聚丙烯工藝條件與產(chǎn)品性能適應(yīng)性的研究.pdf

1、聚丙烯是近年來(lái)增長(zhǎng)最為迅速的合成樹(shù)脂，而且其潛在的應(yīng)用領(lǐng)域還相當(dāng)廣泛，已成為一個(gè)研究熱點(diǎn)，包括了理論界和工業(yè)界，研究?jī)?nèi)容涵蓋的范圍很寬，既有催化劑、工藝過(guò)程，也有加工技術(shù)、改性及應(yīng)用等。作為工業(yè)部門(mén)來(lái)說(shuō)，開(kāi)發(fā)新牌號(hào)，必須掌握產(chǎn)品性能和工藝條件的關(guān)系，通過(guò)工藝操作條件的變化來(lái)適應(yīng)不同性能要求的產(chǎn)品，因此掌握產(chǎn)品性能與工藝條件之間的關(guān)系尤其重要，它可以指導(dǎo)生產(chǎn)商根據(jù)客戶(hù)對(duì)產(chǎn)品性能的要求來(lái)組織生產(chǎn)，實(shí)現(xiàn)對(duì)客戶(hù)的量身定制，這有利于企業(yè)參與市場(chǎng)競(jìng)

2、爭(zhēng)。在中國(guó)，樹(shù)脂生產(chǎn)單位所擁有的牌號(hào)很少，一些高附加值的專(zhuān)用料，很難與國(guó)外企業(yè)進(jìn)行競(jìng)爭(zhēng)。因此進(jìn)行這方面的研究很有現(xiàn)實(shí)意義，既能創(chuàng)造良好的經(jīng)濟(jì)效益，又能獲得很好的社會(huì)效益。 本研究主要針對(duì)揚(yáng)子公司Hypol聚丙烯生產(chǎn)工藝進(jìn)行模擬，建立聚合工藝條件與樹(shù)脂最終性能之間的模型，并結(jié)合研究院先進(jìn)的小聚裝置和中試裝置，把模擬結(jié)果應(yīng)用到生產(chǎn)裝置上，從而指導(dǎo)工業(yè)裝置對(duì)生產(chǎn)某種聚丙烯牌號(hào)的工藝調(diào)整，達(dá)到最終的性能要求。針對(duì)這一目標(biāo)，本研究工作包括

3、了下面的研究?jī)?nèi)容。 首先對(duì)丙烯聚合過(guò)程進(jìn)行了分析，探索了對(duì)該工藝的一些影響因素，包括了氫氣的分子量調(diào)節(jié)作用、給電子體對(duì)等規(guī)度的影響、預(yù)聚合工藝對(duì)產(chǎn)品顆粒形態(tài)及聚合工藝等的影響，在機(jī)理上對(duì)這些影響因素進(jìn)行了分析，并就如何在工藝操作中利用這些影響因素作了討論。 動(dòng)力學(xué)基礎(chǔ)數(shù)據(jù)和基本傳遞參數(shù)是過(guò)程建模的基礎(chǔ)，針對(duì)Hypol工藝的液相本體聚合方式，架構(gòu)了相關(guān)基礎(chǔ)數(shù)據(jù)的獲取方法和實(shí)驗(yàn)路線(xiàn)，獲得了在液相本體聚合過(guò)程中催化劑得率隨時(shí)間

4、的變化關(guān)系及相應(yīng)的基礎(chǔ)參數(shù)。 作為過(guò)程建模的基礎(chǔ)，首先對(duì)間隙聚合過(guò)程進(jìn)行了仿真研究，特別研究了非均相體系伴有擴(kuò)散的聚合反應(yīng)過(guò)程，在聚合物顆粒尺度上，著重分析了擴(kuò)散對(duì)聚合過(guò)程的影響。擴(kuò)散導(dǎo)致了顆粒上單體濃度存在著分布，這樣導(dǎo)致了不同的聚合速率，由此產(chǎn)生了很寬的分子量分布。而在顆粒粒徑上，雖然初始存在著粒徑分布，由于擴(kuò)散的存在，隨著聚合的進(jìn)行，粒徑有趨向均一的可能，而使得粒徑分布變窄。 在連續(xù)工藝的建模過(guò)程中，結(jié)合了商業(yè)工藝

