聚合反應(yīng)工程基礎(chǔ)課后習(xí)題答案

1、精選優(yōu)質(zhì)文檔-傾情為你奉上第二章 化學(xué)反應(yīng)工程基礎(chǔ)1. 說明聚合反應(yīng)工程的研究?jī)?nèi)容及其重要性。研究?jī)?nèi)容：以工業(yè)規(guī)模的聚合過程為對(duì)象，以聚合反應(yīng)動(dòng)力學(xué)和聚合體系傳遞規(guī)律為基礎(chǔ)；將一般定性規(guī)律上升為數(shù)學(xué)模型，從而解決一般技術(shù)問題到復(fù)雜反應(yīng)器設(shè)計(jì)，放大等提供定量分析方法和手段；為聚合過程的開發(fā)，優(yōu)化工藝條件等提供數(shù)學(xué)分析手段。簡(jiǎn)而言之：聚合反應(yīng)工程研究?jī)?nèi)容為：進(jìn)行聚合反應(yīng)器最佳設(shè)計(jì)；進(jìn)行聚合反應(yīng)操作的最佳設(shè)計(jì)和控制。2. 動(dòng)力學(xué)方程建立時(shí)，數(shù)據(jù)收集方式和處理方式有哪些？收集方式：化學(xué)分析方法，物理化學(xué)分析方法處理方式：積分法，微分法。3. 反應(yīng)器基本要求有哪些提供反應(yīng)物料進(jìn)行反應(yīng)所需容積，保證設(shè)備一

2、定生產(chǎn)能力；具有足夠傳熱面積；保證參加反應(yīng)的物料均勻混合4. 基本物料衡算式，熱量衡算式物料衡算：反應(yīng)物A流入速度-反應(yīng)物A流出速度-反應(yīng)物A反應(yīng)消失速度-反應(yīng)物A積累速度=0（簡(jiǎn)作：流入量-流出量-消失量-積累量=0）熱量衡算：隨物料流入熱量-隨物料流出熱量-反應(yīng)系統(tǒng)與外界交換熱量+反應(yīng)過程的熱效應(yīng)-積累熱量=05. 何謂容積效率？影響容積效率的因素有哪些工業(yè)上，衡量單位反應(yīng)器體積所能達(dá)到的生產(chǎn)能力稱之為容積效率，它等于在同一反應(yīng)，相同速度、產(chǎn)量、轉(zhuǎn)化率條件下，平推流反應(yīng)器與理論混合反應(yīng)器所需總體積比：=Vp/Vm=p/m。影響因素：反應(yīng)器類型，反應(yīng)級(jí)數(shù)，生產(chǎn)過程中轉(zhuǎn)化率有關(guān)6. 何為平推流

3、和理想混合流？ 反應(yīng)物料在長(zhǎng)徑比很大的反應(yīng)器中流動(dòng)時(shí)，反應(yīng)器內(nèi)每一微元體積中流體均以同樣速度向前移動(dòng)，此種流動(dòng)形態(tài)稱平推流；由于反應(yīng)器強(qiáng)烈攪拌作用，使剛進(jìn)入反應(yīng)器物料微元與器內(nèi)原有物料元瞬時(shí)達(dá)到充分混合，使各點(diǎn)濃度相等且不隨時(shí)間變化，出口流體組成與器內(nèi)相等此流動(dòng)形態(tài)稱理想混合流。7. 實(shí)現(xiàn)反應(yīng)器的熱穩(wěn)定操作需滿足哪些條件？ Qr=Qc，Qr體系放出熱量； dQc/dT>dQr/dT，Qc 除熱量； T=T-Tw<RT2/E，E 反應(yīng)活化能，T 反應(yīng)器溫度，Tw 冷卻液溫度8. 何為返混？形成返混的主要原因有哪些？返混：指反應(yīng)器中不同年齡的流體微元間的混合；原因： 由于物料與流向相反

