南昌大学聚合反应工程与设备期末考试

综合题 1、夹套式搅拌反应釜的设计内容分为哪两大部分?各包括哪些内容?并详细叙述工艺设计的具体过程。 2、请从工艺技术和经济效益两个方面,详细本体法与悬浮法生产聚苯乙烯的各自特点。 问答题 1、(4分)聚合反应和聚合物的生产有哪些特点? 2、(4分)聚合反应工程分析的核心内容是什么? 3、(10分)聚合过程中,温度的调控应注意哪些因素?聚合速率的调控有哪些方法? 4、(7分)化学反应器按结构型式可分为哪几类?画出示意图。 5、(3分)理想反应器的设计应满足哪些? 6、(7分)工业化生产常用的反应器有哪几种型式?并阐述管式反应器的结构、特点和功能。 7、(5分)按聚合反应的特性及过程控制的重点,工业聚合反应器的选型要注意哪些因素? 8、(4分)搅拌聚合釜应具备哪几项功能? 9、(4分)以二元共聚为例,说明操作方式对聚合反应及其产物的影响. 10、(13分)聚合过程中,聚合度及其分布有哪些途径可以进行调控?,粒径及其分布的调控有哪些方法? 11、(3分)搅拌器所需要的功率包括哪几方面? 12、(4分)反应器装料系数的物理意义是什么?,怎样确定和调整? 13、(7分)工业化生产常用的反应器有几种型式?并阐述釜式反应器的结构、功能和特点。 14,(5分)聚合反应釜的设计分为几大部分?其中工艺设计的内容有哪些? 填空题 1、化工生产对化工设备的基本要求有__________ ,____________, ____________ , ____________ 。 2___________ ,____________ ,____________ 。 3、化工设备对塔设备的要求是 ____________,____________,______________________, ____________,____________,____________,____________。 4,化工容器的安全装置中的监控装置有________________, ____________。 5,化工管路常用的管件有____________,____________,____________。 6,塔设备按单元操作可分为____________,____________,____________, ____________, ____________。 7、常见搅拌器桨叶的构形主要有____________, ____________, _____________, ____________ ,____________, ____________。 8.化学反应按机理可分为____________,____________。按反应物料的相态可分为____________,____________,按反应过程进的操作方式条件可分为 ____________,____________,____________。、化工容器的基本结构组成是 ____________ ,____________ ,____________ 9、化工生产对化工设备的基本要求有________________, ________________,________________,________________。 10、化工容器的基本结构组成是____________,____________,____________, ____________, ____________ , ____________。 11、化工设备常用的非金属材料有____________ , ____________,____________, ____________, ____________ , ____________。 12、化工容器安全装置中的泄压装置有____________,____________。 13、化工生产对塔设备的要求 ____________,____________,____________,____________, ____________,____________,____________。 