2010北化聚合物制備工程答案

1、北京化工大學(xué)2021如10學(xué)年第二學(xué)期?聚合物制備工程?期末測試試卷課程代碼PSE3830T班基：姓名：學(xué)號：分?jǐn)?shù)：題號一二三四五總分得分一、填空20分1. 一般而言聚合物的生產(chǎn)過程由單體精制與準(zhǔn)備、催化劑體系準(zhǔn)備與精制、聚合過程、別離過程、后處理過程、 回收過程組成.2、常見的聚合反響器根據(jù)結(jié)構(gòu)分類包括釜式 、 管式 、塔式 、流化床 、擠出機(jī)、特殊形式的聚合反響器.3、釜式反響釜的除熱方式有 夾套冷卻、夾套附加內(nèi)冷管、 內(nèi)冷管、反響物料釜外循環(huán)、回流冷凝器、反響物料局部閃蒸、反響介質(zhì)預(yù)冷.4、懸浮聚合體系由 H休、 水、分散劑 和 引發(fā)劑 組成.5、ESBR采用乳液聚合方法牛產(chǎn)、具聚合機(jī)理

2、是自由基聚合、SSBR采用 溶液聚合方法牛產(chǎn)、具聚合機(jī)理是陰離子聚合.6、可采用 本體聚合、 懸浮聚合、 乳液聚合等聚合方法制備聚氯乙烯.7、我國鍥系順丁橡膠催化劑的主要成分是環(huán)烷酸鍥、三異丁基鋁和三氟化硼乙醴絡(luò)合物.8、尼龍66可采用熔融縮聚 和固相縮聚 方法生產(chǎn).9、反響器的根本設(shè)計方程是 :反響物流入量一反響物流出量一反響消失量反響物累積量=0.10、PET熔融縮聚主要生產(chǎn)工藝是熔融縮聚和固相縮聚 .二、簡述題20分1 .寫出以下縮寫的聚合物中文名稱,并指出其聚合機(jī)理和工業(yè)實(shí)施方法.PET、LDPE、SBS、GPPS CR答：PET對苯二甲酸乙二酯,縮合聚合,熔融縮聚/周相縮聚LDPE低

3、密度聚乙烯,自由基聚合,本體聚合SBS聚苯乙烯b-丁二烯b 苯乙烯嵌段共聚物,陰離子聚合,溶液聚合GPPS通用聚苯乙烯,自由基聚合,本體聚合/懸浮聚合CR 氯丁橡膠,自由基聚合,乳液聚合2 .別離和后處理過程對聚合物性能有何影響？答：別離就是指聚合物從聚合介質(zhì)分開的過程,不同的聚合實(shí)施方法可能采取的別離方法不同.別離過程將脫除絕大局部的殘留單體、溶劑,這些物質(zhì)不僅降低聚合物產(chǎn)品的性能,而且對于人體有害、污染環(huán)境.聚合物后處理工序包括別離、枯燥、脫揮、脫灰、參加助劑及形狀處理等幾方面；但是樹脂與橡膠后處理略有區(qū)別,樹脂后處理主要包括脫水、干燥、參加添加劑、直接得到粉狀樹脂；或者經(jīng)過脫水、枯燥、參

4、加添加劑、混煉、切粒、混合均化、包裝得到顆粒狀樹脂；橡膠后處理根據(jù)用途也不同,乳液用于涂料或其他直接使用乳液的場合,乳液可以直接使用或濃縮后包裝、使用；需要得到固體橡膠時那么需要凝聚、脫水、水洗、擠壓枯燥、壓塊、包裝.在這些后處理工序中,最關(guān)鍵的十脫灰和枯燥工序,這些工序所使用的設(shè)備假設(shè)不合理,仍會出現(xiàn)廢品.橡膠產(chǎn)品導(dǎo)致凝膠含量高,塑料樹脂導(dǎo)致分子量降低或交聯(lián).3 .簡述采用管式和釜式反響器生產(chǎn)低密度聚乙烯LDPE的特點(diǎn)及產(chǎn)生差異的原因.答：兩種反響器所生產(chǎn)LDPE的特點(diǎn)：? 釜式反響器物料接近理想混合狀態(tài),溫度均勻,可分區(qū)限制,從而可獲得較窄分子 量分布的聚乙烯；支化多,凝膠微粒多,通用產(chǎn)品