4、運(yùn)動(dòng)所造成， 由于不均勻的速度分布所引起的，由于反應(yīng)器結(jié)構(gòu)所引起死角、短路、溝流、旁路等。9. 停留時(shí)間的測(cè)定方法有哪些，各適用于什么具體情況？階躍示蹤法試驗(yàn)裝置脈沖示蹤法工業(yè)反應(yīng)器10. 停留時(shí)間分布和返混之間有什么關(guān)系？研究流動(dòng)模型有何意義？返混造成停留時(shí)間分布，二者有密切關(guān)系，可用停留時(shí)間分布定量描述；同類反應(yīng)器中返混程度，而同一停留時(shí)間分布可由不同情況返混與之相適應(yīng)。意義：流動(dòng)模型是為了研究反應(yīng)器內(nèi)流體的實(shí)際流動(dòng)形態(tài)，在不改變其性質(zhì)的前提下，對(duì)其加以適當(dāng)?shù)睦硐牖@種適當(dāng)理想化的流動(dòng)形態(tài)稱為流動(dòng)模型，所以流動(dòng)模型是反應(yīng)器中液體流動(dòng)形態(tài)的近似概括，是設(shè)計(jì)和放大反應(yīng)器的基礎(chǔ)。第四章 化工流

5、變學(xué)基礎(chǔ)1. 簡(jiǎn)述流變學(xué)及其研究?jī)?nèi)容？流變學(xué)就是研究物質(zhì)的變形和流動(dòng)科學(xué)，其任務(wù)是使物質(zhì)所具有多雜變形或流動(dòng)現(xiàn)象更明確化、系統(tǒng)化、定量化、進(jìn)一步把產(chǎn)生現(xiàn)象的機(jī)理上升到分子水平。2. 流體分類按流體力學(xué)觀點(diǎn)：分為理想流體和實(shí)際流體兩大類。理想流體又稱為無黏性流體，實(shí)際流體又稱黏性流體，又可分為牛頓流體與非牛頓流體。3. 何為牛頓流體，非牛頓流體？非牛頓流體又有哪些類型？流動(dòng)曲線通過坐標(biāo)原點(diǎn)的一直線的流體稱為牛頓流體；凡流動(dòng)曲線不是直線或雖為直線但不通過坐標(biāo)原點(diǎn)的流體稱為非牛頓流體。非牛頓流體分為三大類：非依時(shí)性（假塑性、脹塑性、賓漢流體）；依時(shí)性（觸變性、震凝性）；粘彈性流體（入口效應(yīng)、彈性回縮

6、、爬桿效應(yīng)、*）4. 高分子流體為什么多屬于假塑性流體大分子鏈的取向原因，大分子鏈為無規(guī)線團(tuán)，彼此纏結(jié)，對(duì)流動(dòng)阻力大，表現(xiàn)出較大的黏度。當(dāng)流動(dòng)而受較大剪切作用時(shí)卷曲纏結(jié)的大分子結(jié)構(gòu)被拉直取向，伸直后大分子在液體層間傳遞動(dòng)量作用較原來小，因而隨增加，表現(xiàn)出減小，因此多屬于假塑性流體。5. 為什么觸變性流體和震凝性流體有特殊的流變行為？由于在一定剪切條件下，流體的結(jié)構(gòu)隨時(shí)間而受到逐步破壞，受破壞結(jié)構(gòu)在剪切作用停止作用后又可以恢復(fù)，體現(xiàn)出獨(dú)特流動(dòng)行為。6. 一般對(duì)于涂料類流體希望其具有何種流動(dòng)特性，為什么？一般希望具有觸變性。因?yàn)橛|變性可使涂料在受外力作用下變成易流動(dòng)的液體，而當(dāng)外力消失后又很快恢復(fù)

7、到高黏性不流動(dòng)狀態(tài)，這樣易于涂刷而又能保持涂刷后不流動(dòng)，尤其適用于垂直面上的涂刷。7.影響高分子流體流變行為的主要因素有哪些？如何對(duì)這些影響進(jìn)行理論分析影響主要因素有高聚物平均分子量、分子量分布、壓力、溫度、以及溶液濃度。存在一臨界分子量Mc，M>Mc，黏度急劇增加：M<Mc為牛頓流體；M>Mc為非牛頓流體對(duì)分子量相近，分子量分布較寬的流體，比分子量分布較窄流體較早出現(xiàn)非牛頓流體轉(zhuǎn)變，且分子量分布越寬，偏離牛頓流動(dòng)也越遠(yuǎn)。溫度：溫度增加，黏度下降。對(duì)于柔性，溫度對(duì)其影響不大，鏈段運(yùn)動(dòng)易，活化能小。濃度：聚合物溶液濃度增加，溶液黏度0增加。臨界濃度Cc，當(dāng)C<Cc為牛頓性

