聚合物反应工程基础知识总结Word格式.docx
- 文档编号:13696984
- 上传时间:2022-10-12
- 格式:DOCX
- 页数:23
- 大小:347.85KB
聚合物反应工程基础知识总结Word格式.docx
《聚合物反应工程基础知识总结Word格式.docx》由会员分享,可在线阅读,更多相关《聚合物反应工程基础知识总结Word格式.docx(23页珍藏版)》请在冰豆网上搜索。
管式反应器
结构简单、加工方便,耐高压,传热面大,热交换效率高,容易实现自动控制
对慢速反应管子要求长且压降大
高压聚乙烯的生产,石脑油的裂解,轻油裂解生产乙烯
塔式反应器
挡板型:
适于快速和中速反应过程,结构复杂
固体填充式:
结构简单,耐腐蚀,适于快速和瞬间反应过程
不同塔不同,书上没说,具体见老师ppt吧o(╯□╰)o
苯乙烯的本体聚合,已内酰胺的缩聚
流化床反应器
传热好,温度均匀,易控制
催化剂的磨损大,床内返混大,高转化率难
丙烯氨氧化制丙烯腈,萘氧化制苯酐,聚烯烃的生产
3)按操作方式分类
间歇反应器:
在反应之前将原料一次性加入反应器中,直到反应达到规定的转化率,即得反应物,通常带有搅拌器的釜式反应器。
优点是:
操作弹性大,主要用于小批量生产。
连续操作反应器:
反应物连续加入反应器产物连续引出反应器,属于稳态过程,可以采用釜式、管式和塔式反应器。
适宜于大规模的工业生产,生产能力较强,产品质量稳定易于实现自动化操作。
半连续操作反应器:
预先将部分反应物在反应前一次加入反应器,其余的反应物在反应过程中连续或断连续加入,或者在反应过程中将某种产物连续地从反应器中取出,属于非稳态过程。
反应不太快,温度易于控制,有利于提高可逆反应的转化率。
(PS:
造成三种反应器中流体流动型态不同是由于物料在不同反应器中的返混程度不一样。
返混:
是指反应器内不同年龄的流体微元之间的混合,返混代表时间上的逆向混合。
)
2、连续反应器中物料流动型态
平推流反应器:
⑴各物料微元通过反应器的停留时间相同。
⑵物料在反应器中沿流动方向逐段向前移动,无返混。
⑶物料组成和温度等参数沿管程递变,但是每一个截面上物料组成和温度等参数在时间进程中不变。
⑷连续稳态操作,结构为管式结构。
理想混合流反应器:
⑴各物料微元在反应器的停留时间不相同。
⑵物料充分混合,返混最严重。
⑶反应器中各点物料组成和温度相同,不随时间变化。
⑷连续搅拌釜式反应器。
非理想混合流反应器:
(主要是由于工业生产中在反应器中的死角、沟流、旁路、短路及不均匀的速度分布使物料流动型态偏离理想流动)
3、均相反应动力学
反应
反应速度式
反应积分式
不可逆反应
一级
二级
可逆反应
(m=2)
复合反应
平行反应
连串反应
在连串反应中,R的浓度会有最大值,出现最大值的时间为:
,最大浓度为:
4、理想反应器设计
1)反应器设计的三个基本要求:
a.提供反应物料进行反应所需要的容积,保证设备有一定的生产力。
b.具有足够的传热面积,保证反应过程中热量的传递,使反应控制在最适温度下进行。
c.保证参加反应的物料均匀混合。
2)反应器设计基本原理:
物料衡算:
(流入量)—(流出量)—(反应消失量)—(累积量)=0
热量衡算:
(随物料流入热量)—(随物料流出热量)—(系统与外界交换热量)+(反应热效应)—(累积热量)=0
3)基本过程:
根据物料衡算、热量衡算可以得到反应器设计的基本方程式,再结合动力学方程式计算反应器体积。
平常我们计算的是恒温恒容下的,步骤如下:
✧
由反应器操作特点,写出物料衡算式;
