聚合反應(yīng)工程講課課件第一頁(yè)，共28頁(yè)。相對(duì)分子質(zhì)量1.2~1.8×104尼龍相對(duì)分子質(zhì)量5~15×104聚氯乙烯相對(duì)分子質(zhì)量25~30×104順丁橡膠由多種原子以相同的、簡(jiǎn)單的結(jié)構(gòu)單元通過共價(jià)鍵多次重復(fù)連接而成的相對(duì)分子質(zhì)量很大的化合物。CHAPTER1Introduction

----Courseaims,objectivesandoutlineoutline第二頁(yè)，共28頁(yè)。

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(duì)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(duì)流體的流動(dòng)行為進(jìn)行研究。第三頁(yè)，共28頁(yè)。WhatisChemicalEngineering

outline第四頁(yè)，共28頁(yè)。非牛頓流體的流動(dòng)和傳熱(Non-NewtonianFluids)

主要介紹非牛頓流體在流動(dòng)、傳熱、傳質(zhì)等過程中的特點(diǎn)，及對(duì)聚合過程的影響；結(jié)合高聚物實(shí)際，對(duì)典型的非牛頓流體的性質(zhì)，流動(dòng)變形的測(cè)量方法，流動(dòng)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(dòng)模型的一些基本知識(shí)，包括理想反應(yīng)器流動(dòng)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(dòng)反應(yīng)器中的混合程度等。

CourseContentIntroduction

內(nèi)容提要第五頁(yè)，共28頁(yè)。聚合過程的動(dòng)力學(xué)分析(KineticsAnalysisofpolymerization)

在動(dòng)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(duì)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)容提要第六頁(yè)，共28頁(yè)。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(duì)聚合過程有巨大影響，在設(shè)計(jì)攪拌聚合釜時(shí)對(duì)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(jiǎn)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)容提要第七頁(yè)，共28頁(yè)。第二章非牛頓流體的流動(dòng)和傳熱CHAPTER2FlowandHeat-TransferforNon-NewtonianFluids第八頁(yè)，共28頁(yè)。流體流動(dòng)時(shí)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(dòng)的實(shí)驗(yàn)結(jié)果。流體黏性越大，其流動(dòng)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?dòng)時(shí)內(nèi)摩擦力比水大的緣故。

FlowpatternforimpellerwithwallscrapersimulatedwithCFD(Computationalfluiddynamics)第九頁(yè)，共28頁(yè)。運(yùn)動(dòng)著的流體內(nèi)部相鄰兩流體層間由于分子運(yùn)動(dòng)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(dòng)時(shí)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(shí)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(dòng)，上平板在其自身平面內(nèi)以等速U向X軸方向運(yùn)動(dòng)。此時(shí)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)第十頁(yè)，共28頁(yè)。

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(dòng)方向的速度梯度成正比。yxuu=0⊿u⊿y

u/

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)第十一頁(yè)，共28頁(yè)。

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(dòng)力黏度（viscosity），簡(jiǎn)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

牛頓黏性定律第十二頁(yè)，共28頁(yè)。從手冊(cè)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(hào)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第十三頁(yè)，共28頁(yè)。

運(yùn)動(dòng)黏度：流體黏度μ與密度ρ之比稱為運(yùn)動(dòng)黏度，用符號(hào)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(hào)St表示。

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

溫度對(duì)液體黏度的影響很大，當(dāng)溫度升高時(shí)，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(duì)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(wú)關(guān)。

運(yùn)動(dòng)黏度第十四頁(yè)，共28頁(yè)。牛頓黏性定律表達(dá)式可以表示分子動(dòng)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(dòng)量，為動(dòng)量梯度。

液體中的動(dòng)量傳遞

第十五頁(yè)，共28頁(yè)。

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(dòng)曲線第十六頁(yè)，共28頁(yè)。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(jiǎn)介第十七頁(yè)，共28頁(yè)。n=1,牛頓流體n

1，非牛頓流體非牛頓流體流動(dòng)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.賓漢塑性流體第十八頁(yè)，共28頁(yè)。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)例第十九頁(yè)，共28頁(yè)。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(shí)，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(shí)，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）————第二十頁(yè)，共28頁(yè)。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第二十一頁(yè)，共28頁(yè)。

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第二十二頁(yè)，共28頁(yè)。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

第二十三頁(yè)，共28頁(yè)。非依時(shí)性非牛頓流體與依時(shí)性非牛頓流體非依時(shí)性非牛頓流體依時(shí)性非牛頓流體如何區(qū)分？？？想一想？第二十四頁(yè)，共28頁(yè)。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(shí)，也隨時(shí)間延長(zhǎng)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(shí)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(shí)間曲線

依時(shí)性非牛頓流體

(Time-dependenceNon-NewtonianFluids)第二十五頁(yè)，共28頁(yè)。黏彈性流體:兼具黏性和彈性，在外力作用下發(fā)生的流動(dòng)時(shí)，既產(chǎn)生不可逆形變,也產(chǎn)生可回復(fù)形變--彈性形變,

實(shí)例:當(dāng)高聚物分子量很大,外力作用時(shí)