8、流體 C>Cc，為非牛頓流體 ，假塑性。壓力影響：壓力影響流體自由體積，壓力P增加，自由體積下降，引起黏度增加。7. 何為表觀粘度？剪切應(yīng)力與剪切速率的比值稱為表觀黏度，Ma=Z/r8. 非牛頓流體在圓管中的表觀粘度是如何定義的（Ua）p=管壁處剪切應(yīng)力/流動(dòng)特性=+9. 非牛頓流體的流動(dòng)行為指數(shù)對(duì)流體在圓管中的流動(dòng)行為和聚合反應(yīng)結(jié)果有何影響N下降，假塑性流體在管中流速分布比牛頓均勻；反應(yīng)器中C、T、及徑向分布也越均勻，分子量分布也越窄。10. 對(duì)非牛頓流體在圓管中層流流動(dòng)規(guī)律進(jìn)行研究有何重要意義？非牛頓流體與牛頓流體不同流動(dòng)特性，二者動(dòng)量質(zhì)量傳遞特性也有所差別，進(jìn)而影響到熱量傳遞、質(zhì)量

9、傳遞、及反應(yīng)結(jié)果。因此對(duì)流速分布及壓力降等問題研究，不僅能決定管中流體輸送量與功率消耗，同時(shí)能了解影響官式反應(yīng)、塔式反應(yīng)器中物料濃度、溫度分布，進(jìn)而影響反應(yīng)速度和分子來那個(gè)分子分布情況。第五章 攪拌聚合釜內(nèi)流體的流動(dòng)與混合1. 攪拌器一般具有哪些功能？混合、攪動(dòng)、懸浮、分散等2. 攪拌釜內(nèi)的流體的流動(dòng)分為哪兩個(gè)層次宏觀：循環(huán)流動(dòng)；微觀：剪切流動(dòng)。3. 循環(huán)流動(dòng)的三個(gè)典型流動(dòng)分別是什么？哪些流動(dòng)對(duì)混合有利？哪些需克服？徑向流動(dòng)、軸向流動(dòng)、切線流動(dòng)；徑向和軸向?qū)旌嫌欣?，起混合攪?dòng)及懸浮作用；切線流動(dòng)對(duì)混合不利。4. 何為打旋現(xiàn)象？如何消除打旋現(xiàn)象當(dāng)不大，攪拌轉(zhuǎn)速較高時(shí)，槳葉放在釜中心線時(shí)，液體將

10、隨槳葉旋轉(zhuǎn)的方向沿著釜壁滑動(dòng)，釜內(nèi)液體在離心力的作用下，涌向釜壁，使液面沿壁上升，中心部分液面下降，形成一個(gè)旋窩，通常稱打旋現(xiàn)象。消除打旋現(xiàn)象：偏心安裝可減弱漩渦，安裝擋板、加導(dǎo)流筒可有效消除。5. 試說出幾種攪拌器的構(gòu)型，特點(diǎn)和應(yīng)用？槳式攪拌器：槳葉構(gòu)型為平槳、斜槳、錨形或框形槳者。特點(diǎn)：結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，轉(zhuǎn)速低、槳葉面積大、平槳、斜槳適用于為0.1-102Pa·s液體攪拌；錨式、框式對(duì)高液體。推進(jìn)式攪拌器：三瓣葉片；適合湍流程度不高，循環(huán)量大。優(yōu)點(diǎn)：結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，制造方便，適用于液體低，液量大液體攪拌。剪切作用不大，循環(huán)性能好。渦輪式攪拌器：槳葉形式很多，有開式和閉式兩類。應(yīng)用較廣并處理程度

