聚合反应工程基础教学大纲.docx
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聚合反应工程基础教学大纲
《聚合反应工程基础》教学大纲
一、课程基本信息
课程中文名称:
聚合反应工程基础
课程英文名称:
TheBasicofPolymerizationReactionEngineering
课程编号:
06132090
课程类型:
专业(方向)课
总学时:
54实验学时:
0上机学时:
4课外学时:
0
学分:
3
适用专业:
化学工程与工艺(四年级本科)
先修课程:
物理化学、化工原理、高分子化学、高分子物理
开课院系:
化工与制药学院化学工艺学科部
二、课程的性质与任务
《聚合反应工程基础》是化学工程及工艺专业的一门主要专业课,主要讲授聚合反应器。
以搅拌聚合釜为重点。
讨论聚合过程(流动、混合、传热等物理过程及聚合反应过程)对聚合反应器设计和操作控制要求。
学生通过学习该课程后,应了解聚合反应器的设计、操作和控制的基本方法。
能够根据聚合物性能要求合理确定聚合反应器的设计、操作和控制条件。
三、课程教学基本要求
学生学习本课程后应达到如下要求:
1.掌握理想反应器的设计和分析方法。
2.掌握聚合反应过程动力学分析方法。
3.对不同类型的化学反应选择合适的反应器和反应器操作方式。
4.了解理想流动反应器和理想流动反应器的差别
5.掌握连续流动反应器的热稳定性原理
6.了解实际生产过程中聚合反应器。
7.了解聚合反应器的放大。
四、理论教学内容和基本要求
绪论
(1)聚合反应工程基础的主要内容
(2)聚合反应工程发展的历史及现状
化学反应工程基础
(一)化学反应和反应器分类
(1)化学反应和分类
(2)反应速率
(3)反应器的分类
(4)连续流动反应器内流体流动的两种理想型态
基本要求:
1.了解:
化学反应的分类
掌握:
反应速率的表达和定义
2.了解:
反应器分类办法
理解:
连续流动反应器内流体流动的两种理想型态
(二)均相反应动力学
(1)等温恒容单一反应动力学方程式
(2)复合反应
(3)等温变容过程
基本要求:
1.掌握:
等温恒容单一反应温度对反应速率的影响
2.掌握:
复合反应动力学方程式的建立与解析
3.了解:
等温变容过程
(三)理想反应器的设计
(1)理想反应器设计的基本原理
(2)间歇反应器
(3)平推流反应器
(4)理想混合反应器
(5)多级串联理想混合反应器
(6)反应器型式和操作方法的评比和选择
基本要求:
1.掌握:
理想反应器设计的基本原理
理解:
理想反应器的物料平衡方程和热量平衡方程
2.掌握:
间歇反应器的设计方程
理解:
间歇反应器的微分物料平衡方程
了解:
间歇反应器的微分热量平衡方程
3.掌握:
平推流反应器的设计方程
理解:
平推流反应器的微分物料平衡方程
了解:
平推流反应器的微分热量平衡方程
4.掌握:
理想混合反应器的设计方程
理解:
理想混合反应器的基本假设
5.掌握:
多级串联理想混合反应器的设计计算
了解:
图解法设计和计算多级串联理想混合反应器
6.掌握:
反应器型式和操作方法的评比和选择
理解:
根据化学反应的类型采取的操作策略
(四)理想混合反应器的热稳定性
(1)热稳定性原理
(2)影响热稳定性的因素
(3)T与TW间的最大温差
基本要求:
1.了解:
理想混合反应器的热稳定性原理
掌握:
理想混合反应器的物料平衡方程和热量平衡方程及定态操作分析