14、换热器的种类有____________,____________,____________其中管式换 热器有 ____________, ____________, ____________ , ____________。 15、阀门的种类有____________,____________,____________,____________, ____________, ____________, ____________ , ____________。 综合题 分为夹套和罐体(带搅拌器的反应釜)两大部分。搅拌反应釜主要有搅拌容器、搅拌装置、传动装置、轴封装置、支座、人孔、工艺接管和一些附件组成。搅拌容器多为中、低压压力容器;搅拌装置由搅拌器和搅拌轴组成,其形成通常由工艺设计而定;传动装置是为带动搅拌装置设置的,主要由电机、减速器、联轴器和传动轴等组成;轴封装置为动密封,一般采用机械密封或填料密封;它们与支座、人孔、工艺管等附件一起,构成完整的夹套反应釜。夹套是套在罐体外且为椭圆形封头,常压和操作压力不大而直径较大的设备,顶盖可用薄钢板制成密封空间的容器。罐体是圆筒形容器,有顶盖、筒体和罐底,通过支座安装在基础或平台上。罐底通常造的平盖,并在薄钢板上加设型钢制的横梁,用以支撑搅拌器及传动装置。顶盖与筒体的连接方式分为可拆和不可拆两种。 本体聚合:最大的特点是在聚合过程中,除了引发剂不须加入分散剂、乳化剂等助剂或溶剂,所以产品的纯度比其他聚合方法高,对环境污染小,从反应器利用率看也是所以聚合方法里最高,可直接进行浇铸成型,生产设备利用率高,操作简单,不需要复杂的分离、提纯操作。投资较少,反应器有效反应容积大,生产能力大,易于连续化,生产成本低。本体聚合的困难是如何及时有效的移走反应放出的大量热,特别是反应后期,转化率高,反应体系粘度剧增,造成混合、传热困难,反应情况恶化。热效应相对较大,自动加速效应造成产品有气泡,变色,严重时则温度失控,引起爆聚,使产品达标难度加大。由于体系粘度随聚合不断增加,混合和传热困难,有时还会出现聚合速率自动加速现象。悬浮聚合:聚合机理与本体聚合相同,只是把单体分散成液滴悬浮于水中进行聚合,这样传热问题容易解决了,但设备的生产能力就相应减小了。另外聚合过程中要加入分散剂 来稳定液滴,这就增加了后处理设备。存在自动加速作用,必须使用分散剂,且在聚合完成后,很难从聚合产物中除去,会影响聚合产物的性能。 问答题 1.①反应机理多样,动力学关系复杂,重现性差,且微量杂质的影响甚大; ②在聚合过程中,除要考虑转化率外,还需要考虑聚合度及其分布、共聚物组成及其分布和序列分布、聚合物结构,已至聚合物性能等问题; ③多数聚合物体系粘度很高,有的则是多相体系,它们的流动、混合以及传热、传质等都与低分子体系有很大的不同;而且根据物系特征和产品性能的要求,反应装置的结构往往也需要做一些专门的考虑,这就反映出聚合装置中传递过程的复杂性; ④由于聚合体系及聚合产品种类多,所以各种化工基础数据甚为缺乏,而实验测定这些数据也十分不易,故要进一步研究流动、混合传热、传质等传递过程就显得更为困难,这就使得聚合反应器的设计、放大等受到一定限制,,正是由于上述的一些特点和困难,造成聚合反应工程至今还不能达到圆满地、定量地解决工业装置的设计、放大问题,这就是聚合反应工程发展较为缓慢,至今尚不成熟的主要原因之一。 2.①进行聚合反应器的最佳设计 ②进行聚合反应操作的最佳设计和控制 3.①控制聚合反应的放热速度 ②强化反应器散热过程 ③选用适当冷却介质,提高传热温差 (1)调节单体及引发剂浓度,改变单体及引发剂的加料方式; (2)如有需要,可加入一定量的阻聚剂,以控制聚合进程; (3)调节聚合温度; (4)改变聚合配方; (5)在连续聚合时,可改变返混程度。如连续乳液聚合时,可利用管式预反应器来提高乳胶粒数N ' ,以达到提高聚合速率的目的; (6)对于乳液聚合可用调节乳化剂量来调节聚合速率; (7)调节反应压力中压聚烯烃的生产中。尽管对于多数聚合体系来说压力不是敏感因素,但在高压聚乙烯的生产中,压力是关键的参数 4.分为管式、釜式、塔式、固化床、流化床等反应器。 5.