2014-06-18-总复习2

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1、1第一章 绪论第二章 聚合反应工程基础第三章 聚合实施方法第四章 合成树脂与塑料 第五章 合成橡胶 第六章 合成纤维反应工程基础聚合物合成 工艺基础聚合物制备工程课程内容课程简介、特点聚合物合成 工艺实例聚合物生产过程原料精制 与准备催化剂配制聚合过程分离过程后处理过程回收过程原料精制 与准备催化剂配制聚合过程分离过程后处理过程回收过程文字描述？原料精制原料精制原料精制原料精制 与准备与准备与准备与准备催化剂配制聚合过程分离过程后处理过程回收过程催化剂配制聚合过程分离过程后处理过程回收过程 石油、天然气石油、天然气 煤炭、油页岩煤炭、油页岩 生物资源（生物资源（biomass） 废弃物废弃物基

2、本化工原料：三烯、三苯？制备？ 分离精制？第一章：绪论第一章：绪论原料精制原料精制原料精制原料精制 与准备与准备与准备与准备催化剂配制聚合过程分离过程后处理过程回收过程催化剂配制聚合过程分离过程后处理过程回收过程可再生？不可再生？原料精制原料精制原料精制原料精制 与准备与准备与准备与准备催化剂配制聚合过程分离过程后处理过程回收过程催化剂配制聚合过程分离过程后处理过程回收过程 化学反应工程基础 （三传一反） 流型与操作/反应器设计（方程） 反应器热稳定性（三个条件） 反应器型式/搅拌型式第二章：化学工程基础第二章：化学工程基础 聚合实施方法（与聚合方法有关）聚合实施方法（与聚合方法有关）+ 第三

3、章：聚合实施方法第三章：聚合实施方法聚合反应工程聚合反应工程是化学反应工程的一个分支，是高分子化学、聚合物工艺和化学工程交叉的边缘学科。它以工业聚合过程为主要研究对象，以聚合动力学和传递理论为基础，研究聚合反应器的设计、操作和优化等问题。第二章 化学反应工程基础“三传一反三传一反”化学反应本身是反应过程的主体；装置是实现这种反应的客观环境；物料从进入反应器到离开为止的全过程具有一定动力学特性的物料在具有一定传递特性的装置中进行演变的过程。2时间CA0CA间歇反应器间歇反应器浓度A操作方式平均停留时间：停留时间分布的概念E(t)t1E (t)dt F (t1)tt t+dt停留时间停留时间：从反

4、应物料进入反应器时算起至离开反 应器时为止所经历的时间。：从反应物料进入反应器时算起至离开反 应器时为止所经历的时间。“返混返混”：停留时间不同的流 体颗粒之间的混合。停留时间不同的流 体颗粒之间的混合。如何测定？如何测定？连续反应器中流体型式理想流体流动型式理想流体流动型式： 平推流 ：反应物料以一致的方向向前移动，在整个 截面上各处的流速完全相等。停留时间相同，不存 在返混。反应物料以一致的方向向前移动，在整个 截面上各处的流速完全相等。停留时间相同，不存 在返混。 理想混合流 ：刚进入反应器的新鲜物料与已存在反 应器中的物料能达到瞬间的完全混合，在整个反应 器内各物料的浓度和温度完全相同

5、，且等于反应器 出口物料的浓度和温度，返混达到了最大限度。刚进入反应器的新鲜物料与已存在反 应器中的物料能达到瞬间的完全混合，在整个反应 器内各物料的浓度和温度完全相同，且等于反应器 出口物料的浓度和温度，返混达到了最大限度。平推流和理想混合流是为了分析方便而人为 地加以平推流和理想混合流是为了分析方便而人为 地加以理想化理想化的2种极端的流动型态；的2种极端的流动型态；工业上工业上实际的反应器，偏离理想流动实际的反应器，偏离理想流动；在工程化设计上，常常把比较接近某种理想 流动型态的过程当作理想流动来处理；在工程化设计上，常常把比较接近某种理想 流动型态的过程当作理想流动来处理；管径小、流速