11、范圍廣液體。適用于低粘到中等程度液體混合，液液分散，液固懸浮及促進(jìn)良好傳熱，傳質(zhì)，或化學(xué)反應(yīng)。螺桿及螺帶式攪拌器：適用于高粘度液體。6. 攪拌器應(yīng)滿足哪些基本要求？選擇攪拌器的基本方法是什么？保證物料混合，消耗最小功率，所需費(fèi)用最低，操作方便，易于維修。 選擇基本方法：A. 生產(chǎn)上對(duì)攪拌無特殊要求，可參照生產(chǎn)時(shí)所用類似攪拌經(jīng)驗(yàn)地選擇。B. 對(duì)攪拌有嚴(yán)格要求，且又無類似過程攪拌型式，應(yīng)對(duì)設(shè)備工藝過程的操作類別，攪拌要求及經(jīng)濟(jì)性全面分析評(píng)價(jià)，找到主要控制因素進(jìn)行選擇適應(yīng)型式C. 對(duì)于過程開發(fā)或生產(chǎn)規(guī)模很大工程，在一定試驗(yàn)基礎(chǔ)上，研究出最佳攪拌器槳葉形式，尺寸及操作條件，再相似模擬放大進(jìn)行設(shè)計(jì)計(jì)算。

12、選擇攪拌器原則:(1)均相液體混合:主要控制因素容積循環(huán)速率。(2)非均相液體混合：使互不相溶液體能良好分散。(3)固體懸浮：容積循環(huán)速率和湍流強(qiáng)度。(4)氣體吸收及液相反應(yīng)：保證氣體進(jìn)入液體后被打散，被氣泡均勻的分散。控制因素：局部剪切作用、容積循環(huán)速率及高轉(zhuǎn)速。（5）高粘度體系 控制因素：容積循環(huán)速率及低轉(zhuǎn)速7. 攪拌器的功率消耗主要用于那些方面？計(jì)算攪拌器功率有何重要意義攪拌器所消耗的能量；攪拌軸封所消耗；機(jī)械傳動(dòng)所消耗意義：（1）攪拌功率是衡量攪拌強(qiáng)度的主要物理量；（2）是攪拌機(jī)械設(shè)計(jì)的基本數(shù)據(jù)；（3）根據(jù)攪拌功率的選用攪拌電機(jī)8. 從攪拌器的功率曲線可以得到哪些重要信息？功率函數(shù) ；

13、功率準(zhǔn)數(shù)；雷諾數(shù)1. Nre=1-10：曲線斜率為-1，攪拌層流區(qū)；2. Nre=10-1000：攪拌過濾區(qū)；3. Nre1000:攪拌湍流區(qū)，為一水平直線9. 氣液體系的攪拌功率與均相體系相比有哪些特點(diǎn)？液體中通入氣體，降低了被攪拌液體的有效密度，因此也就降低了攪拌功率，攪拌功率可采用均相液體攪拌功率分析計(jì)算方法并加以修正。而大量通入氣體時(shí)，開始出現(xiàn)大氣泡，功率消耗不再明顯變化，稱“液泛”。10. 何為泵送指數(shù)？其對(duì)攪拌器計(jì)算有何重要作用qd=Nqd*ND3，Nqd為泵送準(zhǔn)數(shù)。包含了流體的流速和攪拌的泵送能力，反映了攪拌的劇烈程度11. 攪拌級(jí)別一般范圍幾個(gè)等級(jí)10個(gè)等級(jí)12. 常用的攪拌槳

14、葉直徑的大致范圍如何選定槳葉直徑與釜徑比值 D/T=0.20.8平槳 0.50.83渦輪 0.330.4推進(jìn)式 0.10.3313. 何為顆粒雷諾數(shù)？騎在不同的范圍時(shí)，密度差如何計(jì)算NRe(p)=(dp·ut·)/ NRe(p)<0.3層流 >103 湍流密度差 ：（p-）/（層流） (p-)/（湍流）14. 聚合反應(yīng)的攪拌級(jí)別一般選擇幾級(jí)一般分為十個(gè)等級(jí)15. 懸浮程度與那些因素密切相關(guān)？槳葉轉(zhuǎn)速越高，直徑越大，顆粒沉粒沉降速度愈小，所得懸浮程度越高。16. 層流和湍流是=時(shí)的攪拌功率如何計(jì)算？為什么？因次分析：P=f(N、D、g)攪拌功率準(zhǔn)數(shù)：Np=P/（N

