《聚合物反应工程》PPT课件.ppt

聚合物反应工程 聚合物材料虽然只有数十年的发展历史 其发展速度之快 应用之广 却远远超过人类历史上任何一种材料 聚合物的生产曾经历了一段经验性的技艺年代 以后 由于高分子化学 高分子物理学及化学反应工程学的进展 使聚合物的产量和制造工艺提高到一个新的水平 而作为连接化学 工艺与工程的聚合反应工程学正是在这种背景下产生与发展的 聚合物反应工程师化学反应工程的一个分支 它是研究聚合物制造中的化学反应工程的问题 第一节化学反应和反应器的分类 一化学反应的分类化学反应可按反应的特性和反应过程的条件来分 化学反应的特性包括反应机理 反应的可逆性 反应分子数 反应级数 反应物料的相态及反应的热效应等 反应过程进行的条件包括温度 压力 操作方式 换热方式等 式中ri为体系中i组分的反应速率 ni为i组分的摩尔数 v为反应体积 ci为i组分的浓度 正号表示某组分的生成速率 负号表示消失速率 二反应速率 均相反应 1 定义 单位时间单位反应体积中所生成 或消失 的某组分的摩尔数 三反应器的分类任何目的在于得到一定产品的化工生产过程 均包含有化学反应 物料在其中发生反应的设备谓之反应器 在反应器中原料经化学变化而成产品 所以可把反应器看作化工生产的心脏部分 根据研究的不同需要 从不同的角度对反应器进行分类 通常有四种分类法 1按反应物料的相态分类按物料的相态来分 反应器可以分为均相反应器与非均相反应器二大类 各类中又可以分为若干种 2按反应器的结构型式分类 1 管式反应器 长径比为40 2000 用于快速的气相和液相反应 对有压力的反应尤为适用 其体积最小 单位体积的传热面最大 如高压聚乙烯 2 釜式反应器 长径比为2 3 化工生产中使用最广泛 占80 90 适用于液相 液 液相 气 液相及液 固相反应 釜式反应器的适应性及操作弹性都很大 如PVC PP PE的聚合 3 塔式反应器 长径比为2 40 如苯乙烯本体聚合 己内酰胺的缩聚 4 硫化床反应器反应器传热好 温度均匀 易控制 如聚丙烯反应器 3操作方式分类 1 间歇反应器 分批式反应器 采用釜式反应器 间歇反应是不稳定过程 操作灵活性和弹性大 2 连续反应器可采用釜式 管式 或塔式反应器 反应为稳态过程 易于实现自动化 在聚合反应中 采用连续反应器可使产物的聚合度及聚合度分布不随时间改变 从而保证了产品的质量 但不是绝对的 3 半连续反应器多采用釜式反应器 反应则为非稳态过程 在特定的目的下控制反应条件 如滴加 1积分法 1 将假设动力学方程式 微分式 积分 得到一条通过坐标原点的直线 2 将实验数据 经计算 描绘在该坐标上 如实验数据能得到一条通过坐标原点的直线 则假设的动力学方程式为所求 动力学方程式的建立 2 微分法 直接用动力学微分方程式进行描绘 步骤 1 先假设一个反应机理 并以它求出动力学方程式 2 将实验所得浓度 时间数据嫁衣标绘 得出一光滑曲线 在相应浓度值位置求取曲线的斜率 此斜率就代表在该组成下的反应速率 3 将上一步骤所得作图 若得一通过原点的直线 表明假定的机理与实验数据相符合 否则需重新假定一动力学方程加以检验 第三节理想反应器的设计 化工生产中所遇到的化学反应时多种多样的 所处理物料的化学 物理性质也是千差万别 因此而使用的反应器也是各不相同的 尽管如此 每一种反应器总应该满足以下三个基本要求1提供反应物料进行反应所需的容积 保证设备有一定生产能力2具有足够的传热面积 保证反应过程中热量的传递 是反应控制在最适宜的温度下进行 所以设计反应器的主要任务是根据给定的生产任务 在一定条件下 反应器所需要的体积 并以此作为确定反应器其他尺寸的主要依据 一 理想反应器设计的基本原理1 物料衡算 质量守恒定律 对于微元体积 V反应物A的流入速度 反应物A的流出速度 反应物A由于化学反应而消耗的速度 反应物A的累积速度简化 流入 V的速度 流出 V的速度 在 V中反应消耗的速度 在 V中累积的速度简化 流入速度 流出速度 消耗速度 累积速度在特定时间内 流入量 流出量 消耗量 累积量 二 间歇反应器 分批反应器 操作特点 1 物料 反应物 水等一次性加入器内 2 反应器内各点的反应物浓度和温度相同 3 反应器内组分的浓度随反应时间而变