聚丙烯臥式攪拌床若干反應(yīng)工程問題的研究.pdf

1、聚丙烯臥式攪拌床反應(yīng)器是近年來發(fā)展較為迅速的氣相本體法工藝之一。由于采用接近活塞流的臥式攪拌床反應(yīng)器和高效催化劑，能夠生產(chǎn)均聚物、無規(guī)共聚物和抗沖共聚物等多種性能優(yōu)異的聚丙烯產(chǎn)品。然而，由于臥式攪拌床反應(yīng)器獨(dú)特的物料流動(dòng)特性，致使裝置不能高負(fù)荷操作，且結(jié)塊時(shí)有發(fā)生，嚴(yán)重影響了裝置的“安、穩(wěn)、長、滿、優(yōu)”。因此，有必要對(duì)臥式攪拌床反應(yīng)器的攪拌特性、料位分布規(guī)律和流動(dòng)特性進(jìn)行深入研究，以深刻理解反應(yīng)器的多相流動(dòng)特征，繼而優(yōu)化操作，提高負(fù)荷，

2、增加經(jīng)濟(jì)效益。同時(shí)，也為國產(chǎn)臥式攪拌聚合反應(yīng)器的工藝設(shè)計(jì)和工程放大提供基礎(chǔ)理論支持。
　　 本論文以氣相法聚丙烯臥式攪拌床反應(yīng)器工藝為背景，結(jié)合理論分析和實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證，通過考察臥式攪拌床反應(yīng)器的攪拌功率、料位分布和流動(dòng)特性等基本操作特性，建立了反應(yīng)器攪拌功率和料面傾斜角的預(yù)測(cè)模型，獲得了反應(yīng)器的基本流動(dòng)規(guī)律。在上述基礎(chǔ)上，針對(duì)目前臥式反應(yīng)器無法準(zhǔn)確測(cè)定料位和結(jié)塊的現(xiàn)狀，利用聲發(fā)射檢測(cè)技術(shù)，提出了臥式攪拌床反應(yīng)器料位和結(jié)塊檢測(cè)的新方法

3、。研究結(jié)果對(duì)于臥式攪拌聚合反應(yīng)器的安全生產(chǎn)、優(yōu)化操作和工程放大具有重要的指導(dǎo)意義。論文主要開展了以下四方面的研究工作：
　　 (1)通過系統(tǒng)考察臥式攪拌床反應(yīng)器攪拌功率的影響因素，建立了攪拌功率準(zhǔn)數(shù)的預(yù)測(cè)模型，模型能夠較為準(zhǔn)確地計(jì)算攪拌功率。并提出了工業(yè)攪拌電機(jī)的選型原則。
　　 選用葉片槳、T形槳和門槳三種槳葉形式，考察攪拌功率與加料系數(shù)、攪拌轉(zhuǎn)速、底部循環(huán)氣、物料性質(zhì)以及攪拌槳結(jié)構(gòu)之間的關(guān)系。研究發(fā)現(xiàn)，攪拌功率隨著加

4、料系數(shù)的增加而線性增加；攪拌功率與攪拌轉(zhuǎn)速的一次方近似成正比；底部通入循環(huán)氣后，攪拌功率的減小量不超過10％；攪拌功率與顆粒的堆密度和流動(dòng)性能密切相關(guān)，且隨著粉體流動(dòng)性能的增加而減小。在此基礎(chǔ)上，引入加料系數(shù)、速度準(zhǔn)數(shù)和加料準(zhǔn)數(shù)等無因次變量，結(jié)合粉料物性參數(shù)，建立了攪拌功率準(zhǔn)數(shù)的預(yù)測(cè)模型。經(jīng)工業(yè)數(shù)據(jù)檢驗(yàn)，模型相對(duì)誤差小于7％，故可用于聚丙烯臥式攪拌床反應(yīng)器攪拌功率的預(yù)測(cè)，為攪拌電機(jī)的選取提供依據(jù)。
　　 (2)在系統(tǒng)考察臥式攪拌

