乙烯氣相聚合流化床反應(yīng)器流動(dòng)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(dòng)模式是流化床聚合反應(yīng)器設(shè)計(jì)所必需的基本條件，直接影響到聚合反應(yīng)特性和傳熱傳質(zhì)性能，揭示其本質(zhì)特點(diǎn)及變化規(guī)律，不僅有助于從理論上加深對(duì)流化床聚合反應(yīng)器的認(rèn)識(shí)，而且其研究結(jié)果對(duì)反應(yīng)器的設(shè)計(jì)和改造等工業(yè)過(guò)程開發(fā)具有直接的應(yīng)用價(jià)值，對(duì)于工業(yè)反應(yīng)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(shí)用價(jià)值。因此，研究流化床聚合反應(yīng)器的流動(dòng)模式極富有挑戰(zhàn)性，成為本論文的主要任務(wù)。本研究論文以聲波的測(cè)量和分析為研究手段

2、，對(duì)氣相流化床聚合反應(yīng)器中的流動(dòng)模式進(jìn)行了研究。通過(guò)研究流化床壁面顆粒的運(yùn)動(dòng)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(dòng)模式特征，以及流動(dòng)模式隨顆粒粒徑和表觀氣速變化的實(shí)驗(yàn)證據(jù)，并通過(guò)顆粒溫度考察了雙循環(huán)流動(dòng)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(shí)驗(yàn)室冷模裝置和工業(yè)熱模裝置上，氣速為0.6m/s時(shí)，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(dòng)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(dòng)模式，而雙峰聚乙烯顆粒則是單循環(huán)流動(dòng)模式。 (2)采用聲波測(cè)量技術(shù)，通過(guò)對(duì)聲信號(hào)的能量分析和頻譜分析，能夠敏感地檢測(cè)到氣固流化床的結(jié)塊，為實(shí)現(xiàn)工業(yè)熱模裝置上結(jié)塊的預(yù)警和實(shí)時(shí)監(jiān)控提供了基礎(chǔ)。 在實(shí)驗(yàn)室冷模裝置上，通過(guò)加入結(jié)塊來(lái)測(cè)定故障條件下雙峰聚乙烯在不同氣速下的流動(dòng)模式，研究發(fā)現(xiàn)，結(jié)

4、塊的存在將導(dǎo)致在結(jié)塊位置聲波能量的變化，當(dāng)加入的結(jié)塊尺寸增大到一定程度時(shí)，流型將發(fā)生突變，由單循環(huán)流動(dòng)模式轉(zhuǎn)變?yōu)殡p循環(huán)流動(dòng)模式；同時(shí)發(fā)現(xiàn)，在結(jié)塊存在的情況下，氣速對(duì)流型沒(méi)有影響。相應(yīng)的結(jié)論獲得了工業(yè)試驗(yàn)的檢驗(yàn)。 (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(guò)聲發(fā)射技術(shù)測(cè)定了不同靜床高和不同氣速下三種顆粒的流動(dòng)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(dòng)模

5、式，B類顆粒為雙循環(huán)的流動(dòng)模式。 (4)通過(guò)聲發(fā)射技術(shù)對(duì)單粒徑和不同平均粒徑顆粒流動(dòng)模式的測(cè)定，發(fā)現(xiàn)不同粒徑的顆粒具有不同的流動(dòng)模式，并且聚乙烯顆粒單、雙循環(huán)的流動(dòng)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(guò)聲發(fā)射技術(shù)測(cè)得的顆粒流動(dòng)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(shí)了氣速的增加有利于床

6、內(nèi)反應(yīng)的進(jìn)行和顆粒的流化。 (5)通過(guò)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(jì)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(jì)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(guò)程中