5、中各種反應(yīng)器型式的特點(diǎn)，利用總量平衡建模方法，以催化劑停留時(shí)間分布、催化劑顆粒的粒徑分布為變量來(lái)推導(dǎo)表征聚合物的各個(gè)參數(shù)的分布情況，并獲取聚合物的平均表征量，從而建立工藝與性能的關(guān)聯(lián)。在仿真中，比較了相同工藝條件下不同反應(yīng)器型式的聚合結(jié)果，特別考察了催化劑得率、反應(yīng)器產(chǎn)量、停留時(shí)間、聚合物粒徑等變量在不同反應(yīng)器型式中的情況，通過(guò)這些結(jié)果，可以比較各反應(yīng)器的聚合特點(diǎn)。連續(xù)釜式攪拌反應(yīng)器具有很寬的停留時(shí)間分布，因此表征聚合物的各參數(shù)的分布也

6、較寬，這類(lèi)反應(yīng)器通常是多釜串連使用以使停留時(shí)間分布變窄；立式氣相攪拌床反應(yīng)器可以當(dāng)作CSTR處理；而臥式氣相攪拌床反應(yīng)器則可以當(dāng)作多個(gè)CSTR串連處理，因此具有最窄的停留時(shí)間分布；氣相流化床反應(yīng)器由于存在顆粒粒徑選擇的影響，反應(yīng)器出口粒徑分布更均勻。研究中還考察了各種反應(yīng)器的聚合結(jié)果受操作參數(shù)的影響情況。 性能決定于結(jié)構(gòu)，在單釜工藝條件下，建立了聚合物分子量分布以及共聚組成等聚合物表征參數(shù)的計(jì)算方法，考察了反應(yīng)器停留時(shí)間分布對(duì)連

7、續(xù)穩(wěn)態(tài)工藝中聚合物微觀(guān)結(jié)構(gòu)的影響，并比較了不同反應(yīng)器型式下的聚合物微結(jié)構(gòu)的差異。 作為應(yīng)用實(shí)例，利用前面的研究成果，對(duì)Hypol工藝進(jìn)行了深度剖析，并對(duì)通過(guò)Hypol工藝生產(chǎn)抗沖聚丙烯和PPR管材料的生產(chǎn)過(guò)程進(jìn)行了仿真研究，分析了生產(chǎn)這兩種產(chǎn)品時(shí)工藝過(guò)程對(duì)產(chǎn)品微觀(guān)結(jié)構(gòu)的影響，并提出了相關(guān)的操控策略。 抗沖聚丙烯中共聚組成是影響聚合物性能的關(guān)鍵，而共聚組成是受聚丙烯中共聚物含量和共聚物中的乙烯含量?jī)蓚€(gè)表征參數(shù)的共同作用，這

8、兩個(gè)參數(shù)在連續(xù)工藝中，實(shí)質(zhì)是受各個(gè)反應(yīng)階段的平均停留時(shí)間制約，在均聚階段，如果有長(zhǎng)的停留時(shí)間，那么在均聚階段的聚合量將很大，同時(shí)由于催化劑存在衰減，導(dǎo)致了最后階段的共聚合量很低，從而使得在整個(gè)流程中共聚物含量較?。欢簿畚镏幸蚁┖坑捎诤痛呋瘷C(jī)理密切相關(guān)，Ti3+向Ti2+的轉(zhuǎn)變有利于乙烯的聚合，而Ti2+的量的多少，取決于整個(gè)流程的平均停留時(shí)間的長(zhǎng)短，停留時(shí)間越長(zhǎng)，Ti2+的量越大，越有利于乙烯的聚合，因此共聚物中乙烯含量就較高。

9、 在Hypol工藝上生產(chǎn)PPR管材料，液相釜是生產(chǎn)過(guò)程中控制的重點(diǎn)，特別在對(duì)總乙烯含量、分子量的控制上應(yīng)集中在液相釜上，而氣相釜中由于聚合量較少，其對(duì)主要性能的影響較小，但由于低分子量部分的產(chǎn)品集中在氣相釜中生成，對(duì)該階段進(jìn)行適當(dāng)?shù)目刂?，?huì)對(duì)聚合物性能有適當(dāng)?shù)母纳啤?通過(guò)對(duì)本項(xiàng)目的研究，其意義在于有利于工藝條件的優(yōu)化，降低生產(chǎn)成本；可以改善對(duì)工藝過(guò)程的控制，提高產(chǎn)品的質(zhì)量、減少不合格產(chǎn)品的數(shù)量；對(duì)于新產(chǎn)品、新牌號(hào)的開(kāi)發(fā)，更有