(1)提供反应物料进行反应所需要的容积,保证设备有一定的生产能力; (2)具有足够的传热面积,保证反应过程中能量的传递,使反应控制在最适宜的温度下进行; (3)保证参加反应的物料均匀混合。 6.反应釜;管式反应器;鼓泡塔;固定床;流化床;回转筒式反应器;喷嘴式反应器。 管式反应器主要应用于快速的的气相和液相反应,对有压力的反应尤为适用,如高压聚乙烯可采用管式反应器生产。使用管式反应器时,反应物料从一端进入管中,从另一端排除产物及未反应的物料。在反应器中反应物的组成随管长而连续变化。反应热可由套管或管外夹套传出。与其他反应器比较,管式反应器在达到相同生产能力和转化率时,所需的反应器体积最小,而单位反应器体积所具有的传热面积最大。对于慢反应,则需管子很长,故压降也随之增加,此时不宜采用管式反应器。 7.(l)重点在于确保反应时间的场合可选用塔式反应器; (2)重点在于除去聚合热的场合可选用搅拌釜式反应器; (3)以控制聚合速度和去除平衡过程中产生的低分子的场合可选用搅釜式反应器。薄膜型或表面更新型反应器 (4)以控制反应产物颗粒性状为主的场合可选用乳化、分散型搅拌釜; (5)需要在强剪切下进行反应的场合可选用桨叶与壁面间隙较小的搅拌反应器。 8.(1)推动液体流动,混匀物料。 (2)产生剪切力,分散物料,并使之悬浮。 (3)增加流体的湍动,以提高传热速率 (4)加速物料的分散和合并,增大物质的传递速率。 (5)在高黏体系,可以更新表面,促使低分子物(如水、单体、溶剂等)蒸出。 9.间歇操作时,由于单体浓度随反应不断变化,故共聚物组成也随反应不断变化,但长链支化及交联却比其他操作方式时少; 连续操作时,由于反应器内单体浓度维持不变,故共聚物的组成能保持一定。当反应器维持低单体浓度时,可能会导致长链支化及交联程度的增加。随着反应器数目的增加,长链支化及交联情况接近于间歇操作。 10.(1)调节反应温度,避免波动; (2)调节单体、引发剂浓度; (3)在连续聚合时可改变返混程度,活性链寿命长时,理想混合流反应器所得聚合度分布宽。活性链寿命短时,理想混合流反应器所得聚合度分布窄; (4)使用分子量调节剂; (5)乳液聚合可通过调节乳化剂来调节聚合度; (6)对缩聚反应应严格控制组分间的等摩尔比及去除反应副产物(如水等),以利得到高分子量产物。 (1)调节搅拌强度 (2)调节搅拌釜内流体的循环次数 (3)调节搅拌转速 (4)改变聚合配方 (5)反应器内部构件 (6)采用种子聚合 (7)改变反应器的返混程度 11.(1)搅拌器所消耗的能量,即搅拌器推动液体流动所需的能量,简称搅拌器轴功率; (2)搅拌轴封所消耗的能量; (3)机械传动所消耗的能量。 12.反应釜的有效容积与实际容积之比,对于不起泡,不沸腾的液体φ=0.75~0.85,反之φ取0.4~0.6 13.反应釜;管式反应器;鼓泡塔;固定床;流化床;回转筒式反应器;喷嘴式反应器。 釜式反应器是化工生产中最广泛使用的一种反应器型式。适用于液相、液-液相、气-液相及液-固相反应。多数情况下,反应釜中设有搅拌装置及传热装置,以保证反应物料在釜中的流动、混合和传热。釜式反应器既可以间歇操作,也可以连续操作或半连续操作。即可进行单釜操作又可多釜串联操作,所以釜式反应器的适应性及操作弹性都很大。 14.物料衡算,热量衡算与动力学方程三者联立求解 反应时间,反应器容积 填空题 1.安全性能要求工艺性能要求使用性能要求经济性能要求 3.工艺性能好生产能力大操作稳定能量消耗小选材合理安全可靠 4.压力表测温仪表 5.直管弯头三通 6.精馏吸收萃取反应干燥 7.螺轴式螺带式桨式推进器式涡轮式锚式 8.简单反应复杂反应;均相反应非均相反应;间歇反应半连续反应连续反应 9.安全性能要求工艺性能要求使用性能要求经济性能要求 10.简体封头密封开孔与接管支座安全附件 11.塑料陶瓷橡胶玻璃钢玻璃木材 12.安全阀防破膜 13.工艺性能好生产能力大操作稳定性好结构合理能量消耗小选材合理安全可靠 14.混合式换热器蓄热式换热器间壁式换热器;套管式蛇管式螺旋管式管壳式 15.闸阀截止阀旋塞阀蝶阀止回阀节流阀隔膜阀球阀