2012 聚合物制备工程 复习范围
一、基本概念与简述题
1. 聚合物生产过程的基本内容包括什么？聚合物制备工程的内容主
要包括哪些方面？
原料精制与准备，催化剂配制，聚合过程，分离过程，后处理过
程，回收过程
合理设计及选用最佳的聚合实施方法，合理设计及选用相应的反
应器，合理选择原料、催化剂的制备或精制工序，合理地选择或
设计后处理工序设备，过程的优化或系统化及其控制方法。
2. 举例说明如何选择一种或几种聚合物所采用的不同聚合实施方
法，并说明理由。
聚合物可以采用多种方法生产，聚合方法选择需考虑单体的性质，
催化剂的性质，聚合物产品的用途与性能
聚合方法举例：
丁苯橡胶分乳聚丁苯和溶聚丁苯：分别采用乳液、溶液聚合。
聚苯乙烯可由四种聚合机理完成，但多用自由基法生产 PS，而在自
由基法中又主要使用本体和悬浮两种，尤其是 HIPS 主要由本体自
由基生产。（阴离子聚合、阳离子聚合这两种历程存在操作难度高、
投资大等特点，而自由基聚合控制难度低）
PVC：PVC 糊树脂（乳液）、硬 PVC（悬浮聚合、本体聚合）。
丁二烯虽可进行阴离子聚合、配位阴离子聚合及自由基聚合，但若
采用自由基聚合，产物凝胶含量非常大，不能作为橡胶使用，因此
只能采用前两种聚合方法。而现在的锂系顺丁橡胶和镍系顺丁橡胶
催化剂性质和产品性能（高分子橡胶）决定只能用溶液聚合不能用
本体聚合。
3. 聚合物工业的原料来源有哪些？哪些属于可再生资源？简述乙
烯、丙烯、异丁烯、异戊二烯、苯乙烯、氯乙烯、丙烯酸酯类单
体的制备方法。单体或有机溶剂在储存及运输过程中应注意的问
题？
来源：石油 天然气；煤炭 油页岩 ；生物资源（动植物 微生物）；
废弃物
可再资源：化石资源（石油、天然气，煤炭、油页岩），废弃物，可燃冰
可再生资源：生物资源（动物、植物、微生物及其排泄物）
苯乙烯：乙苯脱氢制备苯乙烯
氯乙烯：
乙炔法：国内依然采用电石－乙炔－与氯化氢加成（氯气－氯化氢）－－氯乙烯单体
煤炭路线－制备聚合物，耗电，成本相对高
乙烯氧氯化法：国内也有
乙烯－－氯气－－1，2－二氯乙烯－裂解－氯乙烯
MMA制备：多种方法
• 丙酮氰醇法(ACH法)；
• 异丁烯/叔丁醇直接氧化
法
• 乙烯羰基化法
4、反应器的最基本特征是什么？反应器按照操作形式如何分类及其
特点？
基本特征（基本要求）
i 提供反应物料进行反应所需要的容积（V），保证设备有一定的
生产能力；
ii 具有足够的传热面积，保证反应过程中热量的传递，使反应
控制在最适合的温度下进行；
iii 保证参加反应的物料均匀混合
按操作形式分类及特点
间歇反应器：
a.反应物料间歇加入与取出，反应物料的温度和浓度等操作参数
随时间而变，不随空间位置而变，所有物料质点在反应器内经历相同的反应时间；
b.操作灵活，弹性大，投资小；
c.需较多辅助时间，设备利用率低；
d.产品质量不易均匀。
半连续反应器
a.有利于聚合物组成的控制；
b.可以控制聚合速率，从而利于控制聚合反应；
c.非稳态过程，主要应用：乳液聚合。
连续反应器
a.反应器内任一点的组成不随时间而改变，属于稳态过程；
b.生产能力高，易实现自动控制，适于大规模生产；
c.产品质量均一。
5、聚合反应器按照结构特征分类有几种？釜式反应器的结构特征及
搅拌附件的安装；釜式聚合反应器的除热方式及其所适用的场所。
