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《聚合物制备工程》
第二章——聚合物制备工程基础作业及参考答案
1.什么是聚合反应器?其最基本的特征是什么?
答:
(1)聚合反应器定义:物料在其中可发生聚合反应并可生成目标聚合物的设备称为聚合反应器。
(2)反应器的最基本特征是:①有可提供反应物料进行聚合反应所需的体积,从而保证设备具有一定生产能力;②具有可供加热和/或除热的传热面积,以保证过程的升温或降温,确保聚合反应温度可控制在适宜的范围;③必须有保证参加反应物料充分混合的装置。
2.按照操作方式分类,反应器可以分为哪些类型?各自有何特点?
答:反应器按照操作方式可分为间歇式、连续式和半连续式反应器三种。其中:
(1)间歇式反应器是指生产操作时,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,间歇反应器是一种非稳态的操作过程。
间歇反应器的特点是:①反应物料间歇加入与取出,反应物料的温度和浓度等操作参数随时间而变,不随空间位置而变,所有物料质点在反应器内经历相同的反应时间;②操作灵活,弹性大,投资小;③需较多辅助时间,设备利用率低;④产品质量不易均匀
(2)半连续式反应器是指生产操作时,反应前将部分反应物料或某种反应物料一次加入反应器内,而其余物料或另一种物料则采用连续加入反应器中的反应过程,或在反应过程中连续将某种物料从反应器中取出的生产过程。其特点是:①可通过物料的加入速度控制共聚物的组成分布;②可通过物料的加入速度来控制聚合速率,从而控制聚合热的均匀释放,而从而利于控制聚合反应;③半连续反应器的生产过程也是一种典型的非稳态操作过程。
(3)连续反应器是指生产操作时各反应物料连续加入反应器内,并连续引出反应产物或最后一次得到产物的操作过程。其特点是:①反应器内任一点的组成不随时间而改变,属于稳态过程;②生产能力高,易实现自动控制,适于大规模生产;③产品质量均一
3.平推流反应器、理想混合流反应器的定义与特点是什么?
答:
(1)平推流反应器定义:反应物料在长径比很大的设备流动时设备内每一微元体积中的流体均以相同的速度向前移动,在流动方向上不存在返混的流体称为平推流,而能赋予平推流流态的反应器称为平推流反应器。平推流反应器的特点是:①在稳态操作时,在反应器各个截面上,物料浓度不随时间变化;②反应器内物料的浓度沿着流动方向而改变,故反应速率随空间位置而变化,即反应速率的变化只限于反应器的轴向。
(2)理想混合流反应器定义:反应器中在强烈的搅拌作用下,使刚进入反应器的物料微元与器内原有的物料微元瞬时达到充分混合,使各点浓度相等且不随时间变化,出口流体组成与器内相等的这种流动形态称为理想混合流。而具有理想混合流流态的反应器则称为理想混合反应器。理想混合反应器的特点是:①器内物料返混强烈;②存在流体微元的停留时间分布。
4.在间歇反应器、平推流反应器、理想混合流反应器、多级串联理想混合反应器中,反应物料浓度与反应时间的关系如何?
答:
(1)间歇反应器:物料浓度随时间不断变化,为非稳态过程,浓度随时间变小,无限趋近某一定值;
(2)平推流反应器:稳态操作时,在反应器的各个界面上物料浓度不随时间变化,反应器内物料的浓度沿着流动方向而改变;
(3)理想混合反应器:各点浓度相等,物料浓度不随时间变化;
(4)多级串联理想混合反应器:每一个反应器内物料浓度不随时间变化。
图1间歇反应器反应物料图2平推流反应器反应物料
浓度-时间变化曲线浓度-时间变化曲线
图3单级理想混合反应器反应物料图4多级理想混合反应器反应物料
浓度-时间变化曲线浓度-时间变化曲线
5.反应器设计的基本要求是什么?
答:①有可提供反应物料进行聚合反应所需的体积,从而保证设备具有一定生产能力;②必须具有一定的除热或加热所需的传热面积,以保证反应过程的除热或加热,使反应温度可控制在适宜的范围;③必须有保证参加反应物料充分混合的设备或装置。
6.反应器设计的物料衡算方程是什么?间歇反应器与理想连续反应器的物料衡算方程是什么?
答:物料衡算方程:
某组分流入量=某组分流出量+某组分反应消耗量+某组分累积量
对于间歇反应器:
流入量=流出量=0;间歇反应器方程为:反应消失量=-累积量
对于理想连续反应器:累积量=0;其方程为:(流入量)-(流出量)-(反应消失量)=0
7.间歇反应器、平推流反应器、理想混合流反应器、多级串联理想混合反应器的设计方程分别是什么
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