聚合反应工程基础

第一章绪论

第二章化学反应工程基础

第一节化学反应和反应器分类

一、化学反应的分类

二、反应速率

三、反应器的分类

四、连续流动反应器内流体流动的两种理想型态

第二节均相反应动力学

一、等温恒容单一反应动力学方程式

二、复合反应

三、等温变容过程

第三节理想反应器的设计

一、理想反应器设计的基本原理

二、间歇反应器

三、平推流反应器

四、理想混合反应器

五、多级串联理想混合反应器

六、反应器型式和操作方法的评比和选择

第四节理想混合反应器的热稳定性

一、热稳定性原理

二、影响热稳定性的因素

三、T与Tw间的最大温差

第五节连续流动反应器的停留时间分布

一、停留时间分布表示方法

二、停留时间分布的测定

三、停留时间分布的数字特征

第六节流动模型

一、理想流动模型

二、非理想流动模型

第七节停留时间分布与化学反应

一、反应器内流体的混合状态

二、微观混合反应器的计算

三、宏观混合反应器的计算

第三章聚合反应工程分析

第一节概述

第二节聚合反应速度的工程分析

一、活性链浓度[P。]与聚合反应机理

二、平均聚合度P。与反应机理

第三节聚合物的聚合度及聚合度分布表示法

一、平均聚合度

二、瞬时聚合度

三、聚合度分布函数

第四节连锁聚合反应的平均聚合度及聚合度分布

一、间歇聚合时的聚合度分布

二、连续聚合时的聚合度分布

第五节黏度对聚合反应的影响

第六节均相自由基共聚

一、间歇共聚操作

二、半间歇共聚操作

三、连续共聚操作

第七节缩聚反应

第八节非均相聚合反应

一、间歇乳液聚合

二、连续乳液聚合

三、乳液聚合反应器设计要点

第九节流动与混合对聚合度分布的影响

一、返混的影响

二、混合尺寸的影响

第十节聚合过程的调节与控制

一、温度的调控

二、聚合速率的调控

三、聚合度与聚合度分布的调控

四、粒径及粒径分布的调控

第四章化工流变学基础

第一节非牛顿流体

一、牛顿黏性定律和流动曲线

二、非牛顿流体的分类

第二节非牛顿流体的流变特性

一、非牛顿流体的表观黏度

二、高聚物溶液的流变特性

三、悬浮液的流变特性

第三节非牛顿流体在圆管中层流流动的分析

一、流动分析

二、表观黏度及雷诺数

三、流量

四、平均流速与流速分布

五、压力降

第四节非牛顿流体在圆管中的湍流流动

第五节非牛顿流体流变性的测量

一、落球黏度计

二、旋转锥板黏度计

三、旋转圆筒黏度计

四、毛细管挤出流变仪

第五章搅拌聚合釜内流体的流动与混合

第一节概述

第二节搅拌釜内流体的流动状况

一、循环流动与剪切流动

二、搅拌雷诺数与流态

三、挡板与导流筒

第三节搅拌器的构形及选择

一、搅拌器的构形

二、’搅拌器的选用

第四节t搅拌功率的计算

一、搅拌过程的因次分析

二、均相流体搅拌功率的计算

三、非均相体系搅拌功率计算

四、非牛顿流体的搅拌

第五节搅拌器的流动特性及转速的确定

一、搅拌器的循环特性

二、搅拌转速的确定

第六节搅拌器的混合特性

一、混合机理及混合特性

二、混合时间的计算

第七节搅拌釜中的分散过程

一、搅拌釜内的液一液分散与合并

二、搅拌对聚合物颗粒特性的影响

第六章搅拌聚合釜的传热与传质

第一节聚合过程的传热问题

第二节搅拌聚合釜的几种传热方式

第三节搅拌聚合釜的传热计算

一、均相液体的传热

二、非均相体系的传热

三、非牛顿流体的传热

四、搅拌聚合釜总传热系数的计算

第四节搅拌釜内的传质过程

一、分散体系的传质膜系数

二、伴有相间传质的聚合反应

第五节聚合反应釜的安全操作

第七章搅拌聚合釜的放大

第一节概述

第二节搅拌聚合釜的传热放大

第三节搅拌聚合釜的搅拌放大

第四节非几何相似放大

第五节放大准则的确定

一、按几何相似理论确定放大准则

二、按非几何相似理论确定放大准则

第八章聚合过程及聚合反应器

第一节工业聚合方法

第二节聚合反应器

一、釜式聚合反应器

二、塔式聚合反应器

三、管式聚合反应器

四、特殊型聚合反应器

第三节聚合反应器选择原则

第四节聚合过程实例

一、苯乙烯连续本体聚合

二、高压聚乙烯

三、丙烯淤浆聚合

符号表

参考文献

本书由浙江大学史子瑾主编，并编写第一、二、三、七、八章，童克锦编写第四、五、六章。全书由大连理工大学余丰年教授主审。

本书为高分子化工专业教材，并可作有关专业（高分子材料、合成橡胶、合成纤维专业）的教学参考书，也可供从事高聚物生产、科研人员参考。

聚合反应工程基础/高等学校教材

聚合反应工程以高分子工业中的聚合反应过程为主要研究对象，将化工原理、化学反应工程、高分子化学、聚合物合成工艺等知识融合应用于工业聚合过程，研究聚合反应器的设计、操作和优化诸问题。本书以讨论化学反应工程、聚合过程工程分析及聚合体系传递过程的基本原理和技术方法为内容主线，共分8章，包括绪论、化学反应工程基础、化工流变学基础、聚合反应工程分析、搅拌聚合釜内流体的流动与混合、搅拌聚合釜内的传热与传质、搅拌聚合釜的放大、聚合过程及聚合反应器。

