恒定。直至单体液滴消失，聚合速率下 降反应转入第三阶段。
聚合反应工程
聚合反应工程聚合反应工程是化学工程学科中的一个分支，研究的是聚合反应的工艺与过程。
本文将从聚合反应工程的定义、原理、应用和未来发展等方面进行详细介绍。
定义聚合反应工程是指在控制条件下，通过引发剂或催化剂的作用，将单体分子通过化学键的重组反应形成分子量较大且具有规则结构的高分子化合物的反应过程。
聚合反应工程研究的重点在于控制聚合过程的反应速率、聚合程度和聚合产物的分子量分布。
原理聚合反应的原理主要包括以下几个方面：1.单体引发：通过引发剂或催化剂的作用，使单体分子发生自由基聚合或离子聚合反应。
2.自由基聚合：聚合反应中最常见的是自由基聚合。
自由基聚合反应是指通过引发剂引发自由基的形成，并由自由基引发自由基聚合。
3.离子聚合：离子聚合分为阳离子聚合和阴离子聚合。
离子聚合反应是通过引发剂引发离子的形成，并由离子引发离子聚合。
4.聚合速率控制：聚合反应的速率主要受到聚合度、温度、浓度和溶剂等因素的影响。
5.分子量分布控制：在聚合反应工程中，需要控制聚合产物的分子量分布，以满足特定的应用要求。
应用聚合反应工程在许多领域中都有着广泛的应用，包括：1.聚合物合成：聚合反应工程在合成高分子聚合物方面有着重要的应用。
通过控制聚合反应的条件和参数，可以合成具有特定性能和结构的聚合物材料，广泛应用于塑料、橡胶、纺织品等行业。
2.药物制剂：聚合反应工程在药物制剂方面也有着重要的应用。
通过聚合反应工程的研究，可以合成控释药物、胶囊等药物制剂，提高药物的疗效并减少副作用。
3.燃料电池：聚合反应工程在新能源领域中也起到了重要的作用。
通过聚合反应工程的研究，可以合成用于燃料电池中的聚合物电解质，提高燃料电池的效率和稳定性。
4.生物医学工程：聚合反应工程在生物医学工程领域中也有广泛的应用。
通过聚合反应工程技术，可以制备生物材料、组织工程支架等，用于修复和替代人体组织和器官。
未来发展聚合反应工程将会在未来的发展中得到更广泛的应用和深入的研究，其发展方向主要包括：1.绿色化：聚合反应工程将会在绿色合成方面得到更广泛的应用。
聚合反应工程
聚合反应工程一、概述聚合反应工程是指将聚合反应与化学工程原理相结合，通过设计、优化和控制反应过程，实现高效、经济和环保的生产过程。
聚合反应工程包括聚合反应的机理研究、反应器设计和操作控制等方面。
二、聚合反应机理研究1. 聚合反应机理的确定聚合反应机理是指在特定条件下，单体分子之间发生的化学变化以及生成高分子分子链的过程。
确定聚合反应机理是进行聚合反应工程设计和优化的关键。
通常采用实验方法和计算模拟方法来确定聚合反应机理。
2. 反应活性中心研究在聚合反应中，活性中心是生成高分子链的关键。
因此，研究活性中心的生成条件、结构和稳定性等对于提高聚合速率和控制分子量分布具有重要意义。
3. 分子量分布控制在聚合过程中，生成高分子链长度不一致会导致产品品质下降。
因此，需要采取措施控制分子量分布，如引入调节剂等。
三、反应器设计1. 反应器类型选择聚合反应器的类型包括批式反应器、连续流动反应器和搅拌式反应器等。
选择适合的反应器类型可以提高聚合速率和控制分子量分布。
2. 反应器尺寸设计反应器尺寸设计需要考虑聚合速率、产量和传热等因素，以保证生产过程高效、经济和安全。
3. 反应器操作条件控制反应器操作条件包括温度、压力、搅拌速度等，这些条件对于聚合速率和分子量分布具有重要影响。
因此，需要进行优化和控制。
四、操作控制1. 过程监测过程监测是指对聚合反应过程中的物理化学参数进行实时监测，并及时调整操作条件以保证产品品质。
