乙烯氣相聚合流化床反應器流動模式的研究.pdf

1、氣相流化床乙烯聚合生產(chǎn)工藝中，床內(nèi)的流動模式是流化床聚合反應器設計所必需的基本條件，直接影響到聚合反應特性和傳熱傳質(zhì)性能，揭示其本質(zhì)特點及變化規(guī)律，不僅有助于從理論上加深對流化床聚合反應器的認識，而且其研究結(jié)果對反應器的設計和改造等工業(yè)過程開發(fā)具有直接的應用價值，對于工業(yè)反應器的安全生產(chǎn)、優(yōu)化操作和產(chǎn)品開發(fā)也具有重要的實用價值。因此，研究流化床聚合反應器的流動模式極富有挑戰(zhàn)性，成為本論文的主要任務。本研究論文以聲波的測量和分析為研究手段

2、，對氣相流化床聚合反應器中的流動模式進行了研究。通過研究流化床壁面顆粒的運動活躍程度，獲得了流化床內(nèi)正常情況和故障條件下的流動模式特征，以及流動模式隨顆粒粒徑和表觀氣速變化的實驗證據(jù)，并通過顆粒溫度考察了雙循環(huán)流動模式中滯留區(qū)的顆?；钴S程度。本論文主要的創(chuàng)新性工作包括： (1)在實驗室冷模裝置和工業(yè)熱模裝置上，氣速為0.6m/s時，得到了平均粒徑為511.6μm高密度聚乙烯、平均粒徑為221.2μm雙峰聚乙烯和平均粒徑為540.

3、0.μm線性低密度聚乙烯的顆粒流動模式，研究發(fā)現(xiàn)，高密度聚乙烯顆粒和冷凝態(tài)下的線性低密度聚乙烯顆粒在流化床內(nèi)的流型都為帶有滯留區(qū)的雙循環(huán)流動模式，而雙峰聚乙烯顆粒則是單循環(huán)流動模式。 (2)采用聲波測量技術，通過對聲信號的能量分析和頻譜分析，能夠敏感地檢測到氣固流化床的結(jié)塊，為實現(xiàn)工業(yè)熱模裝置上結(jié)塊的預警和實時監(jiān)控提供了基礎。 在實驗室冷模裝置上，通過加入結(jié)塊來測定故障條件下雙峰聚乙烯在不同氣速下的流動模式，研究發(fā)現(xiàn)，結(jié)

4、塊的存在將導致在結(jié)塊位置聲波能量的變化，當加入的結(jié)塊尺寸增大到一定程度時，流型將發(fā)生突變，由單循環(huán)流動模式轉(zhuǎn)變?yōu)殡p循環(huán)流動模式；同時發(fā)現(xiàn)，在結(jié)塊存在的情況下，氣速對流型沒有影響。相應的結(jié)論獲得了工業(yè)試驗的檢驗。 (3)根據(jù)Geldart顆粒分類法，將雙峰聚乙烯、高密度聚乙烯和油菜籽分別劃分為擬A/C類、B類和D類三種顆粒，通過聲發(fā)射技術測定了不同靜床高和不同氣速下三種顆粒的流動模式，研究發(fā)現(xiàn)，擬A/C類和D類顆粒為單循環(huán)的流動模

5、式，B類顆粒為雙循環(huán)的流動模式。 (4)通過聲發(fā)射技術對單粒徑和不同平均粒徑顆粒流動模式的測定，發(fā)現(xiàn)不同粒徑的顆粒具有不同的流動模式，并且聚乙烯顆粒單、雙循環(huán)的流動模式轉(zhuǎn)變發(fā)生在粒徑為0.296～0.328mm之間，此處正是聚乙烯的A類與B類粒子的分界處附近。通過聲發(fā)射技術測得的顆粒流動模式分析，發(fā)現(xiàn)不同粒徑的滯留區(qū)區(qū)域范圍和滯留區(qū)中心位置隨流化數(shù)的增加慢慢變小，而主流區(qū)區(qū)域范圍則隨流化數(shù)的增加逐漸增大，證實了氣速的增加有利于床

6、內(nèi)反應的進行和顆粒的流化。 (5)通過氣固流化床顆粒產(chǎn)生的聲波理論分析和虛擬顆粒溫度理論分析，得到了計算流化床內(nèi)不同高度、氣速下的虛擬顆粒溫度的理論公式。以平均粒徑為0.640mm的聚乙烯顆粒為例，得到了表征顆粒活躍程度的虛擬顆粒溫度計算公式。 基于虛擬顆粒溫度，提出顆粒具有良好流化的判據(jù)：虛擬顆粒溫度大于臨界虛擬顆粒溫度，即T*≥T*cr=(1.5umf)2。如果滿足上述判據(jù)，床內(nèi)的顆粒具有一定的活躍程度，在流化過程中