本书可作为化学工程与工艺、高分子材料与工程等相关专业的教材，也可供从事聚合物生产与科研的人员参考。

2 化学反应工程基础003

2.1化学反应和反应器分类003

2.1.1化学反应的分类003

2.1.2反应速率004

2.1.3反应器的分类005

2.1.4连续流动反应器内流体流动的两种理想型态008

2.2均相反应动力学009

2.2.1等温恒容简单反应动力学方程式010

2.2.2复杂反应012

2.2.3等温变容过程019

2.3理想反应器的设计020

2.3.1理想反应器设计的基本原理020

2.3.2间歇反应器022

2.3.3平推流反应器024

2.3.4理想混合流反应器027

2.3.5多级串联理想混合流反应器030

2.3.6反应器型式和操作方法的评比和选择036

2.4理想混合流反应器的热稳定性044

2.4.1热稳定性原理044

2.4.2影响热稳定性的因素046

2.4.3T与Tw间的最大温差047

2.5连续流动反应器的停留时间分布049

2.5.1停留时间分布表示方法050

2.5.2停留时间分布的测定051

2.5.3停留时间分布的数字特征052

2.6流动模型055

2.6.1理想流动模型056

2.6.2非理想流动模型058

2.7停留时间分布与化学反应069

2.7.1反应器内流体的混合状态070

2.7.2微观混合反应器的计算070

2.7.3宏观混合反应器的计算075

习题078

3 化工流变学基础081

3.1非牛顿流体081

3.1.1牛顿黏性定律和流动曲线082

3.1.2非牛顿流体的分类082

3.2非牛顿流体的流变特性085

3.2.1非牛顿流体的表观黏度085

3.2.2聚合物溶液的流变特性086

3.2.3悬浮液的流变特性088

3.3非牛顿流体在圆管中层流流动的分析090

3.3.1流动分析090

3.3.2表观黏度及雷诺数091

3.3.3流量092

3.3.4平均流速与流速分布092

3.3.5压力降094

3.4非牛顿流体在圆管中的湍流流动096

3.5非牛顿流体流变性的测量097

3.5.1落球黏度计097

3.5.2旋转锥板黏度计098

3.5.3旋转圆筒黏度计099

3.5.4毛细管挤出流变仪100

习题101

4 聚合反应工程分析103

4.1概述103

4.2聚合反应速率的工程分析105

4.2.1活性链浓度［P·］与聚合反应机理105

4.2.2平均聚合度Pn与反应机理106

4.3聚合物的聚合度及聚合度分布表示法108

4.3.1平均聚合度109

4.3.2瞬时聚合度109

4.3.3聚合度分布函数110

4.4连锁聚合反应的平均聚合度及聚合度分布113

4.4.1间歇聚合时的聚合度分布113

4.4.2连续聚合时的聚合度分布119

4.5黏度对聚合反应的影响121

4.6均相自由基共聚123

4.6.1间歇共聚操作124

4.6.2半间歇共聚操作126