常用的监测方法包括红外光谱法、核磁共振法等。
2. 控制策略设计通过建立数学模型，确定最优的操作条件来控制聚合反应过程。
常用的控制策略包括PID控制、模型预测控制等。
五、总结聚合反应工程是一门综合性强的学科，需要深入研究聚合反应机理，合理设计反应器和控制操作条件，以实现高效、经济和环保的生产过程。
第三章 聚合反应工程分析
1
将（3-22）代入上式，得：
1 [P ] ( )[ P ] 1
1
（3-25）
式中，
k P [M ] / ktd [M ] 动力学链长
？
• 动力学链长----定义为每个活性中心从引 发开始到终止所消耗的单体分子个数 • 因此，动力学链长可用增长速率和引发 速率之比求得
32聚合反应速度的工程分析321活性链浓度p与聚合反应机理连锁聚合中引发和转移消耗的单体忽略可得实验决定拟稳态假设成立时的px关系式引发反应终止反应x关系式对应曲线i1t1t212曲线1i2t1t2121x12曲线2i3t1t21x曲线3i4t31x曲线3i5t5为常数曲线4拟稳态假设成立时p?x曲线拟稳态假设不成立时的px关系式引发反终止反应p?x关系式间歇操作连续操作i1t5p?4k12曲线5p?2k1x12i4t5p?2k12曲线612i5t3拟稳态假设不成立时p?x曲线聚合度dpxndegreepolymerization
一、平均聚合度
数均聚合度
Pn
j[ P ]
j 2 j
[ P ]
j 2 j
[ M ]0 [ M ] [ P]
重均聚合度
PW
j 2 [ Pj ]
j 2
j[ Pj ]
j 2
j 2 [ Pj ]
j 2
[ M ]0 [ M ]
Z均聚合度
PZ
j
此时
f n ( j)
P
j
P
k td [ Pj ][P ] k f [ Pj ][Y ] k td [ P ] k f [ P ][Y ]
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1. 聚合反应工程是化学反应工程的一部分。
（）
2. 聚合反应中，其传质过程必与聚合反应同时进行。
（）
3. 水马力与冷却水重量流量成正比，与扬程成反比。
（）
4. 在不可逆三级反应中，若某一组分过量，且反应中其浓度基本保持不变，那么反应可视为一级反应。
（）
5. 平推流与间歇反应器的设计基本方程式相同，但图解形式不同。
（）
6. 在多级串联反应器中，如果每一级的体积相等，那么各级反应器的反应时间相等。
（）
7. 对于单一反应，那么级数n越低，转化率越低，则容积效率越低。
（）
8. 在平行反应中，提高反应物浓度有利于反应级数高的反应。
（）
9. 聚合过程的反应温度可通过调节散热面积进行调整，但不可通过调节单体浓度进行调整。
（）
10. 均一相液体间的混合，常采用的是混合时间相等放大。
（）
11. 平推流反应器和理想混合反应器中存在返混，理想混合反应器的返混较大。
（）
12. 扩散模型中流体在反应器的径向产生返混，而轴向不存在返混。
（）
13. 按总传热系数K放大的条件是釜壁的热阻相对于其它热阻来说比较小。
（）
14. 触变流体粘度不仅随剪切速率而变化，且在恒定剪切速率下，粘度随时间的增加而减小，并达到一恒定值。
剪切停止后，可立刻恢复至最初粘度。
（）
15. 胀塑性流体在管中的流速分布比牛顿流体更均匀，流速梯度小。
（）
16. 为有效消除漩涡，可安装档板。
（）
17. 均相流体湍流时，功率曲线为一水平直线。
（）
18. 为有效消除漩涡，可安装盖板。
（）
19. 放大不均匀系数是反应过程中最大放热速率与平均放热速率之比。
