聚合反应工程基础Word格式文档下载.docx
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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?
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。
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0.1-102
Pa·
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,适用于液体η低,液量大液体搅拌。
剪切作用不大,循环性能好。
③涡轮式搅拌器:
桨叶形式很多,有开式和闭式两类。
应用较广并处理程度范围广液体。
适用于低粘到中等程度液体混合,液液分散,液固悬浮及促进良好传热,传质,或化学反应。
④螺杆及螺带式搅拌器:
适用于高粘度液体。
6.搅拌器应满足哪些基本要求?
选择搅拌器的基本方法是什么?
满足:
保证物料混合,消耗最小功率,所需费用最低,操作方便,易于维修。
选择方法:
A.生产上对搅拌无特殊要求,可参照生产时所用类似搅拌经验地选择。
B.对搅拌有严格要求,且又无类似过程搅拌型式,应对设备工艺过程的操作类别,搅拌要求及经济性全面分析评价,找到主要控制因素进行选择适应型式
C.对于过程开发或生产规模很大工程,在一定试验基础上,研究出最佳搅拌器桨叶形式,尺寸及操作条件,再相似模拟放大进行设计计算。
选择搅拌器原则:
(1)均相液体混合:
主要控制因素容积循环速率。
(2)非均相液体混合:
使互不相溶液体能良好分散。
(3)固体悬浮:
容积循环速率和湍流强度。
(4)气体吸收及液相反应:
保证气体进入液体后被打散,被气泡均匀的分散。
控制因素:
局部剪切作用、容积循环速率及高转速。
(5)高粘度体系
容积循环速率及低转速
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
搅拌器所消耗的能量;
搅拌轴封所消耗;
机械传动所消耗
(1)搅拌功率是衡量搅拌强度的主要物理量;
(2)是搅拌机械设计的基本数据;
(3)根据搅拌功率的选用搅拌电机
8.从搅拌器的功率曲线可以得到哪些重要信息?
功率函数
;
功率准数;
雷诺数
Nre=1-10:
曲线斜率为-1,搅拌层流区;
Nre=10-1000:
搅拌过滤区;
Nre》1000:
搅拌湍流区,为一水平直线
9.气液体系的搅拌功率与均相体系相比有哪些特点?
液体中通入气体,降低了被搅拌液体的有效密度,因此也就降低了搅拌功率,搅拌功率可采用均相液体搅拌功率分析计算方法并加以修正。
而大量通入气体时,开始出现大气泡,功率消耗不再明显变化,称“液泛”。
10.何为泵送指数/排出流量数?
其对搅拌器计算有何重要作用
qd=Nqd
×
ND3,Nqd为泵送准数,包含了流体的流速和搅拌的泵送能力,反映了搅拌的剧烈程度
11.聚合反应的搅拌级别一般分为几个等级
P164
10个等级
12.常用的搅拌桨叶直径的大致范围如何
选定桨叶直径与釜径比值
D/T=0.2~~0.8
平桨
0.5~~0.83
涡轮
0.33~~0.4
推进式
0.1~~0.33
13.悬浮程度与那些因素密切相关?
桨叶转速越高,直径越大,颗粒沉粒沉降速度愈小,所得悬浮程度越高。
14.层流和湍流时的搅拌功率如何计算?
为什么?
因次分析:
P=f(N、D、ρ、μ、g)
搅拌功率准数:
Np=P/(ρN3p5
),
NFr=DN2/g:
搅拌弗鲁德准数
功率函数φ=Np/NFr
=f(NRe)
层流区:
P=KMN2D3
重力影响可忽略,即不考虑NFr
影响
Np=K
NRe-1
湍流区:
P=KρN3D5
湍流区功率曲线呈一水平直线与Re无关,Np为常数。
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?
减速型、加速型、匀速型
匀速型对反应控制有利,引发剂半衰期使用得当,也可逐渐或分批加入单体或催化剂使Rp保持均衡。
2传热装置有哪些类型?
夹套、内冷件、回流冷凝器、体外循环冷凝器
3哪些反应不宜采用釜外循环热交换?
a对要求严格控制反应温度的一类聚合反应不宜采用
液相外循环热交换装置应用于polymer,使物料下降5~10
℃
b悬浮聚合造成结块也不宜
c
而对剪切敏感胶乳体系应慎用,因为循环泵r很大,易破坏胶乳稳定性
d本体聚合,体系黏度过大,泵送困难,也不宜
4试概括传热速率方程和总传热系数方程/讨论提高反应釜传热能力有效措施?
Q=KA(ti—t0
)
Q:
传热速率
A传热面积
Ti流体温度
To截热体温度
K传热系数
1/K=
1/αi+1/α0+ξδ/λ,αi、α0
釜内外壁传热同类系数
ξδ/λ:
导热部分总热阻
δ:
厚度
λ:
导热系数
增大传热面积,降低冷却水温度以扩大温差、提高总传热系数可提高传热速率
降低体系黏度、改善搅拌效果提高αi和K
重要途径
夹套中冷却水流
提高K重要途径
例夹套内安装挡板、扰流喷嘴、多点切向进水使水处于剧烈流动状态,提高α0
ξδ/λ减小:
λ较高材质、设法降低黏釜物和挂胶现象及时进行清釜,改善冷却水水质以及水垢沉积
5.实现聚合釜安全操作应采取哪些基本措施?
P191
第七章
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?
反应器放大后,一般会引起大小反应器间的热量、质量传递及流体流动状况等物理过程变化,造成两者速度、温度、浓度分布及停留时间分布的差异,影响反映结果效应称之为放大效应
掌握设备的几何尺寸及操作条件对搅拌釜内动量、热量、质量、停留时间分布和微观混合的定量关系的试验称冷模试验
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?
放大方法有;
数模放大法
相似放大法
数模放大法:
通过动力学研究和模式确定催化剂种类、反应物浓度、温度、反应时间、剪切等对反应速率、产物质量和收率的关系,并综合以一数学模型来描述
相似放大
:
在配方不变的前提下,不论反应机理如何,若工业反应器中速度分布、浓度分布,温度分布和停留时间分布均与反应器相同,两者反应后果也必然相同
四种分布并非独立,相互呈复杂制约关系,找出对反应后果影响最大的关键混合参数及其适应的范围,并以此混合物参数作为放大准则
3.如何理解和应用相似放大?
相似放大着眼于如何在工业反应器中复现模拟反应器结果。
相似放大应用于搅拌聚合釜.
1.搅拌设备传热放大可分为
按动力相似放大,按传热系数相等放大、按单位体积传热速率不变放大、按搅拌聚合釜搅拌放大。
4.搅拌釜传热可采用哪几种方法放大
?
动力相似,叶端速度相等,给热系数相等,单位体积输入搅拌功相等,单位体积传热速率不变,总传热系数K放大