聚合反应工程复习题

《聚合反应工程》复习题

名词解释 ◆间歇反应器 ◆理想混合反应器 ◆有效容积 ◆容积效率 ◆返混 ◆流体微元 ◆宏观混合 ◆表观粘度 ◆轴功率 ◆线性放大比 ◆流况

◆全挡板条件 ◆泵送量

◆反应器的热稳定性 ◆假塑性流体 判断 ◆间歇反应器和平推流反应器的基本设计方程相同,所以二者的实际生产能力也相同。（ ）

◆对二级反应rA=kCA2，为完成一定的生产任务，平推流反应器比多级串联理想混合反应器所需体积小。（ ）

◆理想混合反应器在热稳定操作点,其放热线斜率小于移热线斜率。（ ）

◆在一连续操作搅拌釜中进行自由基聚合，为了使产物的聚合度分布较窄，应尽量达到宏观混合。（ ）

◆在间歇反应器中进行自由基聚合，产物的瞬时聚合度与累积聚合度相同。（ ） ◆多级串联理想混合反应器，串联级数越多，其停留时间分布越接近平推流反应器。（ ） ◆搅拌釜内流体产生的旋涡是径向流况。（ ） ◆搅拌高粘度流体宜选用推进式搅拌器。（ ）

◆在间歇反应器中进行自由基聚合，产物的瞬时聚合度与累积聚合度相同。（ ） ◆对二级反应rA=kCA2，为完成一定的生产任务，

平推流反应器比多级串联理想混合反应器所需体积小（ ）； 单级理想混合反应器比多级串联理想混合反应器所需体积大（ ）。 ◆普遍的物料衡算式包括四项 ：

流入速度 = 流出速度 + 反应掉的速度 + 累积速度

对间歇反应器，只有反应掉的速度 = -累积速度；（ ）

对连续流动反应器，稳态操作时，只有流入速度 = 流出速度。（ ）

◆用脉冲法测定反应器停留时间分布。即在极短时间，向稳定流动流体中加入一定量示踪剂，同时计时，并

不断分析出口处示踪剂浓度，用C/C0对t作图，可得到停留时间分布函数F（t）。（ ） ◆多级串联理想混合反应器的模型参数N，代表该模型由N个等容理想混合反应器串联，N只能