6、大的管式反应器管径小、流速大的管式反应器平推流；平推流；带有强烈搅拌的釜式反应器带有强烈搅拌的釜式反应器理想混合流。理想混合流。理想反应器的设计模型理想反应器的设计模型间歇釜式反应器间歇釜式反应器时间CA0CA间歇反应器间歇反应器理想混合反应器平推流反应器理想混合反应器平推流反应器时间CA0 CA轴向CA0 CA平推流反应器理想混合反应器平推流反应器理想混合反应器多级串连理想 混合反应器多级串连理想混 合反应器多级串连理想 混合反应器多级串连理想混 合反应器CA时间CA0间歇反应器连续反应器1 理想反应器设计的基本原理1 理想反应器设计的基本原理“三传三传”反应器设计的基本方程共分三类：反应器

7、设计的基本方程共分三类： 描述物料浓度变化的描述物料浓度变化的质量衡算式，即连续性方程或，即连续性方程或物料衡算 方程；方程； 描述温度变化的描述温度变化的能量衡算式，称作能量方程或，称作能量方程或热量衡算方 程；方 程； 描述压力变化的描述压力变化的动量衡算式，即，即动量衡算方程。建立此三类方程的依据分别是方程。建立此三类方程的依据分别是质量守恒定律、能量守恒定律和 动量守恒定律。3 物料衡算方程某组分某组分流入量 = 某组分量 = 某组分流出量+某组分反应量+某组分反应消耗量+某组分量+某组分累积量量反应消耗累积流入流入流出流出反应单元非稳态0整个反应器全混釜(稳态)0微元长度平推流(稳态

8、)00整个反应器间歇式累积量反应量流出量流入量反应单元反应器反应器设计的基本方程反应器设计的基本方程 热量衡算方程非稳态0整个反应器全混釜(稳态)0微元长度平推流(稳态)00整个反应器间歇式累积量反应热带出量带入量反应单元反应器交换反应热累积带入带入带出带出反应单元与环境交换与环境交换反应器设计的基本方程反应器设计的基本方程考虑等温反应：考虑等温反应：反应系统与环境交换的热量反应系统与环境交换的热量0带入热量带入热量- -带出热量反应热-累积热量-反应系统与环境交换的热量0带出热量反应热-累积热量-反应系统与环境交换的热量0动量衡算方程气相流动反应器的压降大时，需要 考虑压降对反应的影响，需进

9、行动 量衡算。但有时为了简化计算，常 采用估算法。反应器设计的基本方程反应器设计的基本方程(输入的动量)(输出的动量)+(消耗的动量)+(累积的动量)对于流动反应器的动量衡算，只需考虑压降及摩擦力。压降不大时，可做恒压处理，此时动量衡算式可略去。通常许多常压反应器都可以这样处理。间歇釜式基本设计方程间歇釜式基本设计方程间歇釜式基本设计方程间歇釜式基本设计方程AxAA ArdxCt 00AACCAA rdCt01 间歇反应器设计间歇反应器操作周期 tT= tR+ ta若每小时处理物料体积为v0，有效容积VR= v0tT反应器实际体积反应器实际体积反应器实际体积反应器实际体积RVV AfACCAA

10、 rdC vV002 平推流反应器设计反应时间 停留时间反应时间 停留时间平推流反应器与间歇反应器的基本设计方程形式完全平推流反应器与间歇反应器的基本设计方程形式完全一致一致 设计、放大平推流反应器时，可以利用间歇反应设计、放大平推流反应器时，可以利用间歇反应动力学动力学数数 据来进行计算。据来进行计算。 平推流反应器为连续操作，不需要辅助时间，因此平推流反应器为连续操作，不需要辅助时间，因此生产能生产能 力力大于间歇反应器。大于间歇反应器。3 理想混合反应器设计AAAAAA rxC rCCV000AiAiAiAAiAiAii irxxC rCC vV)(10104 多釜串联理想混合反应器4若

11、各釜容积若各釜容积Vi相同，则相同，则 N21)1 (0ANAANxCCNA ANkCC)1 (0 NANkx)1 (11)1 ()1)(1 (210NA ANkkkCC 不同型式反应器的串联不同型式反应器的串联容积效率：容积效率：衡量单位反应器体积所能达到 的生产能力。mpmp VV反应器型式和操作方式的评比与选择反应器型式和操作方式的评比与选择只有提高容积效率，才能提高反应器的生产能力。只有提高容积效率，才能提高反应器的生产能力。5容积效率容积效率 动力学、转化率动力学、转化率要求高转化率的反应，不宜采用理想混合反应器。反应级数高的反应，宜采用平推流反应器。理想混合反应器的热稳定性理想混合