5、；有利共聚：共聚產(chǎn)品多,可以 生產(chǎn)VA達(dá)40%的EVA.? 管式反響器的物料在管內(nèi)呈平推流流動,反響溫度沿管程有變化,因而反響溫度有 最頂峰,因此所合成聚乙烯相對分子質(zhì)量分布較寬.支鏈較少,適于薄膜產(chǎn)品,共 聚產(chǎn)品少.產(chǎn)生差異的原因：兩種反響器的流動形態(tài)不同,釜式反響器物料接近理想混合狀態(tài),管式反響器的物料在管內(nèi)呈平推流流動,存在顯著的濃度差異.4 .簡述停留時間分布函數(shù)(F)與停留時間密度函數(shù)(E)的測試方法,以 及兩者之間的關(guān)系.停留時間分布的測定方法、原理：(1)階躍示蹤法： 在待測定系統(tǒng)穩(wěn)定后, 將原來反響器中流動的流體切換為另一種在某些性質(zhì)上與原來流體有所不同,而對流體流動沒有影響的

6、另一種含示蹤劑的流體.該方法測定的是停留時間分布函數(shù)F(t).(2)脈沖示蹤法：在待測定系統(tǒng)穩(wěn)定后, 在入口瞬間參加少量示蹤劑Q,此時t=0,同時開始測定出口流體中示蹤物的含量C(t)o由于示蹤物不影響流體流動,參加時間為瞬間,故示蹤物在系統(tǒng)內(nèi)的流動形態(tài)可以代表整個系統(tǒng)的流動形態(tài).該法測定的是時間分布密度函數(shù) E(t)停留時間分布函數(shù)(F(t)與停留時間密度函數(shù)(E(t)之間的關(guān)系:tF(t) =(E(t)dt.5 .反響器根據(jù)操作方式分類有哪幾類？各自的特點(diǎn)是什么？答：反響器按操作方式可分為間歇反響器、連續(xù)反響器和半連續(xù)反響器間歇反響器是指操作時,反響前將反響物一次參加反響器內(nèi),當(dāng)反響到達(dá)規(guī)

7、定轉(zhuǎn)化率后取出反響產(chǎn)物.特點(diǎn)：1物料濃度隨時間不斷變化,為非穩(wěn)態(tài)過程； 操作靈活,彈性大,投資?。?需較多輔助時間,設(shè)備利用率低4.產(chǎn)品質(zhì)量 不易均勻連續(xù)反響器是指反響按規(guī)定的加料速度和出料速度進(jìn)行的反響,通過反響器體積大小或串連的級數(shù)多少來限制最終轉(zhuǎn)化率.其特點(diǎn)是：1物料濃度不隨時 間變化,為穩(wěn)態(tài)過程；2操作彈性效能,投資大；3不需輔助時間,設(shè)備利用 率較高4.產(chǎn)品質(zhì)量波動小.半連續(xù)反響器是指某一種或某一類物料按規(guī)定的加料速度連續(xù)進(jìn)入, 整個反 應(yīng)器并無物料采出,當(dāng)反響到達(dá)規(guī)定轉(zhuǎn)化率后,一次采出.具特點(diǎn)是：1物料濃度隨時間變化,為非穩(wěn)態(tài)過程；2操作彈性大,投資??；3輔助時間長,設(shè) 備利用率較

8、高4.易于限制反響物濃度及產(chǎn)物組成,產(chǎn)品質(zhì)量波動小.三、選擇題30分1 .以下資源屬于可再生資源的是 B .A.石油B.淀粉C.煤炭 D.廢塑料2 . ESBR通過C 限制聚合物分子量,聚氯乙烯工業(yè)生產(chǎn)通過 A 調(diào)節(jié)聚合物分子量.A.反響溫度B.轉(zhuǎn)化率C.鏈轉(zhuǎn)移劑D.分散劑3 .在聚合物制備過程中需要防止產(chǎn)生旋渦,消除旋渦的方法包括C A.提升攪拌轉(zhuǎn)速B.升高聚合溫度C.安裝擋板D.改變體系配方4 .苯乙烯常壓乳液聚合轉(zhuǎn)化率不能到達(dá)95%以上的原因是D A.凝膠效應(yīng)B.鏈轉(zhuǎn)移 C.反響時間短 D.玻璃化效應(yīng)5 .用于LDPE生產(chǎn)的催化劑引發(fā)劑是 A ,用于HDPE生產(chǎn)的催化劑引發(fā)劑是 D A.

