聚合物制备工程复习资料(上)..ppt

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1、一、简答题（一、简答题（50分）分）1.对于相同的反应体系，请图示间歇反应器、平推流反应器、对于相同的反应体系，请图示间歇反应器、平推流反应器、理想混合流反应器、多级理想混合反应器（以理想混合流反应器、多级理想混合反应器（以3级理想混合级理想混合反应器为例）中反应物浓度变化趋势。反应器为例）中反应物浓度变化趋势。2.简述停留时间分布函数（简述停留时间分布函数（F(t)）与停留时间分布密度函数）与停留时间分布密度函数（E(t)）的测试方法，以及两者之间的关系。）的测试方法，以及两者之间的关系。3.列举说明顺丁橡胶的种类、分子结构的特点、聚合方法，并列举说明顺丁橡胶的种类、分子结构的特点、聚合方法

2、，并用简单框图举例说明其生产工艺流程。用简单框图举例说明其生产工艺流程。4.简述反应器的主要种类及其特点简述反应器的主要种类及其特点(按照操作方式分类按照操作方式分类)、搅拌、搅拌及其附件的主要作用。及其附件的主要作用。5.采用平推流反应器、单级理想混合反应器、三级串联理想混采用平推流反应器、单级理想混合反应器、三级串联理想混合反应器分别进行活性阴离子聚合制备聚苯乙烯，请说明三合反应器分别进行活性阴离子聚合制备聚苯乙烯，请说明三种反应器对产物分子量分布的影响种反应器对产物分子量分布的影响(请排序请排序)，并解释原因。，并解释原因。三、流程题（三、流程题（20分）分）采用本体聚合工艺生产的聚合物

3、品种很多，除了通用聚苯乙烯采用本体聚合工艺生产的聚合物品种很多，除了通用聚苯乙烯（GPPS）以外，请给出至少）以外，请给出至少5种采用本体聚合工艺进行生产的聚种采用本体聚合工艺进行生产的聚合物品种；通用聚苯乙烯（合物品种；通用聚苯乙烯（GPPS）主要采用本体聚合工艺进行）主要采用本体聚合工艺进行生产，请给出生产，请给出GPPS釜塔串联工艺（釜塔串联工艺（BASF工艺）的工艺流程框工艺）的工艺流程框图；结合聚合机理，说明采用自由基本体聚合方法制备高分子图；结合聚合机理，说明采用自由基本体聚合方法制备高分子量聚苯乙烯（数均分子量大于等于量聚苯乙烯（数均分子量大于等于40万）的工艺控制方法。万）的工

4、艺控制方法。CiC0反应物浓度反应时间CiC0单体浓 度反 应器 轴向CiC0反应物浓度反应时间CiC0反应物浓度反应时间1、对于相同的反应体系，请图示间歇反应器、平推流反应器、理想混合流反应器、多级理想混合反应器（以3级理想混合反应器为例）中反应物浓度变化趋势。(a)间歇反应器内物料浓度变化 (b)平推流反应器内物料浓度变化 (c)单级理想混合反应器内物料浓度变化 （d）多级理想混合反应器内物料浓度变化半半连连续续反反应应器器。2、简述停留时间分布函数（F(t)）与停留时间密度函数（E(t)）的测试方法，以及两者之间的关系。停留时间分布的测定方法、原理：(1)阶跃示踪法：在待测定系统稳定后，

5、将原来反应器中流动的流体切换为另一种在某些性质上与原来流体有所不同，而对流体流动没有影响的另一种含示踪剂的流体。该方法测定的是停留时间分布函数F(t)。(2)脉冲示踪法：在待测定系统稳定后，在入口瞬间加入少量示踪剂Q，此时t=0，同时开始测定出口流体中示踪物的含量C(t)。由于示踪物不影响流体流动，加入时间为瞬间，故示踪物在系统内的流动形态可以代表整个系统的流动形态。该法测定的是时间分布密度函数E(t)停留时间分布函数（F(t)）与停留时间密度函数（E(t)）之间的关系：tdttEtF0)()(3、列举说明顺丁橡胶的种类、分子结构的特点、聚、列举说明顺丁橡胶的种类、分子结构的特点、聚合方法，并

