聚合反應(yīng)工程講課課件3

聚合反應(yīng)工程講課課件演示文稿目前一頁\總數(shù)二十七頁\編于點(diǎn)（優(yōu)選）聚合反應(yīng)工程講課課件目前二頁\總數(shù)二十七頁\編于點(diǎn)相對分子質(zhì)量1.2~1.8×104尼龍相對分子質(zhì)量5~15×104聚氯乙烯相對分子質(zhì)量25~30×104順丁橡膠由多種原子以相同的、簡單的結(jié)構(gòu)單元通過共價鍵多次重復(fù)連接而成的相對分子質(zhì)量很大的化合物。CHAPTER1Introduction

----Courseaims,objectivesandoutlineoutline目前三頁\總數(shù)二十七頁\編于點(diǎn)

Whatisthereasonabout聚合反應(yīng)工程是以高分子聚合物工業(yè)中聚合反應(yīng)過程為主要研究對象的一門學(xué)科，主要討論聚合反應(yīng)器的設(shè)計(jì)、操作與控制等。而要設(shè)計(jì)合理的聚合反應(yīng)器，必須要對流體的流動行為進(jìn)行研究。目前四頁\總數(shù)二十七頁\編于點(diǎn)WhatisChemicalEngineering

outline目前五頁\總數(shù)二十七頁\編于點(diǎn)非牛頓流體的流動和傳熱(Non-NewtonianFluids)

主要介紹非牛頓流體在流動、傳熱、傳質(zhì)等過程中的特點(diǎn)，及對聚合過程的影響；結(jié)合高聚物實(shí)際，對典型的非牛頓流體的性質(zhì)，流動變形的測量方法，流動過程和傳熱過程的計(jì)算方法等進(jìn)行介紹和討論?；瘜W(xué)反應(yīng)工程基礎(chǔ)

(ChemicalReactionEngineering)

主要介紹關(guān)于化學(xué)反應(yīng)器流動模型的一些基本知識，包括理想反應(yīng)器流動模型，物料在反應(yīng)器中的混合程度，和化學(xué)反應(yīng)的關(guān)系，連續(xù)流動反應(yīng)器中的混合程度等。

CourseContentIntroduction

內(nèi)容提要目前六頁\總數(shù)二十七頁\編于點(diǎn)聚合過程的動力學(xué)分析

(KineticsAnalysisofpolymerization)

在動力學(xué)分析的基礎(chǔ)上，著重討論反應(yīng)器形式和操作方式對不同聚合機(jī)理聚合產(chǎn)物的分子量分布的影響。攪拌聚合釜的設(shè)計(jì)

(DesignforPolyreactorwithStirred)

介紹攪拌聚合釜的主要部件—攪拌器的設(shè)計(jì)方法。主要介紹分散和懸浮類型攪拌器的設(shè)計(jì)。

CourseContentIntroduction

內(nèi)容提要目前七頁\總數(shù)二十七頁\編于點(diǎn)攪拌聚合釜的傳熱和傳質(zhì)

(TheHeatandMatterTransferofPolyreactorwithStirred)

討論攪拌聚合釜的傳熱和傳質(zhì)過程。傳熱對聚合過程有巨大影響，在設(shè)計(jì)攪拌聚合釜時對傳熱方式及傳熱面積必須作出可靠設(shè)計(jì)。本章就傳熱的計(jì)算方法進(jìn)行討論。聚合反應(yīng)器簡介

(IntroductionofPolyreactor)

主要介紹管式聚合反應(yīng)器和塔式聚合反應(yīng)器。

CourseContentIntroduction

內(nèi)容提要目前八頁\總數(shù)二十七頁\編于點(diǎn)第二章非牛頓流體的流動和傳熱

CHAPTER2FlowandHeat-TransferforNon-NewtonianFluids目前九頁\總數(shù)二十七頁\編于點(diǎn)流體流動時產(chǎn)生內(nèi)摩擦力的性質(zhì)，稱為黏性。

牛頓黏性定律牛頓1687年發(fā)表了以水為工作介質(zhì)的一維剪切流動的實(shí)驗(yàn)結(jié)果。流體黏性越大，其流動性就越小。從桶底把一桶甘油放完要比把一桶水放完慢得多，是因?yàn)楦视土鲃訒r內(nèi)摩擦力比水大的緣故。

FlowpatternforimpellerwithwallscrapersimulatedwithCFD(Computationalfluiddynamics)目前十頁\總數(shù)二十七頁\編于點(diǎn)

運(yùn)動著的流體內(nèi)部相鄰兩流體層間由于分子運(yùn)動而產(chǎn)生的相互作用力，稱為流體的內(nèi)摩擦力或黏滯力。流體運(yùn)動時內(nèi)摩擦力的大小，體現(xiàn)了流體黏性的大小。實(shí)驗(yàn)是在兩平行平板間充滿水時進(jìn)行的，如圖所示。設(shè)有上下兩塊平行放置而相距很近的平板，兩板間充滿著靜止的液體，下平板固定不動，上平板在其自身平面內(nèi)以等速U向X軸方向運(yùn)動。此時附于上下平板的流體質(zhì)點(diǎn)的速度分別為U和0，兩平板間的速度呈線性分布。xu=0yu

牛頓黏性定律實(shí)驗(yàn)?zāi)壳笆豁揬總數(shù)二十七頁\編于點(diǎn)

實(shí)驗(yàn)證明，兩流體層之間單位面積上的內(nèi)摩擦力（或稱為剪應(yīng)力）τ與垂直于流動方向的速度梯度成正比。yxuu=0⊿u⊿yu/y表示速度沿法線方向上的變化率或速度梯度。