4.6.3连续共聚操作127

4.7缩聚反应128

4.8非均相聚合反应133

4.8.1间歇乳液聚合133

4.8.2连续乳液聚合139

4.8.3乳液聚合反应器设计要点143

4.9流动与混合对聚合度分布的影响144

4.9.1返混的影响144

4.9.2混合尺寸的影响145

4.10聚合过程的调节与控制145

4.10.1温度的调控146

4.10.2聚合速率的调控148

4.10.3聚合度与聚合度分布的调控148

4.10.4粒径及粒径分布的调控148

习题151

5 搅拌聚合釜内流体的流动与混合153

5.1概述153

5.2搅拌釜内流体的流动状况154

5.2.1循环流动与剪切流动154

5.2.2搅拌雷诺数与流态155

5.2.3挡板与导流筒156

5.3搅拌器的构形及选择158

5.3.1搅拌器的构形158

5.3.2搅拌器的选用160

5.4搅拌功率的计算162

5.4.1搅拌过程的因次分析162

5.4.2均相流体搅拌功率的计算163

5.4.3非均相体系搅拌功率计算166

5.4.4非牛顿流体的搅拌168

5.5搅拌器的流动特性及转速的确定172

5.5.1搅拌器的循环特性172

5.5.2搅拌转速的确定173

5.6搅拌器的混合特性179

5.6.1混合机理及混合特性180

5.6.2混合时间的计算181

5.7搅拌釜中的分散过程183

5.7.1搅拌釜内的液液分散与合并183

5.7.2搅拌对聚合物颗粒特性的影响185

习题187

6 搅拌聚合釜的传热与传质189

6.1聚合过程的传热问题189

6.2搅拌聚合釜的几种传热方式190

6.3搅拌聚合釜的传热计算193

6.3.1均相液体的传热194

6.3.2非均相体系的传热196

6.3.3非牛顿流体的传热197

6.3.4搅拌聚合釜总传热系数的计算198

6.4搅拌釜内的传质过程200

6.4.1分散体系的传质膜系数200

6.4.2伴有相间传质的聚合反应202

6.5聚合反应釜的安全操作204

习题205

7 搅拌聚合釜的放大207

7.1概述207

7.2搅拌聚合釜的传热放大208

7.3搅拌聚合釜的搅拌放大214

7.4非几何相似放大218

7.5放大准则的确定222

7.5.1按几何相似理论确定放大准则222

7.5.2按非几何相似理论确定放大准则223

习题223

8 聚合过程及聚合反应器225

8.1工业聚合方法225

8.1.1本体聚合226

8.1.2悬浮聚合226

8.1.3乳液聚合226

8.1.4溶液聚合227

8.2聚合反应器228

8.2.1釜式聚合反应器228

8.2.2塔式聚合反应器230

8.2.3管式聚合反应器230

8.2.4特殊型聚合反应器231

8.3聚合反应器选择原则234

8.4聚合过程实例235

8.4.1苯乙烯连续本体聚合235

8.4.2高压聚乙烯238

8.4.3丙烯淤浆聚合239

符号表243

参考文献245