6、用简单框图举例说明其生产工艺流程。合方法，并用简单框图举例说明其生产工艺流程。按照聚合物的微观结构微观结构，顺丁橡胶可以分为：高顺式聚丁二烯橡胶（顺式-1,4结构质量分数90%以上，即国内所说的顺丁橡胶）低顺式聚丁二烯橡胶（顺式-1,4结构质量分数35%40%，简称LCBR）、中乙烯基聚丁二烯橡胶（1,2结构质量分数35%65%）高反式聚丁二烯橡胶（反式-1,4结构质量分数65%以上）。钴系、钛系、镍系和稀土钕系催化剂主要用于生产高顺式-1,4-聚丁二烯橡胶，其它聚丁二烯橡胶品种则主要采用锂系催化剂。其中稀土钕系催化剂生产的顺式-1,4-聚丁二烯橡胶顺式含量大于98；镍系顺式-1,4-聚丁二烯

7、橡胶顺式含量约为9497；钛系顺式-1,4-聚丁二烯橡胶顺式含量约为9091；钴系顺式-1,4-聚丁二烯橡胶顺式含量约为9495；锂系催化剂制备低顺式聚丁二烯橡胶，顺式-1,4结构质量分数35%40%。实施方法均采用溶液聚合实施方法均采用溶液聚合。简易镍系顺式-1,4-聚丁二烯流程如下：4、简述反应器的主要种类及其特点（按照操作方式分类按照操作方式分类）、搅拌及其附件的主要作用。间歇反应器间歇反应器是指操作时，反应前将反应物一次加入反应器内，当反应达到规定转化率后取出反应产物。特点特点：(1)物料浓度随时间不断变化，为非稳态过程；(2)操作灵活，弹性大，投资小；(3)需较多辅助时间，设备利用率

8、低(4).产品质量不易均匀连续反应器连续反应器是指反应按规定的加料速度和出料速度进行的反应，通过反应器体积大小或串连的级数多少来控制最终转化率。其特点特点是：(1)物料浓度不随时间变化，为稳态过程；(2)操作弹性效能，投资大；(3)不需辅助时间，设备利用率较高；(4)产品质量波动小。半连续反应器半连续反应器是指某一种或某一类物料按规定的加料速度连续进入，整个反应器并无物料采出，当反应达到规定转化率后，一次采出。其特点特点是：(1)物料浓度随时间变化，为非稳态过程；(2)操作弹性大，投资小；(3)辅助时间长，设备利用率较高；(4)易于控制反应物浓度及产物组成，产品质量波动小。边进边出续进一出一进

9、一出搅拌器搅拌器应具有以下作用：应具有以下作用：均匀混合物料；分散物料，实现悬浮；增加均匀混合物料；分散物料，实现悬浮；增加流体的湍动，以提高传热速率；加速物料的流体的湍动，以提高传热速率；加速物料的分散和合并，增大传质速率；加速表面更新，分散和合并，增大传质速率；加速表面更新，促进低分子物质脱除。促进低分子物质脱除。附件包括：挡板挡板：其一是将切线流动转变为轴向流动或径向流动，有利于混合；其二是增大釜内液体的湍动程度，增大剪切流动，改善搅拌效果。导流导流筒筒：辅助提高混合效率，由于限定了循环路径，减少了短路机会；5、采用平推流反应器、单级理想混合反应器、三级串联理想混合反采用平推流反应器、单

10、级理想混合反应器、三级串联理想混合反应器分别进行活性阴离子聚合制备聚苯乙烯，请说明三种反应器对产物分应器分别进行活性阴离子聚合制备聚苯乙烯，请说明三种反应器对产物分子量分布的影响，并解释原因。子量分布的影响，并解释原因。（1）活性阴离子聚合其活性中心是阴离子，在没有活泼氢、氧气等杂质存在时，其具有很长的寿命。（2）采用平推流反应器，物料连续加入，引发剂也连续加入，生成的活性阴离子中心增长的时间也相同，所得SSBR具有分子量分布窄的特点。（3）采用单级理想混合反应器，物料连续加入，引发剂也连续加入，生成的活性阴离子中心存在停留时间分布，活性中心增长的时间差异很大，导致所得SSBR具有很宽的分子量

11、分布。（4）采用多级理想混合反应器，物料连续加入，引发剂也连续加入，生成的活性阴离子中心存在停留时间分布，活性中心增长的时间差异很大，但是多级串联后，其停留时间分布逐步趋于平推流，导致所得SSBR具有较宽的分子量分布。二、计算题（30）在间歇釜式反应器中，己二酸与己二醇以等摩尔比，在70度下进行缩聚反应，生产聚酯树脂。硫酸为催化剂。由实验测得其反应速度方程为：其中：A反应速度，消耗己二酸kmoles/lmin；k反应速度常数，l/kmolemin；CA己二酸的瞬时浓度，kmoles/l.据实验测定，70度时，k=1.97l/kmolemin；己二酸的初始浓度CA00.004kmoles/l；若