（
20. 聚合反应按型式可分为釜式、管式两种。
（）
1. 关于假塑性流体哪个结论不成立（）
A 假塑性越大，反应器中的浓度越不均匀，温度分布越均匀，产物的分子量分布越窄，
B假塑性越大，反应器中的浓度越均匀，温度分布越不均匀，产物的分子量分布越宽，
C假塑性越大，反应器中的浓度越不均匀，温度分布越不均匀，产物的分子量分布越宽，
D假塑性越大，反应器中的浓度越均匀，温度分布也越均匀，产物的分子量分布越窄
2. 混合状态对下列哪种反应器有影响。
（）
A 间歇反应器，
B 平推流反应器，
C 理想混合反应器，
D 多级理想混合反应器
3. 反应器具有热稳定性必须满足哪些条件？（）
A Q r = Q c,
B Q r > Q c,
C dQ c/dT < dQ r/dT，
D dQ c/dT < dQ r/dT
4. 下列几种装置中，哪种最常采用且结构简单的间接传热装置？（）
A 内冷件，
B 回流冷凝器，
C 蛇管，
D 夹套
5. 由传热关联式的分析，可知正确项为（）
A 使用涡轮桨叶时的传热系数比使用其它桨叶要低，
B 内装蛇管要比带有夹套的无挡板釜具有更高的传热系数，
C涡轮桨叶位置靠近釜底比紧靠釜中心的传热效果好，
D层流时，有无档板对传热系数的影响不大
6. 下列表述哪几项正确（）
A 无限慢反应受传质过程的扩散控制，
B 无限慢反应不受传质过程的扩散控制，
C 快速反应受传质过程的扩散控制，
D 快速反应不受传质过程的扩散控制
7. 传热放大法中，哪几种方法最常用（）
A 保持给热系数相等的放大，B保持叶端速度相等的放大，
C 保持雷诺准数相等的放大，D保持单位体积输入的搅拌功率相等的放大
8. 传热膜系数相等放大时，有（）
A 若b=0.75，则P r大于1，
B 若b=0.75，则P r等于1，
C 若b=0.75，则P Vr等于1，D若b=0.75，则P Vr小于1
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1. MMA本体聚合其转化率达90%时，此时（）
A链增长反应速率常数大幅下降，总的聚合速率增加， B链增长反应速率常数大幅下降，总的聚合速率下降，
C 链终止反应速率大幅增加，总的聚合速率增加， D链终止反应速率大幅增加，总的聚合速率下降
2. 在间歇操作情况下，下列哪种情况下，瞬时数均聚合度等于动力学链长。
A 偶合终止，无链转移，
B 歧化终止，无链转移，
C 偶合终止，向溶剂转移，
D 歧化终止，向溶剂转移
3. 下图中哪个表示流体流过填充物的流动。
（）
A a，
B b，
C c，
D d
4. 连串反应中，若生成目的产物的反应其活化能远高于其它副反应，则提高产物收率的最有效方法是（）。
A 提高反应物浓度，
B 降低反应物浓度，
C 提高反应温度，
D 降低反应温度
5. 在多级串联反应器中，如果每一级的体积相等，且中间各级不现单独加入反应物，可知，各级反应器的反应时间相等。
各级反应器的进料、出料口的反应物浓度之差之间有什么关系（）
A 第一级中最大，
B 最后一级中最大，
C 各级都一样，
D 无法确定。
6. 有一气体参加的反应，1mol A反应生成1 mol B和2 mol C, A,B,C均为气体。
反应开始时，反应气体用惰性气体进行稀释，两者体积比为1:1，那么该体系的膨胀率为。
A 1，
B 1.5，
C 2，
D 0.5
7. 连串反应中，反应物A生成产物R（其速率常数为K1），R又会生成另一种产物（其速率常数为K2），且K2 = 20 K2，三种物料其浓度随反应时间的变化可能如下图中所示，请问哪个图正确反映物料变化？（）
