聚合反应工程基础课后习题答案

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=0

5.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？

① Qr=Qc，Qr体系放出热量；

②②dQc/dT>dQr/dT，Qc 除热量；

③③△T=T-Tw

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，

②②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。

9.停留时间的测定方法有哪些，各适用于什么具体情况？

阶跃示踪法→试验装置

脉冲示踪法→工业反应器

10.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返混与之相适应。

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。

第四章化工流变学基础

1.简述流变学及其研究内容？

流变学就是研究物质的变形和流动科学，其任务是使物质所具有多杂变形或流动现象更明确化、系统化、定量化、进一步把产生现象的机理上升到分子水平。

2.流体分类

按流体力学观点：分为理想流体和实际流体两大类。理想流体又称为无黏性流体，实际流体又称黏性流体，又可分为牛顿流体与非牛顿流体。

3.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、***）

4.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。

5.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。

6.一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。

7.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：MMc为非牛顿流体

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。

增加。临界浓度Cc，当CCc，④浓度：聚合物溶液浓度增加，溶液黏度η

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。

7.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

8.非牛顿流体在圆管中的表观粘度是如何定义的

（Ua）p=管壁处剪切应力τ/流动特性=+++

9.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

N下降，假塑性流体在管中流速分布比牛顿均匀；反应器中C、T、及径向分布也越均匀，分子量分布也越窄。

10.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，同时能了解影响官式反应、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来那个分子分布情况。

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：循环流动；微观：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，