9、有機(jī)過氧化物B.環(huán)烷酸鍥催化劑C.茂金屬催化劑D.齊格勒-納塔催化劑6 .目標(biāo)聚合物產(chǎn)品采用何種實(shí)施方法由 ABC 決定.A.單體的結(jié)構(gòu)性質(zhì) B.催化劑的性質(zhì) C.產(chǎn)品的性能D.聚合機(jī)理7 .反響器流動模型接近于理想混合流模型的是 C ,反響器流動模型接近 于平推流模型的是BD 0A.間歇釜式反響器B.管式反響器 C.單級連續(xù)釜式反響器D.塔式反響器8 .聚苯乙烯本體聚合最后階段提升聚合溫度將使 ACD .A.轉(zhuǎn)化率提升；B.分子量提升；C.熔體粘度下降D.分子量降低9 .溶劑在溶液聚合中可以起到 ABC 作用.A.鏈轉(zhuǎn)移劑；B.縮合劑；C.傳熱介質(zhì)；D.鏈終止劑10 .在進(jìn)行乳液聚合反響時可

10、采用 BF 增大產(chǎn)品乳膠粒的粒徑.A.參加電解質(zhì)；B.增加攪拌強(qiáng)度；C.增加水油比；D.提升溫度；E.增加乳化劑濃度 F.種子乳液聚合11 .氯乙烯懸浮聚合根據(jù)D 成粒,氯乙烯乳液聚合根據(jù)C 成粒.A.單體液滴成粒機(jī)理；B.珠狀成粒機(jī)理；C.膠束成粒機(jī)理；D.粉狀成粒機(jī)理12 . ABS的主要生產(chǎn)工藝包括 AD .A.本體聚合；B.溶液聚合；C.懸浮聚合；D.乳液接枝聚合13 .順丁橡膠工業(yè)過程的攪拌選取 C , PET熔融縮聚的攪拌選取D A.錨式攪才槳B.平槳 C.雙螺帶攪拌槳 D.外表更新型攪拌槳E.推進(jìn)式攪拌槳F.渦輪式攪拌槳14 .使用了離子型和非離子型乳化劑配方的乳液聚合體系,具聚

11、合溫度應(yīng)高于D ,低于 AB .A.濁點(diǎn) B.轉(zhuǎn)相點(diǎn) C.單體的沸點(diǎn) D.三相點(diǎn)15 .在生產(chǎn)過程中依靠攪拌推動聚合體系發(fā)生相翻轉(zhuǎn)的聚合物是 BD A. EPS B. HIPSC. MBSD. ABS E.SBS四、流程與工藝15分用流程框圖和文字簡述乳液丁苯橡膠生產(chǎn)工藝過程,并簡述其產(chǎn)品質(zhì)量的限制方 法.去離子水亞甲基雙祭磺酸鈉 KCl或磷酸鉀 歧化松香酸鉀 硬脂酸鈉苯乙烯丁二烯叔十二烷基硫醇去離子水對孟烷過氧化氫EDTA流程表達(dá):(1)在水相配制槽中參加計量的去離子水,擴(kuò)散劑亞甲基雙蔡磺酸鈉,粒徑調(diào)節(jié)劑氯化鉀,乳化劑歧化松香酸鈉和硬脂酸鈉,活化劑刁白塊和硫酸亞鐵劑螯合劑EDTA ,開啟攪拌

