聚合物反应工程试卷

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北方民族大学试卷

课程: 聚合物反应工程

说明：闭卷考试，学生可携带计算器。

一、 填空题（总计30分）

(1) 采用固体催化剂的非均相聚合反应主要指 本体 聚合和 溶液 聚合。

（2）实现反应器的热稳定操作需满足的条件为 Qr=Qc 、 dQc/dT>dQr/dT 和

△T=T-Tw

(3) 釜式反应器适用于 液相 、 液-液相 、 气-液相 和 液-固相 。 （4）反应器系统产生热稳定的本质是 反应物料存在返混 。 （5）主要传热装置有 夹套 、 内冷件 、 回流冷凝器 和 体外循环冷却器 。

(6）停留时间分布测试方法有 阶跃示踪法 和 脉冲示踪法 。

（7）循环流动存在三种典型的流况： 径向流动 、 轴向流动 、 切线流动 。 （8

（9）反应器按结构形式分类常用以下三种 管式反应器 、 釜式反应器

和 塔式反应器 。

（10）瞬时聚合度包括 瞬时数均聚合度 、 瞬时重均聚合度 、 瞬时Z 聚合度 。

二、名词解释（总计20分）

1.反应器的热稳定性：指当反应过程的放热或除热速率发生变化时，过程的温度等因素产生一系列的波动，当外扰消除后，过程能恢复到原来的操作状态，则反应器具有热稳定性，或具有自衡能力，否则为热不稳定的或无自衡能力。

2.返混 ： 指在连续流动的反应器内，不同停留时间的物料之间的混和。

3.容积效应： 同一反应在相同的温度、产量和转化率下，平推流反应器和理想混合流反应器所需的总体积比。

4.流况： 在整个搅拌容器中流体速度向量的方向，分为宏观流动状况和微观流动状况。

5.打漩现象：当黏度不大,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.

6. 牛顿流体 ： 流动曲线是通过座标原点的一直线，其斜率即为粘度。水、酒精、酯类、油类

等属牛顿流体。

7.宏观流动：指流体以大尺寸(凝集流体、气泡、液滴)的微元在较大的范围中(整个釜内空间)的流动状况，具有一定的方向性，所以也称循环流动。

8.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。

三、简答题（总计35分）

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？

答：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、何为平推流反应器和理想混合流反应器：

答：平推流反应器：当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。

理想混合流反应器：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。具有此种流动型态的反应器称为理想混合流反应器。

3、什么叫返混？形成返混的主要原因有哪些?

答：返混指在连续流动的反应器内，不同停留时间的物料之间的混和

形成返混的主要原因有：

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.

4、写出基本物料衡算式,热量衡算式

答：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.高聚物平均分子量,分子量分布如何影响高分子流体流变行为

答：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

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

6、何为牛顿流体,非牛顿流体?非牛顿流体又有哪些类型?

答：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)

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7、如何实现聚合过程中的调节与控制？

答：一）温度控制①控制聚合反应的放热速度；②强化反应器散热过程；③选用适当冷却介质，提高传热温差

二）聚合速率控制①调节单体及引发剂浓度，改变单体及引发剂的加料方式②加入一定量的阻聚剂，以控制聚合进程③调节聚合温度④改变聚合配方⑤在连续聚合时，可改变返混程度⑥对于乳酸聚合可用调节乳化剂量来调节聚合速率⑦调节反应压力

三）聚合度及聚合度分布控制①调节反应温度、单体、引发剂浓度,避免波动；②连续聚合时可改变返混程度，使用分子量调节剂；③使用分子量调节剂；④乳液聚合可通过调节乳化剂来调节聚合度；对缩聚反应应严格控制组分问的等摩尔比及去除反应副产物，以得到高分子量产物。

四）粒径及粒径分布控制①调节搅拌强度；②调节搅拌釜内流体的循环次数；③调节搅拌转速；

④改变聚合配方；⑤采用种子聚合；⑥改变反应器的返混程度；

8、分析下图的交点情况，并写出体系稳定条件（Qc线移动示意图）。

9、画出气液体系以及气液固体系聚合过程中的单体分布浓度图，并作以说明。

五、综述题（总计15分）

根据所学聚合反应工程基础课的知识，设计一个搅拌釜反应装置（要求：设计需全面考虑装置的实际操作意义，提供出合理的设计方案，计算依据，预期效果）

T

Qr, Qc

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