12、反应器的热稳定性反应器系统的动态特性反应器系统的动态特性RTEA T eVAvHCvQ /00001)()()(00WPCTTKATTCvQ)(HVrQAT一级动力学物料衡算物料衡算+热量衡算热量衡算定态操作点定态操作点理想混合反应器热稳定条件稳态条件稳态条件：稳定条件稳定条件：TCQQ dTdQ dTdQTCERTTWTT2 T与与TW间的最大温差间的最大温差总结总结 1 釜式聚合反应器（聚合釜）釜体 换热装置 搅拌装置 密封装置 其他结构1 釜式聚合反应器（聚合釜）釜体 换热装置 搅拌装置 密封装置 其他结构釜 式 反 应 器 基 本 结 构6其内径：2.55.0cm，L/D=250120

13、00等特点：属于平推流式反应器，停留时间分布窄，返混小单位体积传热面积大连续操作；但易粘璧，堵塞2 管式聚合反应器2 管式聚合反应器环管式聚合反应器（循环反应器）环管式聚合反应器（循环反应器）特点特点： 单位体积传热面积大；单位体积传热面积大； 单位体积生产能力高；单位体积生产能力高； 物料流动速度快，可防 止聚合物沉积物料流动速度快，可防 止聚合物沉积 强化传热；强化传热； 降低凝胶含量；降低凝胶含量； 单程转化率高；单程转化率高； 停留时间短。停留时间短。3 塔式聚合反应器3 塔式聚合反应器特点：特点： 接近平推流，返混少；接近平推流，返混少； 加料速度的快慢控制物料的停留时 间；加料速度

14、的快慢控制物料的停留时 间； 塔内物料的温度可沿塔高分段控制。塔内物料的温度可沿塔高分段控制。 应用：缩合聚合、本体聚合、溶液 聚合应用：缩合聚合、本体聚合、溶液 聚合 合成纤维工业中合成纤维工业中30为塔式聚合 反应器为塔式聚合 反应器4 流化床聚合反应器 流化床聚合反应器：是 一种垂直筒形或圆锥形 容器，内装催化剂颗粒 或参与反应的细小固体 颗粒，反应流体由 特点：传热好，温度均匀易控制传热好，温度均匀易控制； 物料返混大，转化率低物料返混大，转化率低. 在挤出机中进行反应的优点如下： 节省了回收稀释液所需的能量 没有溶剂或稀释液，则没有排出废液 节约了大部分工厂设备和占地空间 由于溶剂或

15、稀释液通常是聚合物产品 质量的520倍，因而挤出机有着巨大的 潜在优势。5 挤出型聚合反应器挤出型聚合反应器卧式聚合釜卧式聚合釜（薄膜型反应器） （表面更新型反应器）卧式聚合釜：高粘物料 和需将小分子脱除的 体系，主要使用于聚 合反应的中后期； 卧式聚合釜适用本体聚 合以及缩合聚合，例 如：本体法PVC，聚 酯缩合7搅拌釜中的流动与传热搅拌釜中的流动与传热1. 循环流动的三种循环流动的三种典型流况典型流况：(1) 径向流动：碰到釜壁转向上下两股，再回到桨叶端，不穿 过桨叶片而形成上、下两个循环流动。(2)轴向流动：流体的流动方向平行搅拌轴，流体由桨叶推动， 使流体向下流动，碰到釜底再翻上，形成上下循环流动。(3)切线流动：流体绕轴作旋转运动，也称旋转流动，当搅拌 转速较高时，液体表面会形成漩涡。流动有两种形式：循环流动、剪切流动2. 剪切流动剪切流动 微观流动微观流动：是由于搅拌桨的剪切作用搅拌桨的剪切作用而引起的局部 混合作用，它促使气泡、液滴的细微化，最后由于分 子扩散达到微观混合。 产生产生：搅拌液体粘度速度梯度液滴变形形成 湍动小漩涡促进液体微元的更新促进传质、 传热等 剪切流动：在桨叶端附近最强烈剪切流动：在桨叶端附近最强烈搅拌釜内均存在两种流动，只是比重不同。 1.桨叶搅拌以循环流