聚合反应工程基础复习提纲.docx
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: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。
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。
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？。
第一章 聚合反应工程基础1-2
返混：反应器内不同年龄的流体微元间的混合。
平推流反应器
• 反应器内每一微元体积中的流体均以同样 的速度向前移动；
• 稳态操作时，反应器各个截面上物料浓度 不随时间而变化；
• 物料浓度沿流动方向而改变，反应速率随 空间位置改变。
理想混合流反应器
• 强烈搅拌作用，刚进入反应器的物料微元 与器内原有的物料微元瞬时充分混合，各 点浓度相等，出口流体组成与器内相同。
• 微元停留时间分布 • 管径小、流速大的管式反应器作为平推流
反应器处理；带有强烈搅拌的釜式反应器 作为理想混合流反应器。
2.2 均相反应动力学 2.2.1 相关术语
20世纪30年代，丹克莱尔(Damhohler)论述了扩散、流体流 动和传热对反应器产率的影响——奠定了基础 梯尔(Thiele)和史尔多维奇对扩散反应问题作了开拓性的工作
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
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。
应机理； • 不同操作方式对聚合过程的影响； • 粘度对聚合反应的影响；
……
3）化工流变学基础 • 非牛顿流体的分类、流变特性；
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
聚合物加工工程复习提纲
第一章聚合物流变学基础1. 了解“连续介质模型”的内容，清楚分子与质点的区别。
2. 掌握内力和应力的概念及二者的联系。
3. 何谓一点处的应力？用什么物理量表征？掌握该物理量在直角坐标系中的数学表示式及各分量的含义。
对于给定微元体，能够标出各个应力分量。
4. 掌握应变张量和应变速率张量在直角坐标系中的数学表达式及各分量的含义。
对于给定的流场，要求能够写出相应的应变速率、应力张量。
5. 为什么固体的变形可以用应变来描述，而流体的变形则需要用应变速率来描述？6. 连续性方程、运动方程和能量方程分别与物理学中哪三个定律相对应？要求掌握连续性方程在直角坐标系下的数学表示式以及运动方程和能量方程的矢量微分式子。
7. 掌握连续性方程、运动方程和能量方程的物理意义，请写出特殊情况下（稳定流场或不可压缩流体）各个方程的矢量微分式子。
8. 自然界中的流动主要分哪几类？其流动曲线各有何特点？对于每一种流体，各试举出两个例子，其中多数聚合物熔体属于哪一类流体？9. 掌握牛顿流体和幂律流体的流变状态方程，清楚其中各个流变学量的物理意义。
10. 能够运用三大基础方程和流变状态方程求解简单的流动问题。
11. 名词解释：内力、应力、应变、应变速率、牛顿流体、非牛顿流体、假塑性流体、胀塑性流体。
第二章混合与混炼1、高聚物加工中为何要进行共混？共混方法有哪几种？2、3、4、5、6、共混过程对外力场有何要求？7、了解捏合机、高速搅拌机、开炼机、密炼机的结构和工作原理。
8、何谓橡胶的塑炼和混炼？操作过程分为哪几步？影响因素有哪些？如何提高塑炼与混炼的效果？9、10、在高分子材料混合与混炼中，需控制哪些工艺条件？11、简述开炼机与密炼机的共混工艺及控制特点。
名词解释：混合、混炼、均匀性、分散性、分散相、连续相。
第三章挤出成型1、普通螺杆在结构上为何分段，分为几段？各段的作用如何？2、根据固体输送率的基本公式，分析当螺杆的几何参数确定之后，提高固体输送率的途径及工业实施方法。
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
聚合反应工程复习习题.docx
1.聚合反应工程定义：聚合反应工程以研究工业生产规模进行的聚合反应过程的规律及反应器最佳设计和最佳操作的学科。
2.聚合反应工程主要讨论：聚合反应器的特性；反应器的设计方法；聚合反应器的型式和结构；反应器的大小；物料衡算与热量衡算；最优化；聚合反应过程操作条件的稳定性。
3.进行聚合反应器的最佳设计应从聚合动力学与聚合物系中的传递规律二方面着手，应用化学反应工程的方法使它们结合起来，对聚合反应器进行设计、放大。
4.聚合反应工程的分析和研究方法：首先掌握“三传一反”理论基础，动量传递、热量传递、质量传递、化学反应动力学；其次掌握化学反应工程的常用放大技术，逐级经验放大法、解析法、模型法。
5. 设计反应器数学模型的方法：物料衡算方程、能量衡算方程、动量衡算方程。
依据：质量守恒定律、能量守恒定律、动量守恒定律。
6.反应速率定义为单位时间，单位反应体积中所生成(或消失)的某组分的摩尔数。
即7. 基元反应：如果反应物分子按化学反应式在碰撞中一步直接转化为生成物分子，则称该反应为基元反应。
8.反应速率常数k 随温度的变化关系（阿累尼乌斯方程）9. 反应器停留平均时间t 停留时间又称接触时间、反应时间，用于连续流动反应器，指流体微元从反应器入口到出口经历的时间。
