聚合反应工程第七讲.ppt

聚合反应工程基础 第七讲 高分子学院 吴锦荣 知识回顾 分子量及分子量分布对聚合物粘度和临界剪切速率有何影响？ 如何通过改变分子量分布及分子结构提高成型加工性？ 温度对在Tg附近和Tg+100?C以上的粘度有何影响？ 雷诺数的定义和量纲是什么，根据雷诺数大小，如何划分流体流型？ 圆管中流体稳态流动时如何对流体微元做力平衡计算？ 知识回顾 剪切应力和剪切速率随着管径变化如何变化？ 圆管中，流体平均流速如何计算 牛顿流体在圆管中速度分布曲线是何形状 幂律流体在圆管中速度分布曲线的形状如何随指数n变化而变化？ 同样外界条件和反应机理下进行聚合，假塑性流体和牛顿流体的分子量分布，哪个更宽？ 幂律指数n对流体输送压差有何影响？ 非牛顿流体在圆管中湍流流动 非牛顿流体在光滑圆管中湍流流动时 非牛顿流体在圆管中湍流流动 非牛顿流体流变性的测量 落球粘度计 旋转锥板/平板粘度计 旋转圆筒粘度计 毛细管挤出流变仪 非牛顿流体流变性的测量 非牛顿流体流变性的测量 非牛顿流体流变性的测量 测量小球下降时间，以Stokes方程计算黏度值： Stokes黏度： Faxen 修正式： 如果所用圆管和圆球的尺寸一定，并固定下降距离S： K0为仪器常数，用于已知粘度的液体进行标定。 剪切速率： v为小球下降速率，在试验范围内 剪切速率在0.1S-1左右 非牛顿流体流变性的测量 结构：同一轴线上的圆锥和圆板，圆板固定不动，圆锥以一定的角速度ω旋转，被测液体在圆锥与圆板的缝隙中受到剪切作用。圆锥角设计要小，一般要求 使 使流体中的剪切速率一致。 通过圆锥的旋转角速度ω 计算剪切速率 ，通过测得的扭矩 M 来计算剪切应力 非牛顿流体流变性的测量 注意：剪切速率与圆板上的位置r无关。即圆板上任何部位流体的剪切速率和剪切应力均为一常数，因此，特别方便于非牛顿流体流变数据的处理。 非牛顿流体流变性的测量 非牛顿流体流变性的测量 非牛顿流体流变性的测量 结构：两个圆筒，内筒静止不动，外筒以一定速度旋转(或外筒静止，内筒旋转)，内外圆筒的环形缝隙中充填被测液体，由于外筒的旋转产生扭矩，使液体受到剪切作用并传递到内筒上，使内筒也扭转一个小角度。由外筒的旋转角速度ω来计算 ，由内筒产生的扭矩M计算τ，但 和 与在缝隙中的位置有关。 非牛顿流体流变性的测量 非牛顿流体流变性的测量 非牛顿流体流变性的测量 非牛顿流体流变性的测量 本章主要内容 (Chapter Outline) 搅拌聚合釜的基本概念，搅拌釜的结构及搅拌器的作用 搅拌器的设计步骤，方法： 均相聚合——“混合和搅动”类型聚合釜搅拌器的设计 非均相聚合——“分散和悬浮”类型聚合釜搅拌器的设计 搅拌聚合釜设计的一般步骤： 分析和理解搅拌器的作用. 针对具体聚合过程正确选择搅拌器的型式. 搅拌过程是一个流体动力过程，理论基础是流体动力学. 论述搅拌器的尺寸、转速和功率的设计方法. 在此基础上进一步着重讨论不同聚合方法对搅拌过程提出的要求，使在设计搅拌聚合釜时具有一定的理论分析基础. 第一节 概述 第一节 概述 装有搅拌器的釜式反应器（搅拌釜） 第一节 概述 装有搅拌器的釜式反应器（搅拌釜） 第一节 概述 第一节 概述 装有搅拌器的装置： 聚合釜，原料配制槽，加料罐，凝聚罐，桨料沉析槽，贮槽等 第一节 概述 混合系使两种或多种互溶或不互溶液体按工艺要求混合均匀。 搅拌系使物料强烈地流动，以提高传热、传质速率 悬浮系使小固体颗粒在液体中均匀悬浮，以达到加速溶解、强化浸取、促进液-固相反应、防止沉降等目的。 分散则使气体、液体在流体中充分分散成细小的气泡或液滴、增加相接触表面，以促进传质或化学反应，并满足聚合物对粒度的要求。 第一节 概述 搅拌器兼有多种功能和作用 例如，在苯乙烯悬浮聚合过程中：混合、剪切分散、悬浮、提高传热系数等 第一节 概述 均相体系: 使物料搅动以提高传热和传质速率，并使物料混合均匀. 非均相: 还要求“分散相”被剪切分散在“连续相”中能保持稳定的均匀分布 第一节 概述 机械搅拌装置 第二节 搅拌釜内流体的流动状况 流体的流动状况，简称流况，可以定义为“在整个搅拌容器中流体速度向量的方向”。 宏观状况（宏观流动） 微观状况（微观流动） 第二节 搅拌釜内流体的流动状况 一、宏观流动（循环流动） 宏观流动是指流体以大尺寸(凝集流体、气泡、液滴)在大范围(整个釜内空间)中的流动状况，所以也称循环流动。包括径向流动，轴向流动，切