聚合反应工程_1讲解

反应物A 反应物B
理想混合流反应器
理想混合流反应器特点：
生成物R
1. 物料连续以恒定的流速 流入、流出反应器，稳态 操作。 2. 反应器内各空间位置温 度、浓度均一。 3. 反应器内浓度、温度 与出口处浓度、温度相同。
氧化、氯化、加氢等 磺化、硝化、烷基化等 燃烧、还原、固相催化等
还原、离子交换等 水泥制造等
加氢裂解、加氢脱氢等
适用设备的结构形式
管式 釜式
釜式、塔式 釜式、塔式 固定床、流化床、移动
床 釜式、塔式
回转筒式 固定床、流化床
（2） 按反应器的结构型式分类
结构型式
适用的相态
反应釜（包括 液相、气-液相、液-液
催化反应 非催化反应
催化反应
非催化反应
气相反应、液相反应
液-液相、气-液相、液 -固相、气、固相
气-固相、固相、气-液 -固相
（3） 按反应过程进行的条件分类
操作方式 温度条件
间歇反应、半连续反应、连续反应
等温反应、绝热反应、非绝热变温 反应
2、 反应速率
对于均相反应，一般以反应体积为基准，反应速率可定义为： 单位时间、单位反应体积内所生成（或消失）的某组分的摩尔数， 即：
变换气的碳化、苯的烷基化、二甲苯氧 化、乙烯基乙炔合成等
二氧化硫氧化、氨合成、乙炔法制氯乙 烯、乙苯脱氢、半水煤气生产等
硫铁矿焙烧、萘氧化制苯酐、石油催化 裂化、乙烯氧氯化制二氯乙烷、丙烯 氨氧化制丙烯腈等
水泥制造等
氯化氢合成、天然气裂解制乙炔
反应釜
适用于液相，液-液相、气-液相以及液-固相反应；反应釜中 设有搅拌装置，以保证反应物料在釜中的流动，混合与传热等。
多釜串联）
相、液-固相
管式
气相、液相
鼓泡塔 固定床
流化床 回转筒式 喷雾式
气-液相、气-液-固（催 化剂）相
气-固（催化或非催化） 相
气-固（催化或非催化） 相，特别是催化剂很 快失活的反应
气-固相、固-固相
气相、高速反应的液相
应用举例
苯的硝化、氯乙烯聚合、高压聚乙烯、 顺丁橡胶聚合等
清油裂解、甲基丁炔醇合成、高压聚乙 烯等
流化床反应器
（3） 按操作方式分类
间歇反应器 连续反应器 半连续反应器
间歇反应器
间歇反应器特点：
1、反应物料一次加入， 产物一次取出。 2、非稳态操作，反应 器内浓度、温度随反应 时间连续变化。 3、同一瞬时，反应器 内各点温度相同、浓度 相同。 C 0
t
反应物A 反应物B
连续反应器
连续反应器特点：
聚合反应工程基础
浙江大学 史子谨 主编
学期计划学时数 ：
32
授课班级
高分子1201-02
授课教师
严正权
本课程主要内容
1、化学反应工程基础 2、化工流变学基础 3、聚合反应工程分析 4、搅拌和混合的基本原理 5、聚合釜的传热与传质 6、聚合反应器的放大
聚合物反应过程教学参考书目录
以下教学参考书，可到图书馆查阅
式中ri为体系中i组分的反应速率，ni为i组分的摩尔数，V为反 应体积。当反应为恒容体系时：
式中Ci为体系中i组分的浓度，其中正号表示某组分的生成速 率，负号表示消失的速率。
对于某化学反应： 各组分的反应速率表达为：
各组分的反应速率之间存在如下关系：
对于某化学反应： 各组分的反应速率表达为：
各组分的反应速率之间存在如下关系：
[1] 计其达主编《聚合过程及设备》，化学工业出版社 北京 1981 [2] 《聚合反应工程基础》陈甘堂著，中国石化出版社1991 [3] 《高分子化学》，韩哲文编，华东理工大学出版社，2001 [4] 潘祖仁, 高分子化学[M], 北京：化学工业出版社，2011（第五版） [5] 王槐三 ，高分子化学[M], 北京：科学出版社，2011（第三版） [6] 张兴英, 高分子化学[M], 北京：化学工业出版社，2006 [7] 唐黎明, 高分子化学[M], 北京：清华大学出版社，2009 [8] 潘才元, 高分子化学[M], 合肥：中国科学技术大学出版社，2012