10．空间时间τ（空时） 其定义为反应器有效容积V R 与流体特征体积流率 之比值。
即eRTE A k /0-=Vt v==反应器容积反应器中物料的体积流量v11.平推流模型(PFR)亦称活塞流、柱塞流模型或理想置换模型，是一种返混量为零的理想流动模型。
特点：沿着物料的流动方向，物料的温度、浓度不断变化，而垂直于物料流动方向的任一截面（又称径向平面）上物料的所有参数，如浓度、温度、压力、流速都相同，因此，所有物料质点在反应器中具有相同的停留时间，反应器中不存在返混。
12. 全混流模型亦称理想混合模型或连续搅拌槽式反应器（CSTR）模型。
是一种返混程度为无穷大的理想流动模型。
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
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。
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15.层流和湍流吋的搅拌功率如何计算？为什么？
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？
2,传热装置有哪些类型？
3,哪些反应不宜采用釜外循环热交换?为什么？
4,试概括传热速率方程和总传热系数方程，讨论捉高反应釜传热能力有效措 施？
2.高分子流体为什么多属于假塑性流体？
3.为什么触变性流休和震凝性流体有特殊的流变行为？
4.一般对丁涂料类流体希望其具有何种流动特性，为什么？
5.影响高分了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
6.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
7.对非牛顿流休在圆管中层流流动规律进行研究有何重要意义？
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 &从搅拌器的功率曲线可以得到哪些重要信息？
9.气液体系的搅拌功率与均相体系相比有哪些特点？
10.何为排出流量准数？其对搅拌器计算冇何重要作用
11.搅拌级别一般范围几个等级？
12.常用的搅拌桨叶直径的大致范围如何？
13•何为颗粒雷诺数？骑在不同的范围时，密度差如何计算 密度差：（pp-p）/u（层流）（pp-p） /p（湍流）
问题
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？
2.形成返混的主要原因有哪些？
3.理想反应器设计的基本原理是什么？
4.反应器的流动模型冇哪些？各有何特点？
5.平推流及理想混合反应器的停留时间分布有何特点？
6.返混对简单反应、复杂反应和连串反应各冇何影响？
7.描述连续式反应器的重要性质有哪些？
5,实现聚合釜安全操作应采取哪些基本措施？
笫七章搅拌聚合釜的放大
1•何为放大效应？为什么会出现放大效应?何为冷模试验？
2.在工程上有哪几种放大方法？简述各种放大方法基本原理？
3.如何理解和Байду номын сангаас用相似放人？
4.根据传热系数放大方程，并假定20.5,讨论在保持大小釜的搅样叶的叶端速 度相等，和大釜叶端速度为小釜二倍叶端传热系数变化？
8.微观混合和宏观混合对理想混合反应器各有何影响？
9.影响容积效率的因素有哪些？
10停留时间的测定方法有哪些，各适用于什么具体情况？
11停留吋间分布和返混之间有什么关系？研究流动模型有何意义？
12动力学方程建立时，数据收集方式和处理方式有哪些？
第三章
1.在双分子热引发和双基终止时，间歇式和连续全混式反应釜对产物的转化率、 累积平均聚合度有何影响？
聚合反应工程基础复习提纲
第一章绪论
1.说明聚合反应工程的研究内容及其重要性。
第二章化学反应工程基础
概念
间歇反应器、连续反应器
平推流和理想混合流
平推流反应器、理想混合流反应器及其特点
膨胀率
容积效率
停留吋间分布密度函数、停留吋间分布函数、平均停留吋间
返混
宏观流体、微观流体
微观流动、宏观流动
混合时间
微观混合；宏观混合
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 分布冇何影响？
3.要制取高分了量的缩聚物时，在理论上和操作方式上可采取哪些措施？
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冇何影响？
5.返混和混合对聚合度分布的影响。
6.粘度对聚合物反应的影响。
第四章
1.流体分类，何为牛顿流体，非牛顿流体？非牛顿流体又冇哪些类型？
第五章
1.搅拌器一般具冇哪些功能？
2.搅拌釜内的流体的流动分为哪两个层次
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？
4•何为打旋现象？如何消除打旋现象
5.按桨叶构型分搅拌器分为哪几种？试说出几种搅拌器的构型，特点和应用？
6.搅拌器应满足哪些基木要求？选择搅拌器的基木方法是什么？
5.搅拌釜传热可采用哪几种方法放大
6•几何相似系统中，概括Nooooo第八章
法本法