按结构特征分为：釜式（单釜、多釜串连）、塔式、管式、流化
床（塔式的一种）、挤出。
釜式反应器的结构特征：①釜体（圆形筒体、上下封头）
②换热装置（夹套、内冷件、釜外循环）
③搅拌装置（搅拌器、搅拌轴、传动装置【电机、减速机、联轴
器】、搅拌附件【挡板、导流筒、内盘管等】）
④密封装置（动密封：搅拌轴与筒体之间；静密封：各法兰之间）
⑤其他结构（接管、入【手】孔、支座等）。
搅拌附件：挡板、导流筒等（注意：内冷管、蛇管的传热附件也
起到类似作用）；
挡板安装：以搅拌雷诺数 NRe 判断
NRe<20.一般无需挡板；
NRe=20~103-4,不完全挡板（<4）
NRe>103-4,需全挡板（4 个）
导流筒安装方式：
1.对于推进式搅拌器，导流筒套在桨叶的外面；
2.对于涡轮式搅拌器，导流筒则置于桨叶的上方。
釜式聚合反应器的除热方式：夹套冷却（主要）、夹套附加内冷管、内冷管、反应物料釜外循环、回流冷凝器、反应物料部分闪
蒸、反应介质预冷。
适用场所：釜式聚合反应器是一种型式多变的聚合装置，广泛应
用于低粘度的悬浮聚合和乳液聚合过程；也用于高粘度的本体和
溶液聚合过程，也可应用于缩合聚合体系。（占 80～90％）
6、搅拌器有哪些种类？各有何特点？如何选用搅拌器？
答：桨式、推进式、涡轮式、螺杆及螺带式、组合式
桨式特点：结构简单，转速低，桨叶面积大；平桨、斜桨：剪切
强，转速为 20～200rpm 适合粘度为 0.1～102Pa·S 的液体；锚
式、框式：转速低，剪切小 。
推进式：结构简单，制造方便，适用于液体粘度低，液量大的液
体搅拌；剪切较低，属于循环型搅拌器。
涡轮式特点：种类繁多，应用广泛；处理粘度范围广；剪切强
螺杆及螺带式特点：转速低，剪切弱；通常需要搅拌附件的配合，
以提高传热和传质的效果
搅拌器选用基本要求（原则）：
保证物料的混合；消耗最小的功率；所需费用最低；操作方便，
易于制造和维修
选择的一般考虑方法：
如果生产上对搅拌无特殊要求，则可参照生产时所使用的类似搅
拌器经验选定；如果对搅拌有严格要求，又无参照工艺，则对应
工艺、设备等全面分析，找到操作的主要控制因素，选择相应的
搅拌；过程开发或大型工程，通过试验研究最佳的型式、尺寸，
再相似放大进行设
7、挡板、导流桶作用是什么？选择的依据是什么？在实际安装时需
要注意哪些问题？
消除漩涡和涡流，改善流动效果，提高混合效率，加强传质和传
热
挡板：
作用：消除漩涡和涡流，改善流动效果
安装：一般相距 90°，垂直安装，并留有挡板宽度 1/6 的空隙；
导流筒：
安装方式：
1.对于推进式搅拌器，导流筒套在桨叶的外面；2.对
于涡轮式
搅拌器，
导流筒则
置于桨叶
的上方。
作
用：
1.提
高釜内流
体的搅拌程度，加强桨叶对流体的直接剪切作用；
2.造成一定的循环流型，使物料均可以通过导流筒内的强烈
混合区，提高混合效率
8、聚合物生产的分离、后处理包括的内容及其对产品性能的影响？
答：分离就是指聚合物介质分开的过程，不同的聚合实施方法可能采
取的分离方法不同。分离过程包括: 脱除挥发分（残留单体，溶剂等）
与聚合物的分离（凝聚、离心）。分离的过程将脱除大部分残留单体、
溶剂，这些物质不仅降低聚合物产品的性能，而且对于人体有害、污
染环境。
聚合物后处理工序包括脱水、干燥、加入助剂及形状处理等方面； 橡胶与树脂的后处理
但是树脂与橡胶处理略有区别
