環(huán)管反應(yīng)器中丙烯聚合過程的介觀尺度模擬.pdf

1、工業(yè)上，通常可以采用攪拌釜、流化床或環(huán)管反應(yīng)器(工藝)來生產(chǎn)聚丙烯(PP)產(chǎn)品。其中，環(huán)管工藝具有結(jié)構(gòu)簡單、操作成本低和良好的散熱效果的優(yōu)點，目前已成為聚丙烯生產(chǎn)的主要工藝之一。在我國，采用環(huán)管工藝的生產(chǎn)裝置有十幾套，約占聚丙烯總生產(chǎn)能力的35％。然而，國內(nèi)外對環(huán)管聚丙烯工藝的研究并不是很多，尤其在介觀(顆粒)尺度上的模型研究就更少。 在環(huán)管反應(yīng)器聚丙烯生產(chǎn)過程中，聚丙烯顆粒內(nèi)部的丙烯濃度和溫度分布直接影響聚丙烯的分子量分布和聚

2、合反應(yīng)速率，并影響反應(yīng)器內(nèi)的顆粒粒徑分布；而聚丙烯顆粒粒徑分布影響著反應(yīng)器的氣力輸送、后處理工序生產(chǎn)成本和最終的聚丙烯物性，特別是對于環(huán)管反應(yīng)器后連有流化床反應(yīng)器的工藝有重要影響。因此，有必要從介觀(顆粒)尺度上對環(huán)管反應(yīng)器進(jìn)行研究，分析反應(yīng)器內(nèi)的聚丙烯顆粒內(nèi)部的丙烯濃度、溫度分布和顆粒增長情況，并對顆粒群的粒徑分布情況進(jìn)行研究，分析各種因素對顆粒粒徑分布的影響。 本文從介觀尺度對環(huán)管反應(yīng)器的聚丙烯生產(chǎn)過程進(jìn)行模型研究，主要的研

3、究內(nèi)容及所取得的研究結(jié)果如下： 1、較全面分析與總結(jié)了烯烴聚合過程的介觀尺度模型研究進(jìn)展：首先，介紹了幾種主要的聚合物單顆粒模型，簡述了目前各模型在烯烴聚合研究的應(yīng)用情況和研究進(jìn)展，并對這幾種模型的特點進(jìn)行了比較。然后，介紹聚烯烴反應(yīng)器的顆粒粒徑分布的研究情況。 2、在論述了多層模型的原理與模型求解的基礎(chǔ)上，運用多層模型，對環(huán)管反應(yīng)器內(nèi)的聚丙烯顆粒進(jìn)行研究，分析了聚丙烯顆粒內(nèi)的丙烯濃度和溫度分布、以及顆粒的增長情況。研究

4、發(fā)現(xiàn)：聚丙烯顆粒內(nèi)的溫度梯度較小，而顆粒的傳質(zhì)阻力作用較明顯。在聚合初期，顆粒內(nèi)的丙烯濃度和溫度梯度較大。分析了三種不同聚合速率曲線下的聚丙烯顆粒內(nèi)部的丙烯濃度和溫度分布情況。模擬結(jié)果表明，對于初始活性很高的催化劑，在聚合初期，聚丙烯顆粒內(nèi)會有較大的升溫，可能造成聚丙烯顆粒的軟化。 3、考慮聚丙烯顆粒內(nèi)的傳質(zhì)傳熱的影響，提出將顆粒多層模型與粒群衡算模型結(jié)合在一起，建立了一個改進(jìn)的粒群衡算模型，對環(huán)管反應(yīng)器內(nèi)的丙烯聚合過程的顆粒粒

5、徑分布進(jìn)行研究：研究了傳質(zhì)傳熱阻力、聚合溫度、催化劑失活和初始粒徑等因素，對預(yù)、主聚合反應(yīng)器內(nèi)的聚丙烯顆粒的粒徑分布的影響。研究發(fā)現(xiàn)對于預(yù)聚合反應(yīng)器，傳質(zhì)阻力、聚合溫度和催化劑初始粒徑對其顆粒粒徑分布的影響較大，而傳熱阻力、催化劑失活對其粒徑分布的影響較小。對于主聚合反應(yīng)器，聚合溫度、催化劑失活和初始粒徑、丙烯進(jìn)料流速、循環(huán)比以聚并等因素對其顆粒粒徑分布的影響較大，而傳質(zhì)傳熱阻力對其粒徑分布的影響較小。 研究了不同粒徑配比的催化