15、3p5 ），Np=NFrqf（NRe） NRe=DN2/g：攪拌弗魯?shù)聹?zhǔn)數(shù)層流區(qū)：P=KMN2D3 重力影響可忽略，即不考慮NFr 影響 Np=K NRe-1湍流區(qū)：P=KN3D5 湍流區(qū)功率曲線呈一水平直線與Re無關(guān)，Np為常數(shù)。第六章 攪拌聚合釜的傳熱與性質(zhì)1， 聚合速率在聚合過程中一般有三種類型，其中那些對(duì)反應(yīng)控制比較有利？可采用那些措施實(shí)現(xiàn)這種過程？減速型、加速型、勻速型勻速型對(duì)反應(yīng)控制有利，引發(fā)劑半衰期使用得當(dāng)，也可逐漸或分批加入單體或催化劑使Rp保持均衡。2， 傳熱裝置有哪些類型？夾套、內(nèi)冷件、回流冷凝器、體外循環(huán)冷凝器3，哪些反應(yīng)不宜采用釜外循環(huán)熱交換?為什么？a對(duì)要求嚴(yán)格控制反

16、應(yīng)溫度的一類聚合反應(yīng)不宜采用 液相外循環(huán)熱交換裝置應(yīng)用于polymer，使物料下降510 b懸浮聚合造成結(jié)塊也不宜 c 而對(duì)剪切敏感膠乳體系應(yīng)慎用，因?yàn)檠h(huán)泵r很大，易破壞膠乳穩(wěn)定性 d本體聚合，體系黏度過大，泵送困難，也不宜4， 試概括傳熱速率方程和總傳熱系數(shù)方程，討論提高反應(yīng)釜傳熱能力有效措施？ Q=KA(tit0 ) Q：傳熱速率 A傳熱面積 Ti流體溫度 To截?zé)狍w溫度 K傳熱系數(shù) 1/K= 1/i+1/0+/， i、0 釜內(nèi)外壁傳熱同類系數(shù) /:導(dǎo)熱部分總熱阻 ：厚度 ：導(dǎo)熱系數(shù)增大傳熱面積，降低冷卻水溫度以擴(kuò)大溫差、提高總傳熱系數(shù)可提高傳熱速率降低體系黏度、改善攪拌效果提高i和K

17、重要途徑夾套中冷卻水流 提高K重要途徑 例夾套內(nèi)安裝擋板、擾流噴嘴、多點(diǎn)切向進(jìn)水使水處于劇烈流動(dòng)狀態(tài)，提高0/減?。狠^高材質(zhì)、設(shè)法降低黏釜物和掛膠現(xiàn)象及時(shí)進(jìn)行清釜，改善冷卻水水質(zhì)以及水垢沉積5. 實(shí)現(xiàn)聚合釜安全操作應(yīng)采取哪些基本措施？P191第七章 攪拌聚合釜的放大1. 何為放大效應(yīng)？為什么會(huì)出現(xiàn)放大效應(yīng)?何為冷模試驗(yàn)？反應(yīng)器放大后，一般會(huì)引起大小反應(yīng)器間的熱量、質(zhì)量傳遞及流體流動(dòng)狀況等物理過程變化，造成兩者速度、溫度、濃度分布及停留時(shí)間分布的差異，影響反映結(jié)果效應(yīng)稱之為放大效應(yīng)掌握設(shè)備的幾何尺寸及操作條件對(duì)攪拌釜內(nèi)動(dòng)量、熱量、質(zhì)量、停留時(shí)間分布和微觀混合的定量關(guān)系的試驗(yàn)稱冷模試驗(yàn)2. 在工程上有哪幾種放大方法？簡(jiǎn)述各種放大方法基本原理？放大方法有;數(shù)模放大法 相似放大法 逐級(jí)經(jīng)驗(yàn)放大法數(shù)模放大法：通過動(dòng)力學(xué)研究和模式確定催化劑種類、反應(yīng)物濃度、溫度、反應(yīng)時(shí)間、剪切等對(duì)反應(yīng)速率、產(chǎn)物質(zhì)量和收率的關(guān)系，并綜合以一數(shù)學(xué)模型來描述相似放大 ：在配方不變的前提下，不論反應(yīng)機(jī)理如何，若工業(yè)反應(yīng)器中速度分布、濃度分布，溫度分布和停留時(shí)間分布均與反應(yīng)器相同，兩者反應(yīng)后果也必然相同四種分布并非獨(dú)立，相互呈復(fù)雜制約關(guān)系，找出對(duì)反應(yīng)后果影響最大的關(guān)鍵混合參數(shù)及其適應(yīng)的范圍，并以此