2.了解:
影响热稳定性的因素
掌握:
理想混合反应器的热稳定性与操作因素的关系
理解:
理想混合反应器操作的多态现象
3.掌握:
T与TW间的最大温差的计算
了解:
理想混合反应器的热稳定性判据
(五)连续流动反应器的停留时间分布
(1)停留时间分布表示方法
(2)停留时间分布的测定
(3)停留时间分布的数字特征
基本要求:
1.掌握:
停留时间分布的表示方法
理解:
停留时间分布的意义
2.掌握:
停留时间分布函数的测定方法
理解:
阶跃法和脉冲法测定停留时间分布函数的原理
3.掌握:
停留时间分布的数字特征
理解:
无因次平均停留时间和方差的意义、计算、用途
(六)流动模型
(1)理想流动模型
(2)非理想流动模型
基本要求:
1.掌握:
理想流动模型的建立
掌握:
理想流动模型数字特征的解析方法
2.了解:
非理想流动模型的建立
了解:
非理想流动模型数字特征的解析方法
(七)停留时间分布与化学反应
(1)反应器内流体的混合状态
(2)微观混合反应器的计算
(3)宏观混合反应器的计算
基本要求:
1.了解:
反应器内流体的混合状态
2.掌握:
微观混合反应器的计算
3.掌握:
宏观混合反应器的计算
聚合反应工程分析
(一)概述
(1)聚合反应过程的特点
(2)聚合反应过程的目标函数
基本要求:
1.了解:
聚合反应过程的特点
2.理解:
聚合反应过程的目标函数
(二)聚合反应速度的工程分析
(1)活性链浓度[P.]与聚合反应机理
(2)平均聚合度
与反应机理
基本要求:
1.了解:
活性链浓度[P.]与聚合反应机理的关系
掌握:
活性链浓度[P.]的计算方法
2.掌握:
平均聚合度
与反应机理的关系
(三)聚合物的聚合度及聚合度分布表示法
(1)平均聚合度
(2)瞬时聚合度
(3)聚合度分布函数
基本要求:
1.掌握:
几种平均聚合度的表示方法
理解:
距法表示的平均聚合度
2.掌握:
几种瞬时聚合度的表示方法
掌握:
反应机理与瞬时聚合度
3.掌握:
聚合度分布函数的表示方法
(四)连锁聚合反应的平均聚合度及聚合度分布
(1)间歇聚合时的聚合度分布
(2)连续聚合时的聚合度分布
基本要求:
1.掌握:
连锁聚合反应间歇聚合时的瞬时聚合度和产品聚合度及其分布
理解:
连锁聚合反应机理与聚合度及其分布
2.掌握:
连续聚合时的聚合度及其分布
了解:
多级串联连续聚合釜时的聚合度及其分布
(五)粘度对聚合反应的影响
基本要求:
1.了解:
粘度对聚合反应的聚合度及其分布的影响
(六)均相自由基共聚
(1)间歇共聚操作
(2)半间歇共聚操作
(3)连续共聚操作
基本要求:
1.了解:
均相自由基共聚合动力学方程的建立
理解:
均相自由基共聚合动力学分析的基本假设
掌握:
均相自由基共聚物平均聚合度及组成分布的计算
2.掌握:
半间歇共聚操作时均相自由基共聚物平均聚合度及组成分布的计算
了解:
半间歇共聚操作时均相自由基共聚体系体积收缩与单体组成的关系
3.了解:
连续共聚操作时的聚合度及其分布
(七)缩聚反应
基本要求:
1.掌握:
用微分方程法建立缩聚反应动力学方程
2.掌握:
线性缩聚反应的聚合度及其分布的表达
(八)非均相聚合反应
(1)间歇乳液聚合
(2)连续乳液聚合
(3)乳液聚合反应器设计要点
基本要求:
1.掌握:
间歇乳液聚合动力学分析
理解:
间歇乳液聚合的基本假设
2.了解:
连续乳液聚合过程的特点
了解:
连续乳液聚合过程动力学
(九)流动与混合对聚合度分布的影响