12、每天处理4800kg己二酸，其转化率为80%，每批操作的辅助时间为1小时。采用单釜生产，装料系数0.75，试计算间歇反应器的体积；若采用平推流反应器，求其有效体积；若采用单级理想混合反应器，求其有效体积。2AAkC间歇反应器的体积间歇反应器的体积:2.计算反应器的体积。单位处理量=4800kg/天=200kg/h，己二酸分子量MW146，则每小时己二酸用量F A0=200/146=1.368 kmol/h。己二酸的浓度C A0=0.004 kmol/l，则反应物平均每小时处理量V 0=F A0/C A0=1.368/0.004=342 L/h每批操作所需的总时间 t总=t0+t辅=8.5h+1

13、h=9.5h反应器的有效体积VR=V0 t总342 X 9.5=3260L=3.26 m3反应器的实际体积 V=VR/=3.26/0.75=4.32m3平推流反应器平推流反应器:单位处理量=4800kg/天=200kg/h，己二酸分子量MW146，则每小时己二酸用量F A0=200/146=1.368 kmol/h。己二酸的浓度C A0=0.004 kmol/l，则反应物平均每小时处理量V 0=F A0/C A0=1.368/0.004=342 L/h=V/V0 V=V0=8.5h*342L/h=2907L=2.9m3单级理想混合反应器单级理想混合反应器:单位处理量=4800kg/天=200k

14、g/h，己二酸分子量MW146，则每小时己二酸用量F A0=200/146=1.368 kmol/h。己二酸的浓度C A0=0.004 kmol/l，则反应物平均每小时处理量V 0=F A0/C A0=1.368/0.004=342 L/h14.5m3第一级反应器在二级理想混合反应器中，己二酸与己二醇以等摩尔比，在在二级理想混合反应器中，己二酸与己二醇以等摩尔比，在70度下进行缩聚反应，生产聚酯树脂。第一级反应器中己二酸的转化度下进行缩聚反应，生产聚酯树脂。第一级反应器中己二酸的转化率为率为60；第二级中己二酸的转化率为；第二级中己二酸的转化率为80。其他条件与上题相同。其他条件与上题相同。计

15、算多级理想混合反应器的有效体积。计算多级理想混合反应器的有效体积。三、流程体采用本体聚合工艺生产的聚合物品种很多，除了通用聚苯乙烯（GPPS）以外，请给出至少5个采用本体聚合工艺进行生产的聚合物品种；通用聚苯乙烯（GPPS）主要采用本体聚合工艺进行生产，请给出GPPS釜塔串联工艺（BASF工艺）的工艺流程框图；结合聚合机理，说明采用自由基本体聚合方法制备高分子量聚苯乙烯（数均分子量大于等于40万）的工艺控制方法。PE,PP,PMMA,HIPS,ABS,PVC,SAN,PSt,LDPE等；GPPS釜塔串联工艺（BASF工艺）的工艺流程框图如下：机理机理：苯乙烯分子容易在高温下二聚或三聚形成引发剂

16、，因此过高的温度和转化率不利制备高分子量的聚苯乙烯。采用自由基本体聚合制备高分子量聚苯乙烯的工艺工艺：控制转化率不超过60，控制反应温度较低。（其他措施：多官能引发剂、外加酸等措施）复习课聚合物生产过程聚合物制备工程包括的内容：是合理设计及选用最佳的聚合实施方法，合聚合实施方法，合理设计及选用相应的理设计及选用相应的反应器，合理选择，合理选择原料、催化剂的制备或精制工序，的制备或精制工序，合理地选择或设计后处理工序设备。过程的优化或系统化及后处理工序设备。过程的优化或系统化及其控制方法。其控制方法。聚合物制备工程聚合物制备工程是以高分子材料科学与化学工程学为理论基础的工程学科；其生产加工的对象包括对天然高分子对天然高分子材料的改性改性和人工合成高分子材料的工业化合成高分子材料的工业化生产。三烯、三苯来源三烯、三苯来源煤炼焦焦炭石灰石电石乙炔电石炉第2章 聚合反应工程基础反应器定义：反应器定义：反应器定义：物料在其中发生反应的设备称为反应器聚合反应器：物料在其中发生聚合反应的设备称为聚合反应器分类：分类：反应器结构形式分类操作方式分类(a)反应釜(b)管式反应器(c)鼓泡塔反应器(d)列