管式反应器
主要用于快速地气相和液相反应，尤其 是对于有压力的反应。反应物料从一端进入 管中，从另一端排除产物和未反应的物料。 反应器中反应物的组成随着管长而连续变化。
塔式反应器
这是一种长径比较大的反 应器，在其内部设有挡板或填 充物
固定床反应器
这是一种垂直圆筒形或圆 锥型容器，内部装有催化剂或 参与反应的细小固体颗粒，反 应流体从顶端进入，产物从下 端流出
（3）聚合装置中传热、传质和动量传递等过程相当复杂； （4）聚合反应器的设计、放大等受到相当因素的限制，聚合反应 工程的发展还相当不完善，发展较为缓慢，等等。
2、课程的发展概况
1、聚合物材料普遍化 橡胶、塑料、纤维、涂料、黏合剂等等。
2、生产装置大型化
生产装置大型化：
3、课程的教学目标与基本要求
为学生以后在聚合过程技术开发方面打下基础。
化工机械及仪表
高分子工艺 聚合反应工程
系统 工程
高分子化学 化学工程
聚合反应工程是连接化学工艺与工程的一门学科。
聚合反应的特点：
（1）反应机理多样，动力学关系复杂，重现性差，且微量杂质的 影响较大；
（2）在聚合过程中，除要考虑转化率外，聚合度及其分布、共聚 物的组成及其分布、聚合物的结构等等；
1、反应物料连续加 入，反应产物连续
C 0
引出。 t 生成物R 2、稳态操作，反应
器内任一点的组成 不随时间改变。
半连续反应器
B
半连续反应器特点：
1、某些反应物料一次
加入，其余物料连续加
入，或者将C 某0 种产物连
A
续取出。 t
2、非稳态操作。
3、连续流动反应器内流体流动的两种理想形态
第一章 绪论
1、课程的地位与作用
聚合反应工程是化学反应工程的一门分支学科。它是研究聚合 物制造中的化学反应工程问题。
聚合反应工程基础是高分子类专业的专业课，通过课堂教 学，使学生掌握和了解：
(1)化学反应工程 （以工业规模进行的化学规律作为研 究对象，以化学反应动力学和传质过程作为主要基础。）
(2)进行聚合反应器的最佳设计 (3)进行聚合反应操作的最佳设计与控制 （搅拌釜内流体的搅拌、混合、传热）
本课程总学时为32学时，通过课堂教学，使学生掌 握聚合反应工程分析、搅拌釜内流体的搅拌、混合、 传热等规律。
考试方法：
闭卷考试
第二章 化学反应工程基础
第一节 化学反应和反应器分类 第二节 均相反应动力学 第三节 理想反应器的设计 第四节 理想混合反应器的热稳定性 第五节 连续流动反应器的停留时间分布 第六节 流动模型 第七节 停留时间分布与化学反应
第一节 化学反应和反应器分类
1、 化学反应的分类
ห้องสมุดไป่ตู้
（1） 按化学反应的特性分类
反应机理
简单反应、复杂 反应
反应级数
一级、二级、三 级、零级、分 数级反应
反应的可逆性
可逆反应、不可 逆反应
反应热效应
反应分子数
单分子、双分子、 三分子反应
放热反应、吸热 反应
（2） 按反应物料的相态分类
均相反应 非均相反应
平推流反应器 理想混合流反应器
平推流反应器
反应物A 反应物B
活塞流反应器
生成物R
平推流反应器特点：
1、在稳态操作时，在反应器的每个截面上，物料 浓度不随时间变化。
2、所有物料质点在反应器中的停留时间都相同。
2、反应器内物料浓度沿着流动方向改变，故反应 速率随空间位置改变，即反应速率的变化只限于 反应器的轴向。
3、反应器的分类
（1） 按物料相态分类的反应器种类
反应器种类
均相
气相 液相
非均相
气-液相 液-液相 气-固相 液-固相 固-固相 气-液-固
相
反应特性
无相界面， 反应速率只与 温度或浓度有
关
反应类型举例
燃烧、裂解等 中和、酯化、水解等
有相界面， 实际 反应速 率与相 界面 大小及相 间 扩散速率有关