A 右图，
B 左图，
C 中间的图，
D 以上都不是
8. 下列流体中，最可能表现出胀塑性的是（）
A 牙膏，
B 血液，
C 淀粉糊，
D 高分子凝胶
9. 下列搅拌器中，哪种搅拌器桨叶的有效高度与桨叶原始高度相同。
（）
A 锚式桨，
B 平直桨，
C 折叶桨，
D 推进式桨
10. 工业上常用的聚合方法有四大类，其中工艺流程最简单的是（）
A本体聚合，B悬浮聚合，C乳液聚合，D溶液聚合
11. 下列几种装置中，哪种最常采用且结构简单的间接传热装置？（）
A 内冷件，
B 回流冷凝器，
C 蛇管，
D 夹套
12. 下面哪个因素与粘度负相关（即该因素的增加会使粘度下降）（）
A 分子量，
B 温度，
C 压力，
D 浓度
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1. 化学反应按其热效应可分为和。
2. 已知某化学反应在T=300K时，反应速率常数为100 Hz, T=400K时，反应速率常数为300 Hz，那么该反应的反应级数为级，反应（反应是放热反应还是吸热反应？）。
3. 某一级可逆反应，其正、负反应的反应速率常数分别为K1、K2，且K1=1.5K2。
反应起始时，反应物A的浓度为C A0，那么反应平衡时，反应物的平衡浓度为。
若已知正反应的活化能E1>0, 而逆反应的活化能<0, 那么当反应温度增加时，反应物的平衡浓度增加还是减小？
4. 在相同反应条件下，理想混合反应器所需要的反应器容积比平推流反应器大得多，其原因是。
5. 停留时间分布的两个数字特征分别为和。
6. 某反应为单基终止且向单体转移，在间歇操作条件下，已知其瞬时Z均聚合度为12万，那么其瞬时数均聚合度为、瞬时重均聚合度为。
7. 非牛顿流体可分为、、。
8. 悬浮液随着固相分率的增加，会由牛顿流体向非牛顿流体转变。
此外，这个转变的起始点还与剪切速率有关，若浓度增加，产生非牛顿性的剪切速率会。
在浓度不太高的情况下，随着剪切速率增加，悬浮液最先表现出。
9. 两种幂律流体A 和B，指数分别为0.3和1.2，已知它们在同样条件下流动时的流动特征相同，为200 Hz，稠度系数和密度也极为相近，那么它们的雷诺数以及压力降大小关系如何？
10. 已知某流体为宾汉流体，其屈服应力为2Pa，又知道当作用在该流体上的剪切速率为1Hz时，对应的应力为5 Pa, 那么该流体的宾汉塑性粘度为，表观粘度为。
11. 螺带式搅拌器适用于对于场合。
12. 聚合物粒子直径受搅拌强度的影响，在纯湍流分散（忽略合并）情况下，聚合物粒子直径随着单位体积功的增加而
13. 对剪切作用敏感的流体，常采用放大。
14. 反应釜放大可分为数模放大和两大类。
1. 某非牛顿流体在管中流动，已知离管中心轴0.25 D处的剪切应力为100帕，另有两点A和B，分别离管壁0.1 D 和0.4 D。
求管中的最大剪切应力值以及A，B处的剪切应力。
2. 某二级不可逆反应中，1molA与1mol B反应能生成1mol S。
已知开始时，C A0=1mol/L，C B0＝1mol/L，C S0＝0 mol/L 当反应进行到t=1小时时，反应物A的浓度变为C A0/4，1.求反应速率常数。
2.若A与B的起始浓度分别为C A0= 0.5 mol/L，C B0＝20 mol/L，C S0＝0.5 mol/L求这种情况下，反应进行到t=1小时时，反应物A及产物S的浓度。
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