牛頓黏性定律實(shí)驗(yàn)?zāi)壳笆揬總數(shù)二十七頁\編于點(diǎn)

式中τ是作用在上平板流體平面上的剪應(yīng)力，斜率μ為比例系數(shù)，稱為黏性系數(shù)，或動力黏度（viscosity），簡稱黏度。式(1)所表示的關(guān)系，稱為牛頓黏性定律。（1）由此得到了著名的牛頓黏性定律

牛頓黏性定律目前十三頁\總數(shù)二十七頁\編于點(diǎn)

從手冊中查得的黏度數(shù)據(jù)，其單位常用CGS制單位。在CGS單位制中，黏度單位為

此單位用符號P表示，稱為泊。

N·s/m2（或Pa·s）、P、cP與的換算關(guān)系為

牛頓流體黏度的單位目前十四頁\總數(shù)二十七頁\編于點(diǎn)

運(yùn)動黏度：流體黏度μ與密度ρ之比稱為運(yùn)動黏度，用符號ν表示

ν＝μ/ρ(2)

其單位為m2/s。而CGS單位制中，其單位為cm2/s，稱為斯托克斯，用符號St表示。

各種液體和氣體的黏度數(shù)據(jù)，均由實(shí)驗(yàn)測定?？稍谟嘘P(guān)手冊中查取某些常用液體和氣體黏度的圖表。

溫度對液體黏度的影響很大，當(dāng)溫度升高時，液體的黏度減小，而氣體的黏度不定，可能增大也可能減小。壓力對液體黏度的影響很小，可忽略不計(jì)，而氣體的黏度，除非在極高或極低的壓力下，可以認(rèn)為與壓力無關(guān)。

運(yùn)動黏度目前十五頁\總數(shù)二十七頁\編于點(diǎn)

牛頓黏性定律表達(dá)式可以表示分子動量傳遞的。將式(1)改寫成下列形式（3）式中為單位體積流體的動量，為動量梯度。

液體中的動量傳遞

目前十六頁\總數(shù)二十七頁\編于點(diǎn)

剪切應(yīng)力與剪切速率之間的關(guān)系服從牛頓黏性定律的流體，稱為牛頓流體。

剪切速率剪切應(yīng)力τ

牛頓流體(NewtonianFluids)的流動曲線目前十七頁\總數(shù)二十七頁\編于點(diǎn)牛頓型流體(Newtonianfluid)：剪應(yīng)力與速度梯度的關(guān)系完全符合牛頓黏性定律的流體，如水、屬于牛頓流體。非牛頓型流體

(non-Newtonianfluid)：不服從牛頓黏性定律的流體，如泥漿、某些高分子溶液、懸浮液等。

非牛頓流體簡介目前十八頁\總數(shù)二十七頁\編于點(diǎn)n=1,牛頓流體n1，非牛頓流體非牛頓流體流動曲線du/dyτ0acbdτa.牛頓流體，n=1；b.假塑性流體,n<1；c.脹塑性流體,n>1；d.賓漢塑性流體目前十九頁\總數(shù)二十七頁\編于點(diǎn)賓漢塑性流體（Binghamfluid）

巧克力漿、肥皂、紙漿、泥漿等假塑性流體（pseudoplasticfluid）

蛋黃醬、血液、番茄醬、果醬等脹塑性流體（dilatantfluid）

淀粉溶液、蜂蜜等牛頓流體（Newtonian

fluid）

氣體、水、酒、醋等

非牛頓流體實(shí)例目前二十頁\總數(shù)二十七頁\編于點(diǎn)牛頓流體、假塑性流體和脹塑性流體的統(tǒng)稱。

k為稠度指數(shù)n為流變指數(shù)稠度指數(shù)k的因次與n有關(guān)。當(dāng)n=1時，流體為牛頓流體，稠度指數(shù)k的因次與牛頓流體的黏度相同。當(dāng)n≠1時，流體為非牛頓流體，稠度指數(shù)k

的因次與黏度的因次不同。n表示流體的非牛頓性程度。

指數(shù)律流體（powerlaw）————目前二十一頁\總數(shù)二十七頁\編于點(diǎn)定義：非牛頓流體的剪切應(yīng)力與剪切速率的比值為表觀黏度。

非牛頓流體的表觀黏度目前二十二頁\總數(shù)二十七頁\編于點(diǎn)

非牛頓流體的表觀黏度

(apparentshearviscosity)圖2-4表觀黏度與剪切速率的關(guān)系A(chǔ)：牛頓流體B：假塑性流體(n<1)C：脹塑性流體(n>1)γ目前二十三頁\總數(shù)二十七頁\編于點(diǎn)圖2-7賓漢塑性流體的與的μa關(guān)系μaμp

賓漢塑性流體的剪切速率與表觀黏度

目前二十四頁\總數(shù)二十七頁\編于點(diǎn)非依時性非牛頓流體與依時性非牛頓流體非依時性非牛頓流體依時性非牛頓流體如何區(qū)分？？？想一想？目前二十五頁\總數(shù)二十七頁\編于點(diǎn)1.觸變性流體特征：黏度不僅隨剪切速率而變化，而且在剪切速率恒定時，也隨時間延長而下降.2.震凝性流體特征:

與觸變性流體行為相反，黏度隨時間而增加，A:觸變性流體B:非觸變性流體表觀黏度T(開始剪切)ABT(停止剪切)表觀黏度圖2-9

觸變性流體與非觸變性流體的黏度-時間曲線

依時性非牛頓