树脂后处理主要包括脱水、干燥、加入添加剂，直接得到粉状树
脂；或者经过脱水、干燥、加入添加剂、混炼、切粒、混合均化、
包装得到颗粒状树脂；
橡胶后处理根据用途也不同，乳液用于涂料或其他直接使用乳液
的场合，乳液可以直接使用或浓缩后包装使用；需要得到固体橡
胶时则需要凝聚、脱水、水洗、挤压干燥、压块、包装。
在这些后处理工序中，最关键的是脱灰和干燥工序，这些工序使
用的设备若不合理，仍会出现废品。橡胶产品导致凝胶含量高，
塑料树脂导致分子量降低或交联。
9、分离的含义是什么？通常聚合物从聚合介质中分离有几种方法？
分离就是指聚合物从聚合介质分开的过程，不同的聚合实施方法
可能采取的分离方法不同。分离过程包括: 脱除挥发分（残留单
体、溶剂等）与聚合物的分离（凝聚、离心）。
通常，本体聚合主要是脱挥，主要采用表面快速更新的薄膜蒸发
器。
溶液聚合：根据淤浆聚合还是均相聚合而定，如果是淤浆聚合，
采用简单过滤就可以达到聚合物与聚合介质分离的目的，若是均
相聚合则一般加入非溶剂进行沉淀，然后经振动筛分离。
对于从乳液聚合制备固体而言，一般加入盐或酸进行破乳、絮凝，
然后经振动筛分离。
对于悬浮聚合，用离心过滤就可以达到聚合物与聚合介质分离的
目的。
或本体聚合与熔融聚合：高粘度熔体－－直接进行后处理
悬浮聚合：闪蒸脱单，离心分离 离子聚合与配位聚合：催化剂残渣处理（高效催化剂无需），闪
蒸脱单，离心（过滤）分离
溶液聚合：树脂采用沉析－分离；橡胶－蒸气脱单、凝聚－过滤
乳液聚合：闪蒸脱单（浓缩）－添加助剂－絮凝－过滤
补充：分离过程
脱挥
闪蒸：在减压的情况下除去物料中的挥发性组分的过程。闪蒸设
备：釜
汽提：将聚合物胶液用专门的喷射器分散于机械搅拌并以直接蒸
汽为加热介质的内盛热水的汽提器中，脱除挥发性组分的过程。
汽提设备：釜式、塔式
其他各种形式的蒸发器包括:薄膜型蒸发器，流下液滴、液柱型
蒸发器，表面更新型蒸发器。
冷凝
溶液聚合凝聚过程：干法和湿法
• 干法：即胶液闪蒸，残留单体与溶剂通过间
接加热脱除，得到无水分的橡胶半成品；
• 湿法：胶液注入热水中，水蒸气汽提，橡胶
凝聚成为小颗粒。
• 常见：顺丁、SSBR、EPR 等
• 乳液聚合凝聚过程：破乳（加入破乳剂或冷
冻等物理方法），凝聚；常见 ESBR 等
离心
离心：为物理分离
如：卧式刮刀卸料离心机
螺旋沉降式离心机
分离原则
• 明确分离目的
分离残留单体与低沸点溶剂：采用脱挥过程与设备
分离高沸点溶剂、低聚物：可采用化学凝聚、沉淀
分离物具有一定粒度：离心分离
• 明确分离体系的性状
本体聚合：一般脱挥过程与设备
溶液聚合：浓缩（采用脱挥）；提纯聚合物（凝聚、沉淀） 乳液聚合：类似溶液聚合
悬浮聚合：类似溶液聚合；可采用离心分离
• 明确各种分离过程特点及分离设备的操作特性
• 在满足要求的前提下，减少设备费用
10.干燥，脱灰及脱挥指的是对哪些物料的操作？
干燥：在脱水之后进一步将剩余水分和少量其他挥发分脱除至
0.5wt％以下（经加热或挤出加热膨胀等手段将聚合物中的水分
去除的过程）
脱灰：将某物质或物质的附着物除去的方法（专指将一些重金属
或过渡金属催化剂从聚合物中分离脱除的过程）
脱挥：脱除聚合物中的小分子物质,是高分子材料加工生产过程
中的重要工序。分离残留单体与低沸点溶剂，在减压的情况下除
去物料中的挥发性组分的过程。（将单体或低聚物从聚合物脱除
