聚合物反应工程

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1、聚合反应工程基础2010/3/5第二章化学反应工程基础1第二章化学反应工程基础重点：1.均相反应动力学方程的建立2.理想反应器设计；3.停留时间及其分布的测定原理及数字特征；4.理想与非理想流动模型；5.停留时间与化学反应2010/3/5第二章化学反应工程基础2第一节化学反应和反应器的分类一、化学反应的分类按反应的特性和反应过程进行的条件分类：化学反应的特性：反应机理；可逆性；反应分子数；反应级数；反应的热效应及反应物料的相态等。反应过程进行的条件：温度；压力；操作方式；换热方式等。2010/3/5第二章化学反应工程

2、基础3•表2-1按化学反应的特性分类（内部条件）反应机理简单反应反应级数一级、二级、复杂反应三级、零级、分数级反应可逆性可逆、不可反应热效应放热、吸热逆反应反应分子数单、双、三分子反应2010/3/5第二章化学反应工程基础4表2-2按反应物料的相态分类催化反应气相反应均相反应非催化反应液相反应催化反应液-液相、气-液相、液-固相、气-固相非均相反应非催化反应气-固相、固相、气-液-固相2010/3/5第二章化学反应工程基础5按反应过程进行的条件分类（外部条件）操作方式间歇反应、半连续反应、连续反应温度条件等温反应、绝

3、热反应、非绝热变温反应2010/3/5第二章化学反应工程基础6二、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。C＝n/Viidnr1idcii=±＝±……(a)Vdtdt恒容时式中r为体系中i组分的反应速率，n为i组分ii的摩尔数，V为反应体积,C为i组分的浓度。i正号表示某组分的生成速率，负号表示消失速率。2010/3/5第二章化学反应工程基础7(a)式也可用转化率表示1dnini0dxiri=±=±VdtVdt=±Cdx/dti0i对恒容n-n0式中n=n(1-x)x=n

4、ii0i02010/3/5第二章化学反应工程基础8化学反应的速率方程式¤，通常可用幂的形式表1dnAαβrA=−=kCCABVdt或称动力学方程式(微分式)式中k为反应速率常数。α、β为实验测定的常数。反应的总级数为α+β。若反应是由若干个基元反应组合而成，反应级数需用实验测定。反应速率常数k只随温度而变，它与温度的关系如下:k=Ae-E/RT0式中A是常数，称为频率因子，E为活化能，R为气体通用0常数。k的单位随反应级数不同而异，若r的单位为imol/l.s，C的单位为mol/l，则对一级反应k的单位为s-1,二i

5、级反应时为l/mol.s,零级反应时为mol/l.s2010/3/5第二章化学反应工程基础9三、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：(反应物相态；反应器结构型式；反应器操作方式；流体流动形式)1、按反应物料的相态分类：均相反应器（如本体、溶液聚合）与非均相反应器（如悬浮、乳液聚合）另外可看表2-4:按物料相态分

6、类的反应器种类。2010/3/5第二章化学反应工程基础102、按反应器的结构型式分类(除图2-1各种结构型式的反应器外)（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）。2010/3/5第二章化学反应工程基础11（3）塔式反应器。长径比为2~4

7、0。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、按操作方式分类（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。2010/3/5第二章化学反应工程基础12（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。反应为非稳态过程。在特定的目的下控制反应条件（

8、如滴加）。2010/3/5第二章化学反应工程基础13四、连续流动反应器内流体的两种理想型态（4.按流体流动及混合形式分类：）1.平推流（活塞流）反应器管式反应器接近于平推流。（特点：停留时间相同、无返混；组成、温度沿轴向递变，各点组成、温度不随时间变）返混：反应器内停留时间（年龄）不同流体微元间的混合2.理想混合流反应器连续搅拌釜式反应器接近于