12、 配制好備用.(2)在油相配制槽中參加計量的新鮮苯乙烯、丁二烯劑回收的苯乙烯和丁二烯及硫醇調(diào) 節(jié)劑；攪拌均勻備用.(或過氧化異丙苯)；(3)在引發(fā)劑配制槽中,參加計量的去離子水和對孟烷過氧化氫(4)聚合：將水相配制槽和油相配制槽的混合料連續(xù)打入預(yù)乳化槽中,并開啟聚合物攪拌,將引發(fā)劑配制槽中的引發(fā)劑溶液連續(xù)打入聚合物A中,這樣引發(fā)及聚合就開始,嚴(yán)格限制聚合溫度在 56C,當(dāng)終止釜開始流出時參加終止劑,并卸壓,氣相進(jìn)入別離回收工 序,液相進(jìn)行脫苯乙烯工序,脫出單體后的乳液進(jìn)入凝聚工序(5)凝聚：將膠乳按比例進(jìn)行稀釋,連續(xù)打入凝聚釜中,同時打入硫酸及凝聚劑溶液, 產(chǎn)物經(jīng)震動篩后進(jìn)入水洗工序,洗滌兩次

13、后,進(jìn)行擠壓脫水工序;(6)擠出枯燥：經(jīng)擠壓脫水的生膠在經(jīng)擠出枯燥后,就可得到合格產(chǎn)品;包 裝：得到的合格產(chǎn)品,經(jīng)壓塊機(jī)壓塊、包裝即可.產(chǎn)品質(zhì)量的限制方法：共聚組成：直接影響力學(xué)性能、磨耗、滾動阻力、 抗?jié)窕阅艿?；門尼粘度：受到共聚組成、分子量、分子量分布、支化度等影響； 直接影響加工性能；限制單體轉(zhuǎn)化率和聚合反響溫度：限制轉(zhuǎn)化率 60%左右的 目的：限制共聚組成；限制溫度：限制分子量及其分布、交聯(lián)和支化評分標(biāo)準(zhǔn)：流程框圖5分,過程描述5分,質(zhì)量限制5分,根據(jù)要點(diǎn)給分.五、計算題(15分)一化工企業(yè)準(zhǔn)備開發(fā)脂肪族聚酯產(chǎn)品,請某化工設(shè)計院進(jìn)行設(shè)計聚合反響 裝置,要求如下：要求每天反響 6000

14、kg的己二酸,且反響過程嚴(yán)格限制與己二2醇等摩爾比反響,在343K下,以硫酸為催化劑的動力學(xué)方程為：rA=kCA,其 中：rA消耗己二酸反響速度,kmoles/l?min ； k反響速度常數(shù),l/kmole?min； CA己二酸的瞬時濃度,kmole/l.70C, k=1.97l/kmole?min,己二酸的初始濃度 CA0 = 0.004kmoles/l;最終 轉(zhuǎn)化率為85%.設(shè)計院分別采用間歇反響器、平推流反響器、單級理想混合反 應(yīng)器進(jìn)行設(shè)計,請計算各反響器體積,并歸納三種反響器的體積變化規(guī)律.其中 間歇反響器的操作時間為1.5小時,裝料系數(shù)為0.8,己二酸分子量為146. 答：在外加酸催

15、化下,這是一個標(biāo)準(zhǔn)的二級反響,且副產(chǎn)物水在體系中一直維持在0的情況,因此可采用A+ B-R的二級不可逆積分方程式.(1)對于采用間歇反響器的設(shè)計：,1 / xA 、0.85tr -()719.12min - 12hrkCA0 1 -xA1.97 0.004 (1 - 0.85)計算反響器所需的容積6000每小時的進(jìn)料量Fao為 Fa0= 1.71kmol/hr24 146 、一F 1 71每小時己二酸的體積流量：Va0=,71 =428L/hrCA00.004每批生產(chǎn)操作周期tT為:tT =tR ta =12 1.5 =13.5hr3故反響器的有效容積為:VR = vA0 tT = 428 13.5 = 5778L = 5.778m3TT；.8"22m3反響器的實(shí)際容積V為:(2)對于平推流反響器的設(shè)計反響器設(shè)計方程與間歇相同,只是沒有輔助時間而已,故tR 二 (-x) 0.85=719.12min =12hrkCA0 1-xA1.97 0.004 (1 -0.85)每小時己二酸的體積流量：Fa0 - 6000 =1.71kmol/hr24 146故反響器的有效容積為：Vr =Va0 b =428 12 = 5136L = 5.14m3(3)對于單級理想混合反響器的設(shè)計：F 1 71反響器流量：Va0 = F0 =上1 = 428L/ hrCa0 0.00