的过程）
一、基本概念与简述题
1. 聚合物生产过程的基本内容包括什么？聚合物制备工程的内容主
要包括哪些方面？
原料精制与准备，催化剂配制，聚合过程，分离过程，后处理过
程，回收过程
合理设计及选用最佳的聚合实施方法，合理设计及选用相应的反
应器，合理选择原料、催化剂的制备或精制工序，合理地选择或
设计后处理工序设备，过程的优化或系统化及其控制方法。
2. 举例说明如何选择一种或几种聚合物所采用的不同聚合实施方
法，并说明理由。
聚合物可以采用多种方法生产，聚合方法选择需考虑单体的性质，
催化剂的性质，聚合物产品的用途与性能
聚合方法举例：
丁苯橡胶分乳聚丁苯和溶聚丁苯：分别采用乳液、溶液聚合。
聚苯乙烯可由四种聚合机理完成，但多用自由基法生产 PS，而在自
由基法中又主要使用本体和悬浮两种，尤其是 HIPS 主要由本体自
由基生产。（阴离子聚合、阳离子聚合这两种历程存在操作难度高、
投资大等特点，而自由基聚合控制难度低）
PVC：PVC 糊树脂（乳液）、硬 PVC（悬浮聚合、本体聚合）。
丁二烯虽可进行阴离子聚合、配位阴离子聚合及自由基聚合，但若
采用自由基聚合，产物凝胶含量非常大，不能作为橡胶使用，因此
只能采用前两种聚合方法。而现在的锂系顺丁橡胶和镍系顺丁橡胶
催化剂性质和产品性能（高分子橡胶）决定只能用溶液聚合不能用
本体聚合。
3. 聚合物工业的原料来源有哪些？哪些属于可再生资源？简述乙
烯、丙烯、异丁烯、异戊二烯、苯乙烯、氯乙烯、丙烯酸酯类单
体的制备方法。单体或有机溶剂在储存及运输过程中应注意的问
题？
来源：石油 天然气；煤炭 油页岩 ；生物资源（动植物 微生物）；
废弃物
可再资源：化石资源（石油、天然气，煤炭、油页岩），废弃物，可燃冰
可再生资源：生物资源（动物、植物、微生物及其排泄物）
苯乙烯：乙苯脱氢制备苯乙烯
氯乙烯：
乙炔法：国内依然采用电石－乙炔－与氯化氢加成（氯气－氯化氢）－－氯乙烯单体
煤炭路线－制备聚合物，耗电，成本相对高
乙烯氧氯化法：国内也有
乙烯－－氯气－－1，2－二氯乙烯－裂解－氯乙烯
MMA制备：多种方法
• 丙酮氰醇法(ACH法)；
• 异丁烯/叔丁醇直接氧化
法
• 乙烯羰基化法
4、反应器的最基本特征是什么？反应器按照操作形式如何分类及其
特点？
基本特征（基本要求）
i 提供反应物料进行反应所需要的容积（V），保证设备有一定的
生产能力；
ii 具有足够的传热面积，保证反应过程中热量的传递，使反应
控制在最适合的温度下进行；
iii 保证参加反应的物料均匀混合
按操作形式分类及特点
间歇反应器：
a.反应物料间歇加入与取出，反应物料的温度和浓度等操作参数
随时间而变，不随空间位置而变，所有物料质点在反应器内经历相同的反应时间；
b.操作灵活，弹性大，投资小；
c.需较多辅助时间，设备利用率低；
d.产品质量不易均匀。
半连续反应器
a.有利于聚合物组成的控制；
b.可以控制聚合速率，从而利于控制聚合反应；
c.非稳态过程，主要应用：乳液聚合。
连续反应器
a.反应器内任一点的组成不随时间而改变，属于稳态过程；
b.生产能力高，易实现自动控制，适于大规模生产；
c.产品质量均一。
5、聚合反应器按照结构特征分类有几种？釜式反应器的结构特征及
搅拌附件的安装；釜式聚合反应器的除热方式及其所适用的场所。
按结构特征分为：釜式（单釜、多釜串连）、塔式、管式、流化