(1)返混的影响
(2)混合尺寸的影响
基本要求:
1.了解:
流动与混合对聚合度分布的影响
2.了解:
混合尺寸对聚合度分布的影响
(十)聚合过程的调节与控制
(1)温度的调控
(2)聚合速率的调控
(3)聚合度与聚合度分布的调控
(4)粒径及粒径分布的调控
基本要求:
1.了解:
聚合过程温度的调控
2.了解:
聚合过程聚合速率的调控
3.了解:
聚合过程聚合度与聚合度分布的调控
4.了解:
聚合物粒径及粒径分布的调控
化工流变学基础
(一)非牛顿流体
(1)牛顿粘性定律和流动曲线
(2)非牛顿流体的分类
基本要求:
1.了解:
牛顿粘性定律和流动曲线
2.了解:
非牛顿流体的分类
(二)非牛顿流体的流变特性
(1)非牛顿流体的表观粘度
(2)高聚物溶液的流变特性
(3)悬浮液的流变特性
基本要求:
1.理解:
非牛顿流体的表观粘度的定义
2.了解:
高聚物溶液的流变特性
3.了解:
悬浮液的流变特性
(三)非牛顿流体在圆管中层流流动的分析
(1)流动分析
(2)表观粘度及雷诺数
(3)流量
(4)平均流速与流速分布
(5)压力降
基本要求:
1.掌握:
非牛顿流体在圆管中层流流动的分析
理解:
非牛顿流体在圆管中层流流动时的表观粘度及雷诺数
2.掌握:
非牛顿流体在圆管中层流流动时的流量计算
3.了解:
非牛顿流体在圆管中层流流动时的平均流速与流速分布
4.了解:
非牛顿流体在圆管中层流流动时的压力降计算
(四)非牛顿流体在圆管中的湍流流动
基本要求:
1.了解:
非牛顿流体在圆管中的湍流流动时的流量、平均流速与流速分布、压力降的计算
(五)非牛顿流体流变性的测量
(1)落球粘度计
(2)旋转锥板粘度计
(3)旋转圆筒粘度计
(4)毛细管挤出流变仪
基本要求:
1.了解:
落球粘度计测量聚合物粘度的原理
2.掌握:
旋转锥板粘度计测量聚合物粘度的原理与应用
3.掌握:
旋转圆筒粘度计测量聚合物粘度的原理与应用
4.了解:
毛细管挤出流变仪
搅拌聚合釜内流体的流动与混合
(一)概述
基本要求:
1.了解:
搅拌应具有的混合、搅动、悬浮、分散的功能
(二)搅拌釜内流体的流动状况
(1)循环流动与剪切流动
(2)搅拌雷诺数与流态
(3)挡板与导流筒
基本要求:
1.了解:
搅拌釜内流体的循环流动与剪切流动
2.了解:
搅拌雷诺数与流态
3.了解:
挡板与导流筒的作用
(三)搅拌器的构形与选择
(1)搅拌器的构形
(2)搅拌器的选用
基本要求:
1.了解:
搅拌器的构形
2.了解:
搅拌器的选用
(四)搅拌功率的计算
(1)搅拌过程的因次分析
(2)均相流体搅拌功率的计算
(3)非均相体系搅拌功率计算
(4)非牛顿流体的搅拌
基本要求:
1.了解:
搅拌过程的因次分析
2.了解:
均相流体搅拌功率的计算
3.了解:
非均相体系搅拌功率计算
4.了解:
非牛顿流体的搅拌
(五)搅拌器的流动特性及转速的确定
(1)搅拌器的循环特性
(2)搅拌转速的确定
基本要求:
1.了解:
搅拌器的循环特性
2.了解:
搅拌转速的确定
(六)搅拌器的混合特性
(1)混合机理及混合特性
(2)混合时间的计算
基本要求:
1.了解:
混合机理及混合特性
2.了解:
混合时间的计算
(七)搅拌釜中的分散过程
(1)搅拌釜内的液-液分散与合并
(2)搅拌对聚合物颗粒特性的影响
基本要求:
1.了解:
搅拌釜内的液-液分散与合并
了解:
搅拌釜中的分散过程的韦伯准数
2.了解:
搅拌对聚合物颗粒特性的影响
搅拌聚合釜中的传热与传质
(一)聚合过程的传热问题
基本要求:
1.了解:
聚合过程的传热问题的重要性
(二)搅拌聚合釜的几种传热方式
基本要求:
1.了解:
搅拌聚合釜的几种传热方式
(三)搅拌聚合釜的传热计算
(1)均相液体的传热
(2)非均相体系的传热
(3)非牛顿流体的传热
(4)搅拌聚合釜总传热系数的计算
基本要求:
1.了解:
均相液体的传热计算
2.了解:
非均相体系的传热计算
3.了解:
非牛顿流体的传热计算
4.了解:
搅拌聚合釜总传热系数的计算
(四)搅拌釜内的传质过程
(1)分散体系的传质膜系数
(2)伴有相间传质的聚合反应
基本要求:
1.了解:
分散体系的传质膜系数
2.了解:
伴有相间传质的聚合反应
(五)聚合反应釜的安全操作
基本要求:
1.了解:
聚合反应釜的安全操作
搅拌聚合釜的放大
(一)概述
基本要求:
1.了解:
搅拌聚合釜的放大的重要性
(二)搅拌聚合釜的传热放大
基本要求:
1.了解:
搅拌聚合釜的传热放大
理解:
传热分系数在搅拌聚合釜放大后的变化
(三)搅拌聚合釜的搅拌放大
基本要求:
1.了解:
搅拌聚合釜的搅拌放大
2.理解:
搅拌器的N与D的关系
(四)非几何相似放大
基本要求:
1.了解:
搅拌聚合釜的非几何相似放大
(五)放大准则的确定
(1)按几何相似理论确定放大准则
(2)按非几何相似理论确定放大准则
基本要求:
1.掌握:
按几何相似理论确定放大准则的方法
2.了解:
按非几何相似理论确定放大准则
聚合过程及聚合反应器
(一)工业聚合方法
基本要求:
1.了解:
工业聚合方法
(二)聚合反应器
(1)釜式聚合反应器
(2)塔式聚合反应器
(3)管式聚合反应器
(4)特殊型聚合反应
基本要求:
1.了解:
釜式聚合反应器
2.了解:
塔式聚合反应器
3.了解:
管式聚合反应器
4.了解:
特殊型聚合反应器
(三)聚合反应器的选择原则
基本要求:
1.了解:
聚合反应器的选择原则
(四)聚合过程实例
(1)苯乙烯连续本体聚合
(2)高压聚乙烯
(3)丙烯淤浆聚合
基本要求:
1.了解:
苯乙烯连续本体聚合
2.了解:
高压聚乙烯
3.了解:
丙烯淤浆聚合
五、有关教学环节的要求
本课程教学方式主要为课堂教学,部分章节的例题和习题应上机求解。
每章结束安排习题。
作业全收全改。
本课程为本专业的学位课程,闭卷考试。
本课程总评成绩构成:
考试卷面成绩占80%,平时成绩占20%。
六、学时分配建议
根据以下表格格式按章节简要填写主要内容、学时分配和作业题量等。
章节
主要内容
各教学环节学时分配
作业
题量
备注
讲授
实验
上机
习题
讨论
课外
小计
1
绪论
2
2
化学反应工程基础
12
2
含习题课
3
聚合反应工程分析
10
2
含习题课
4
化工流变学基础
4
5
搅拌聚合釜内流体的流动与混合
8
6
搅拌聚合釜中的传热与传质
6
7
搅拌聚合釜的放大
4
8
聚合过程及聚合反应器
2
七、建议教材及主要教学参考书
教材:
史子瑾主编《聚合反应工程基础》,化学工业出版社北京1991
参考书:
计其达主编《聚合过程及设备》,化学工业出版社北京1981《聚合反应工程基础》陈甘堂著,中国石化出版社1991
执笔人:
张良均教研室主任:
教学院长(主任):
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- 聚合 反应 工程 基础 教学大纲