✧由物料衡算式和化学动力学方程式计算反应所需时间
;
✧由辅助生产时间τ辅和τ反,计算生产周期:
✧由及每小时处理的物料量ν0,求出反应器的有效体积
✧由反应器装料系数φ求出反应器实际体积:
4)几种重要反应器的设计过程(在这里只列出主要的几个公式,这个是重点中的重点,建议大家看书22~~36页)
反应器
物料衡算式
停留时间(反应时间)
间歇反应器
平推流反应器
理想混合流反应器
5)多级串联理想混合流反应器
物料衡算式:
(对第i级反应器中的A组份)
假设Vi都相等,则
(N代表第N级)
也可得到
6)容积效率:
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。
工业上用来衡量单位反应器体积所能达到的生产能力。
Ø
零级反应时,
,两种反应器体积相等,即反应器型式对反应速度没有影响。
除零级反应以外,其他正级数反应的反应器容积效率小于1。
当转化率一定时,反应级数越高,容积效率越低,故对于反应级数高的反应宜采用平推流反应器。
5、理想混合反应器热稳定性
反应器的热稳定性是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。
体系具有热稳定性必须具备以下两个条件:
1 放热速率与除热速率相等,即:
稳态条件
2 稳定条件
影响热稳定性的因素:
1、化学反应的特性,如k、△H、E等
2、反应过程的操作条件.如
、
、T等。
3、反应器的结构,如A;
4、操作条件,如
、T、
、K等
与
的最大温差:
反应器内的温度与冷却剂的温度差必须小于
,这是热稳定性的又一条件。
6、停留时间分布
不同停留时间的微元之间的混合。
(和前面介绍的是同一个意思,这个更简洁,返混造成了停留时间的分布。
)
造成返混的原因:
a.由于物料与流向相反的运动造成的。
b.不均匀的速度分布。
c.由于反应器结构所引起的死角、短路、沟流、旁路等造成。
停留时间分布密度函数:
停留时间分布函数:
停留时间分布的测定方法:
跃迁示踪法、脉冲示踪法。
(51页)
平均停留时间:
方差:
若以对比时间
作为自变量,则此时方差为无因次方差
,当:
时,为平推流;
时,为理想混合流;
时,为非理想混合流。
第三章(所有题型)
1、聚合度及其分布函数定义及关系
数均聚合度:
,
重均聚合度:
Z均聚合度:
瞬时数均聚合度:
瞬时重均聚合度:
瞬时Z均聚合度:
的关系:
瞬时数基聚合度分布函数:
瞬时重基聚合度分布函数:
(其中
为聚合速率)
二者关系:
数基聚合度分布函数:
重基聚合度分布函数:
积分式:
2、平均聚合度及聚合度分布与动力学链长的关系
歧化终止、无链转移反应时:
,
;
其中
为动力学链长。
偶合终止、无链转移时:
3、粘度对聚合反应的影响:
在高转化阶段时,体系粘度增大,产生凝胶效应出现了自加速现象。
此现象在自由基本体聚合和沉淀聚合中尤为明显。
对均相体系产生凝胶效应的主要原因是体系粘度增加,链自由基卷曲,活性端基被包裹,双基扩散终止困难,
下降,而引发速率几乎不因粘度的增加而减小,故使聚合速率加速。
粘度对聚合过程的影响:
a.低转化阶段,此时认
均不受扩散控制影响。
b.中间转化阶段(从出现凝胶效应起),此时
受扩散控制影响,而
末受影响。
c.高转化阶段(从
受扩散控制起),此时
均受扩散控制影响。
4、缩聚反应
反应程度:
(表示已反应的官能团数与原始官能团数的比)
间歇操作时:
缩聚反应聚合度分布函数可以写为:
缩聚产物的平均聚合度为:
分布指数:
由上面的一些式子可以看出,缩聚产物的聚合度分布与温度无关,仅仅是反应程度p的函数,随着p增大,聚合度分布变宽。
随着反应程度趋近于1,
的值也激增,工业上为了制的高分子量的缩聚产物,应尽可能把反应产生的低分子物质排出体系外,以使反应程度趋近1。
理想混合流操作时:
理想混合流操作时数均聚合度与间歇操作相同,但是重均聚合度比间歇操作高,故理想混合流操作时产物的分子量分布比间歇操作时宽。
5、非均相聚合反应(重点,内容有点多,都打出来没多大意思,大家结合书看看吧)
最典型的两大非均相聚合体系:
乳液聚合、悬浮聚合
引发剂:
乳液聚合(水溶性引发剂)、悬浮聚合(油溶性引发剂)、溶液聚合和本体聚合(固体催化剂)
引发机理:
自由基型、离子型
1)、乳液聚合:
聚合机理:
根据间隙乳液聚合的动力学特征,可以把整个乳液聚合过程分为四个阶段:
1、分散阶段(聚合前段);
2、乳胶粒生成阶段(聚合I段);
3、乳胶粒长大阶段(聚合II段);
4、聚合完成阶段(聚合III段)
乳胶粒生成期:
诱导期结束到胶束消耗尽,此时不再有新的乳胶粒生成,聚合体系中的乳胶粒数不再变化。
反应恒速期:
胶束消失到单体液滴消失,单体液滴中的单体不断扩散入乳胶粒中,使粒子中的单体浓度维持不变,直至单体液滴消失聚合速度下降。
降速期:
单体液滴消失至聚合反应结束,由于无单体经水相扩散进入乳胶粒,故乳胶粒中进行的聚合反应只能靠消耗粒子中贮存的单体来维持。
乳液聚合的单体必须具备以下几个条件:
⑴单体可以增溶溶解但不能全部溶解于乳化剂的水溶液;
⑵单体可以在增溶溶解温度下进行聚合反应;
⑶单体与水和乳化剂无任何作用;
⑷对单体的纯度要求达到99%以上;
⑸在乳液聚合中,单体的含量一般控制在30%~60%之间。
间歇乳液聚合聚合速率:
式中
为乳胶粒中单体浓度,
为每个乳胶粒中自由基的平均个数,
为单位体积中乳胶粒的个数。
提高连续乳液聚合乳胶粒数的方法:
(
为连续乳液聚合乳胶粒数,
为间歇乳液聚合乳胶粒数)
1 使第一釜的平均停留时间为τmax以生成
最大
2 可在主反应器前串联一管式反应器或串联一组停留时间极短的釜式反应器作为预反应器,使主反应器中的
提高到与N相当
3 采用种子聚合或增加乳化剂用量
乳液聚合反应器设计要点:
(这里是老师ppt上的,课本上117页还有,记住几个就可以了)
a.反应器满釜操作防止器壁形成粘壁物;
b.减少反应器内部结构,反应器表面光滑;
c.使用轴向循环搅拌浆叶(传热及混合),设置全夹套(传热及粘壁);
d.为保证反应体积增加能有效的增加传热面积,反应器不必按几何相似放大,d/r=2/1—30/1;
e.满釜操作,不存留气—液相界面;
6、聚合过程的调节与控制
从生产角度看,聚合过程应满足以下要求
a.应保证达到希望的转化率,一般希望转化率越高越好,但由于产品质量或反应速率的限制,常常只能适可而止;
b.应有高的反应速率,以使反应器有高的生产能力;
c.应保证聚合产物达到要求的平均聚合度和聚合度分布,以满足加工应用和制品质量的要求;
d.对均相聚和应保证聚合
- 配套讲稿:
如PPT文件的首页显示word图标,表示该PPT已包含配套word讲稿。双击word图标可打开word文档。
- 特殊限制:
部分文档作品中含有的国旗、国徽等图片,仅作为作品整体效果示例展示,禁止商用。设计者仅对作品中独创性部分享有著作权。
- 关 键 词:
- 聚合物 反应 工程 基础知识 总结
![提示](https://static.bdocx.com/images/bang_tan.gif)