床（塔式的一种）、挤出。
釜式反应器的结构特征：①釜体（圆形筒体、上下封头）
②换热装置（夹套、内冷件、釜外循环）
③搅拌装置（搅拌器、搅拌轴、传动装置【电机、减速机、联轴
器】、搅拌附件【挡板、导流筒、内盘管等】）
④密封装置（动密封：搅拌轴与筒体之间；静密封：各法兰之间）
⑤其他结构（接管、入【手】孔、支座等）。
搅拌附件：挡板、导流筒等（注意：内冷管、蛇管的传热附件也
起到类似作用）；
挡板安装：以搅拌雷诺数 NRe 判断
NRe<20.一般无需挡板；
NRe=20~103-4,不完全挡板（<4）
NRe>103-4,需全挡板（4 个）
导流筒安装方式：
1.对于推进式搅拌器，导流筒套在桨叶的外面；
2.对于涡轮式搅拌器，导流筒则置于桨叶的上方。
釜式聚合反应器的除热方式：夹套冷却（主要）、夹套附加内冷管、内冷管、反应物料釜外循环、回流冷凝器、反应物料部分闪
蒸、反应介质预冷。
适用场所：釜式聚合反应器是一种型式多变的聚合装置，广泛应
用于低粘度的悬浮聚合和乳液聚合过程；也用于高粘度的本体和
溶液聚合过程，也可应用于缩合聚合体系。（占 80～90％）
6、搅拌器有哪些种类？各有何特点？如何选用搅拌器？
答：桨式、推进式、涡轮式、螺杆及螺带式、组合式
桨式特点：结构简单，转速低，桨叶面积大；平桨、斜桨：剪切
强，转速为 20～200rpm 适合粘度为 0.1～102Pa·S 的液体；锚
式、框式：转速低，剪切小 。
推进式：结构简单，制造方便，适用于液体粘度低，液量大的液
体搅拌；剪切较低，属于循环型搅拌器。
涡轮式特点：种类繁多，应用广泛；处理粘度范围广；剪切强
螺杆及螺带式特点：转速低，剪切弱；通常需要搅拌附件的配合，
以提高传热和传质的效果
搅拌器选用基本要求（原则）：
保证物料的混合；消耗最小的功率；所需费用最低；操作方便，
易于制造和维修
选择的一般考虑方法：
如果生产上对搅拌无特殊要求，则可参照生产时所使用的类似搅
拌器经验选定；如果对搅拌有严格要求，又无参照工艺，则对应
工艺、设备等全面分析，找到操作的主要控制因素，选择相应的
搅拌；过程开发或大型工程，通过试验研究最佳的型式、尺寸，
再相似放大进行设
7、挡板、导流桶作用是什么？选择的依据是什么？在实际安装时需
要注意哪些问题？
消除漩涡和涡流，改善流动效果，提高混合效率，加强传质和传
热
挡板：
作用：消除漩涡和涡流，改善流动效果
安装：一般相距 90°，垂直安装，并留有挡板宽度 1/6 的空隙；
导流筒：
安装方式：
1.对于推进式搅拌器，导流筒套在桨叶的外面；2.对
于涡轮式
搅拌器，
导流筒则
置于桨叶
的上方。
作
用：
1.提
高釜内流
体的搅拌程度，加强桨叶对流体的直接剪切作用；
2.造成一定的循环流型，使物料均可以通过导流筒内的强烈
混合区，提高混合效率
8、聚合物生产的分离、后处理包括的内容及其对产品性能的影响？
答：分离就是指聚合物介质分开的过程，不同的聚合实施方法可能采
取的分离方法不同。分离过程包括: 脱除挥发分（残留单体，溶剂等）
与聚合物的分离（凝聚、离心）。分离的过程将脱除大部分残留单体、
溶剂，这些物质不仅降低聚合物产品的性能，而且对于人体有害、污
染环境。
聚合物后处理工序包括脱水、干燥、加入助剂及形状处理等方面； 橡胶与树脂的后处理
但是树脂与橡胶处理略有区别