1

是整数

（ ）

◆在间歇反应器中进行自由基聚合，产物的聚合度分布窄，（ ） 在理想混合反应器中进行缩聚反应，产物的聚合度分布窄。（ ）

◆高聚物溶液或熔体多为假塑性流体，其在圆管中流动时的流速分布比小分子牛顿流体不均匀（ ）。

◆三种连续操作反应器：理想混合反应器，平推流反应器，多级串联理想混合反应器

其中返混程度最小的是多级串联理想混合反应器，（ ） 返混程度最大的是理想混合反应器。（ ） 选择题 ◆普遍的物料衡算式包括四项 ：

流入速度 = 流出速度 + 反应掉的速度 + 累积速度 在间歇反应器中进行化学反应，只有（ ），

在连续流动反应器中进行化学反应，稳态操作时，只有（ ）， 对连续流动反应器进行停留时间分布测定，则只有（ ）。 A、流入速度 = 流出速度

B、流入速度 = 流出速度 + 反应掉的速度 C、反应掉的速度 = -累积速度 D、流入速度 = 流出速度 + 累积速度

◆对二级反应rA=kCA2，为完成一定的生产任务，所需反应器体积最小的是（ ）， 最大的是（ ）。 A、间歇反应器，

B、单级理想混合反应器， C、多级串联理想混合反应器

◆多级串联理想混合反应器，串联级数越多，其停留时间分布越接近（ ）。 A、理想混合反应器， B、平推流反应器

◆增加搅拌强度；减少釜串联级数，可以（ ） A、加强返混， B、减少返混

◆在某反应器中进行自由基聚合，产物的瞬时聚合度与累积聚合度相同，该反应器是（ A、间歇反应器， B、平推流反应器， C、理想混合反应器

◆在（ ）中进行自由基聚合，产物的聚合度分布窄， 在（ ）中进行缩聚反应，产物的聚合度分布窄。 A、间歇反应器， B、理想混合反应器，

C、多级串联理想混合反应器

◆高聚物溶液或熔体多为假塑性流体，其在圆管中流动时的流速分布比小分子牛顿流体（ A、均匀， B、不均匀，

。 ）。2

）

C、相同

◆搅拌釜内流体产生的旋涡是（ ）流况。 A、轴向， B、径向， C、切向

◆搅拌高粘度流体宜选用（ ）搅拌器。 A、推进式 B、螺带式， C、透平式

◆在一连续操作搅拌釜中进行自由基聚合，为了使产物的聚合度分布较窄，应尽量达到（ ）混合。

A、宏观 ， B、微观 ◆三种连续操作反应器：

A、理想混合反应器，B、平推流反应器，C、多级串联理想混合反应器，

其中返混程度最小的是（ ），返混程度最大的是（ ）。

◆剪切作用小，以容积循环流动为主的搅拌器是（ ）。 A、推进式 B、桨式

◆反应物料在反应器内的停留时间分布和浓度变化经历都影响聚合产物的分子量分布宽窄。 （ ），浓度变化影响大，在理想混合反应器中分子量分布窄； （ ），停留时间分布影响大，在间歇反应器、平推流反应器中分子量分布窄。

A、活性链寿命短， B、活性链寿命长 简答题 ◆搅拌反应釜放大时，能同时实现剪切力、单位体积消耗功率、给热系数在大小反应器中相等吗？为什么？

◆简述怎样通过测定停留时间分布数据，得到不易精确测定的工业反应器的有效体积VR

◆自由基聚合需要考虑瞬时聚合度及分布，还要考虑累积聚合度及分布。缩聚反应为什么只考虑累积聚合

度及分布而不考虑瞬时聚合度及分布？

◆写出下面几个准数的表达式，其代表什么特性？在工程计算中的用处。 NRE NP Nqd

◆在计算悬浮搅动型搅拌的转速时，需求得设计沉降速度Ud，请简述得到Ud的步骤。 ◆什么是返混？如何反映反应器中返混程度的大小？

◆与理想模型中的平推流反应器和全混流反应器相比，实际反应器的返混程度如何？通常采用什么样的模型 来替代计算？

◆在一个理想混合搅拌釜中分别进行二种化学反应，A为一级反应；B为二级反应。发现搅拌激烈程度对其

中一个反应的转化率有影响，而对另一个反应无影响。问：有影响的是哪个反应？为什么？ ◆为什么在全混釜和间歇釜中进行自由基聚合和缩聚反应，产物聚合度分布宽窄相反？ ◆在强力搅拌下，瞬时能否达到微观混合？为什么？

◆可以通过怎么样的计算来判断搅拌桨的桨叶是循环型的还是剪切型的？ ◆若要减少反应器中的返混，可采取哪些措施？

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◆对实际连续反应器进行计算时，常采用多级串联理想混合反应器模型替代，如何确定多级串联理想混合

反应器模型的串联级数N？

◆打漩现象有何危害？如何消除？

◆搅拌釜完成混合搅动靠搅拌桨的泵送能力，若知道釜径和工艺要求的搅拌级别，如何计算泵送量？

◆本书雷诺数有下面四种表达式，各用于何种计算 NRe =ρND2/μ NRe（n） =ρND2/μa NRe （p） =dpUtρ/μ NRe =Deρ（U0Ua）0.5/μ

◆搅拌器的剪切力大小与桨叶端速ND有关；搅拌器的循环能力与ND3成正比。N和D在一定范围内变化，

即采用较大桨径D较慢转速N，或采用较小桨径D较快转速N都可满足工艺要求，怎样选择有利？ 计算题 ◆一个反应器以脉冲输入法测得连续输出示踪剂浓度数据如下：

时间（分） 0 3 6 9 12 15 18 21 出口浓度（mol/l） 0 3 5 5 4 2 1 0 计算该反应器的平均停留时间τ ； 方差σt2 ； 无因次方差σ2 ； 计算该反应器相当于多少个全混釜串联？

解： τ= [ΣtE(t)] /ΣE(t) = [ΣtC] / ΣC

= (3×3 + 6×5 + 9×5 + 12×4 + 15×2 + 18×1)/(3+5+5+4+2+1) = 9 (min) σt2=[Σt2E(t)] /ΣE(t)－τ2 = [Σt2C] / ΣC－τ2

= (32×3 + 62×5 + 92×5 + 122×4 + 152×2 + 182×1)/(3+5+5+4+2+1)－92 = 17.1 σ2 =σt2 /τ2 = 17.1 / 92 = 0.211

N = 1 /σ2 = 1 / 0.211 = 4.74 答：该反应器相当于4.74个全混釜串联.