5、床反應(yīng)器料位分布的基礎(chǔ)上，提出了表征料位的概念--料面傾斜角，并建立了料面傾斜角的預(yù)測(cè)模型，模型具有較高的精度。
　　 針對(duì)三種不同的槳葉形式，系統(tǒng)考察料位分布與加料系數(shù)、攪拌轉(zhuǎn)速、粉體性質(zhì)以及底部循環(huán)氣氣量之間的關(guān)系。研究結(jié)果表明，加料系數(shù)、攪拌轉(zhuǎn)速和粉體性質(zhì)影響料位分布并決定料面傾斜角的大小。而底部通入循環(huán)氣后，料位基本維持不變。進(jìn)一步地，通過引入加料系數(shù)、速度準(zhǔn)數(shù)、加料準(zhǔn)數(shù)等無因次變量，建立了料面傾斜角的預(yù)測(cè)模型，其預(yù)測(cè)結(jié)

6、果的相對(duì)誤差不超過5％。
　　 (3)系統(tǒng)研究了臥式攪拌床反應(yīng)器的停留時(shí)間分布，并采用多級(jí)全混釜串聯(lián)模型和返混模型關(guān)聯(lián)和模擬停留時(shí)間分布，深刻揭示流動(dòng)特性。
　　 系統(tǒng)考察加料系數(shù)、攪拌轉(zhuǎn)速和進(jìn)出料速度等操作條件，顆粒流動(dòng)性，槳葉形式對(duì)反應(yīng)器停留時(shí)間的影響，并采用多級(jí)全混釜串聯(lián)模型和返混模型對(duì)不同操作條件下臥式攪拌床反應(yīng)器的停留時(shí)間分布曲線進(jìn)行分析。結(jié)果發(fā)現(xiàn)，影響反應(yīng)器流動(dòng)特性的操作條件有加料系數(shù)、攪拌轉(zhuǎn)速和進(jìn)出料速度。

7、顆粒的流動(dòng)性也影響反應(yīng)器內(nèi)部的流動(dòng)，其中，流動(dòng)性差的物料更接近于平推流。相同操作條件下，門槳攪拌的返混最小，而葉片槳的返混最大。
　　 同時(shí)，以門槳攪拌為例，考察不同擋板傾斜角度對(duì)停留時(shí)間分布的影響。研究發(fā)現(xiàn)，加入擋板后，顆粒的平均停留時(shí)間增大。當(dāng)擋板傾斜角度為18°時(shí)，物料的流動(dòng)更接近平推流。
　　 (4)針對(duì)顆粒碰撞壁面產(chǎn)生的聲發(fā)射信號(hào)，利用聲發(fā)射檢測(cè)技術(shù)，分別基于均方差分析和自回歸功率譜對(duì)比，建立了臥式攪拌床反應(yīng)器

8、料位和結(jié)塊在線檢測(cè)的新方法。
　　 對(duì)于顆粒運(yùn)動(dòng)碰撞壁面產(chǎn)生的聲發(fā)射信號(hào)，利用多點(diǎn)聲發(fā)射檢測(cè)技術(shù)，結(jié)合均方差分析，進(jìn)行臥式反應(yīng)器料位的測(cè)定，并在工業(yè)裝置實(shí)現(xiàn)了實(shí)時(shí)在線檢測(cè)。結(jié)果表明，聲發(fā)射技術(shù)的料位檢測(cè)誤差不超過10％，并且能夠檢測(cè)出床層的高、低端料位分布。由此獲得了一種簡單快捷、非侵入式的料位實(shí)時(shí)測(cè)量新方法。
　　 結(jié)合自回歸模型(AR模型)，通過計(jì)算聲發(fā)射信號(hào)的自回歸功率譜，并與正常狀態(tài)下譜圖的對(duì)比和方差計(jì)算，實(shí)現(xiàn)了