树脂后处理主要包括脱水、干燥、加入添加剂，直接得到粉状树
脂；或者经过脱水、干燥、加入添加剂、混炼、切粒、混合均化、
包装得到颗粒状树脂；
橡胶后处理根据用途也不同，乳液用于涂料或其他直接使用乳液
的场合，乳液可以直接使用或浓缩后包装使用；需要得到固体橡
胶时则需要凝聚、脱水、水洗、挤压干燥、压块、包装。
在这些后处理工序中，最关键的是脱灰和干燥工序，这些工序使
用的设备若不合理，仍会出现废品。橡胶产品导致凝胶含量高，
塑料树脂导致分子量降低或交联。
9、分离的含义是什么？通常聚合物从聚合介质中分离有几种方法？
分离就是指聚合物从聚合介质分开的过程，不同的聚合实施方法
可能采取的分离方法不同。分离过程包括: 脱除挥发分（残留单
体、溶剂等）与聚合物的分离（凝聚、离心）。
通常，本体聚合主要是脱挥，主要采用表面快速更新的薄膜蒸发
器。
溶液聚合：根据淤浆聚合还是均相聚合而定，如果是淤浆聚合，
采用简单过滤就可以达到聚合物与聚合介质分离的目的，若是均
相聚合则一般加入非溶剂进行沉淀，然后经振动筛分离。
对于从乳液聚合制备固体而言，一般加入盐或酸进行破乳、絮凝，
然后经振动筛分离。
对于悬浮聚合，用离心过滤就可以达到聚合物与聚合介质分离的
目的。
或本体聚合与熔融聚合：高粘度熔体－－直接进行后处理
悬浮聚合：闪蒸脱单，离心分离 离子聚合与配位聚合：催化剂残渣处理（高效催化剂无需），闪
蒸脱单，离心（过滤）分离
溶液聚合：树脂采用沉析－分离；橡胶－蒸气脱单、凝聚－过滤
乳液聚合：闪蒸脱单（浓缩）－添加助剂－絮凝－过滤
补充：分离过程
脱挥
闪蒸：在减压的情况下除去物料中的挥发性组分的过程。闪蒸设
备：釜
汽提：将聚合物胶液用专门的喷射器分散于机械搅拌并以直接蒸
汽为加热介质的内盛热水的汽提器中，脱除挥发性组分的过程。
汽提设备：釜式、塔式
其他各种形式的蒸发器包括:薄膜型蒸发器，流下液滴、液柱型
蒸发器，表面更新型蒸发器。
冷凝
溶液聚合凝聚过程：干法和湿法
• 干法：即胶液闪蒸，残留单体与溶剂通过间
接加热脱除，得到无水分的橡胶半成品；
• 湿法：胶液注入热水中，水蒸气汽提，橡胶
凝聚成为小颗粒。
• 常见：顺丁、SSBR、EPR 等
• 乳液聚合凝聚过程：破乳（加入破乳剂或冷
冻等物理方法），凝聚；常见 ESBR 等
离心
离心：为物理分离
如：卧式刮刀卸料离心机
螺旋沉降式离心机
分离原则
• 明确分离目的
分离残留单体与低沸点溶剂：采用脱挥过程与设备
分离高沸点溶剂、低聚物：可采用化学凝聚、沉淀
分离物具有一定粒度：离心分离
• 明确分离体系的性状
本体聚合：一般脱挥过程与设备
溶液聚合：浓缩（采用脱挥）；提纯聚合物（凝聚、沉淀） 乳液聚合：类似溶液聚合
悬浮聚合：类似溶液聚合；可采用离心分离
• 明确各种分离过程特点及分离设备的操作特性
• 在满足要求的前提下，减少设备费用
10.干燥，脱灰及脱挥指的是对哪些物料的操作？
干燥：在脱水之后进一步将剩余水分和少量其他挥发分脱除至
0.5wt％以下（经加热或挤出加热膨胀等手段将聚合物中的水分
去除的过程）
脱灰：将某物质或物质的附着物除去的方法（专指将一些重金属
或过渡金属催化剂从聚合物中分离脱除的过程）
脱挥：脱除聚合物中的小分子物质,是高分子材料加工生产过程
中的重要工序。分离残留单体与低沸点溶剂，在减压的情况下除
去物料中的挥发性组分的过程。（将单体或低聚物从聚合物脱除
的过程）