◆甲基丙烯酸甲酯用AIBN引发在60℃下本体聚合,已知Kd=1.16×10-5秒,f=0.52,Kp=367 l/mol.S, Kt=0.93×107 l/mol.S, 双基歧化终止。若引发剂浓度[I]=3×10-3 mol/l （可在反应过程中视为常数）。

求：⑴用间歇操作预聚到转化率10%所需时间

⑵在连续操作搅拌釜中以30 l/min流速进料，达10%转化率所需釜有效体积

解： ⑴ t = -ln（1-X）Kt 1/2/（2fKd [I] Kp ）

= -ln（1-0.1）×(0.93×107)1/2/（2×0.52×1.16×10-5×3×10-3×367） = 4602 S = 76.7 min

⑵τ= X /[ Kp(2fKd[I]/Kt)1/2(1-X)]

4

= 4853 S =80.9 min VR = V0τ

= 80.9×30 =2427 L

◆在一个间歇釜中进行自由基聚合，假设：反应恒容、稳态条件成立 、无链转移、偶合终止。Kd = 2×10-6 ,

f = 0.8 , [I]= 0.01 mol/l , kp = 176 l/mol.s, ktc = 7.2×107 l/mol.s,[M0]=5mol/l 求：①转化率为50%时的瞬时数均聚合度pn；

②在此瞬时生成的聚合物中，聚合度等于pnn的分子所占的数量分数；

③在转化率从0到50%间生成聚合物的累积数均聚合度Pn和累积重均聚合度Pw

④若聚合反应改在理想混合反应器中进行，其它条件不变，生成聚合物的累积数均聚合度Pn和累积重

均聚合度Pw为多少？ 解： 2 f kd [I] = ktc [P·]2

[P·] = ( 2 f kd [I] / ktc)1/2= (2×0.8×2×10-6×0.01/7.2×107)1/2 = 2.108×10-8 mol/l υ0 = kp [M]0 / (kt [P·]) = 176×5 / (7.2×107×2.108×10-8) = 580 υ=υ0(1-X) = 580×0.5 = 290

① Pn= 2υ= 290×2 = 580

② Fn (j) = j /υ2 exp (-j /υ) Fn(580) = 580/290 2 exp (-580 / 290) = 9.3×10-4 ③Pn = X /∫X0 dx / pn = X /∫X0 dx / [2υ0（1－X）]

= 2υ0 X /∫X0 dx / [－d（1－X）/（1－X） ]= 2υ0 X /－ln（1－X） = 2×580×0.5/—ln0.5 = 836.8

Pw = 1/X /∫X0 pw dx = 1/0.5 /∫X0 3υ0（1－X）dX︳ =3×580/0.5(X－X2/2)︱ X0 = 3×580/0.5(0.5－0.125) = 1305

④ 理想混合Pn = pn = 580

◆在间歇釜中用H2N（CH2）5COOH缩聚制备尼龙-6，反应结束后测得反应程度P=0。99， ⑴ 求数均聚合度Pn，重均聚合度PW ，分子量分布指数D

⑵ 若该聚合反应改用连续操作的理想混合反应器进行,反应程度保持不变, 数均聚合度Pn，重均聚合度PW ，分子量分布指数D为多少?

⑶ 尼龙-6常用来制作成锦纶纤维,纺丝要求聚合物分子量分布尽可能窄, 在哪个反应器中制得的尼龙-6更适合?

⑷ 若工艺要求尼龙-6制备采用连续操作,要提供适合纺丝的尼龙-6树脂, 应如何设计反应器? 解: ⑴ Pn= 1 / (1－P) =1 / (1－0.99) = 100

PW = (1＋P) / (1－P) = (1+0.99) / (1－0.99) = 199 D = PW / Pn =1+P =1+0.99 = 1.99

⑵ Pn= 1 / (1－P) =1 / (1－0.99) = 100

PW = (1＋P2) / (1－P)2 = (1+0.992) / (1－0.99)2 = 19801

D = PW / Pn =19801/100 = 198.01

⑶ ∵间歇釜D＜＜理想混合反应器D , ∴ 在间歇釜中中制得的尼龙-6更适合纺丝 ⑷ 若需连续操作, 反应器应采用多级串联.

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