聚丙烯工藝條件與產(chǎn)品性能適應(yīng)性的研究.pdf

1、聚丙烯是近年來增長最為迅速的合成樹脂，而且其潛在的應(yīng)用領(lǐng)域還相當廣泛，已成為一個研究熱點，包括了理論界和工業(yè)界，研究內(nèi)容涵蓋的范圍很寬，既有催化劑、工藝過程，也有加工技術(shù)、改性及應(yīng)用等。作為工業(yè)部門來說，開發(fā)新牌號，必須掌握產(chǎn)品性能和工藝條件的關(guān)系，通過工藝操作條件的變化來適應(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，它可以指導生產(chǎn)商根據(jù)客戶對產(chǎn)品性能的要求來組織生產(chǎn)，實現(xiàn)對客戶的量身定制，這有利于企業(yè)參與市場競

2、爭。在中國，樹脂生產(chǎn)單位所擁有的牌號很少，一些高附加值的專用料，很難與國外企業(yè)進行競爭。因此進行這方面的研究很有現(xiàn)實意義，既能創(chuàng)造良好的經(jīng)濟效益，又能獲得很好的社會效益。 本研究主要針對揚子公司Hypol聚丙烯生產(chǎn)工藝進行模擬，建立聚合工藝條件與樹脂最終性能之間的模型，并結(jié)合研究院先進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，從而指導工業(yè)裝置對生產(chǎn)某種聚丙烯牌號的工藝調(diào)整，達到最終的性能要求。針對這一目標，本研究工作包括

3、了下面的研究內(nèi)容。 首先對丙烯聚合過程進行了分析，探索了對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、給電子體對等規(guī)度的影響、預聚合工藝對產(chǎn)品顆粒形態(tài)及聚合工藝等的影響，在機理上對這些影響因素進行了分析，并就如何在工藝操作中利用這些影響因素作了討論。 動力學基礎(chǔ)數(shù)據(jù)和基本傳遞參數(shù)是過程建模的基礎(chǔ)，針對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)的獲取方法和實驗路線，獲得了在液相本體聚合過程中催化劑得率隨時間

4、的變化關(guān)系及相應(yīng)的基礎(chǔ)參數(shù)。 作為過程建模的基礎(chǔ)，首先對間隙聚合過程進行了仿真研究，特別研究了非均相體系伴有擴散的聚合反應(yīng)過程，在聚合物顆粒尺度上，著重分析了擴散對聚合過程的影響。擴散導致了顆粒上單體濃度存在著分布，這樣導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，由于擴散的存在，隨著聚合的進行，粒徑有趨向均一的可能，而使得粒徑分布變窄。 在連續(xù)工藝的建模過程中，結(jié)合了商業(yè)工藝

5、中各種反應(yīng)器型式的特點，利用總量平衡建模方法，以催化劑停留時間分布、催化劑顆粒的粒徑分布為變量來推導表征聚合物的各個參數(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、停留時間、聚合物粒徑等變量在不同反應(yīng)器型式中的情況，通過這些結(jié)果，可以比較各反應(yīng)器的聚合特點。連續(xù)釜式攪拌反應(yīng)器具有很寬的停留時間分布，因此表征聚合物的各參數(shù)的分布也

6、較寬，這類反應(yīng)器通常是多釜串連使用以使停留時間分布變窄；立式氣相攪拌床反應(yīng)器可以當作CSTR處理；而臥式氣相攪拌床反應(yīng)器則可以當作多個CSTR串連處理，因此具有最窄的停留時間分布；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)的計算方法，考察了反應(yīng)器停留時間分布對連

7、續(xù)穩(wěn)態(tài)工藝中聚合物微觀結(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)用實例，利用前面的研究成果，對Hypol工藝進行了深度剖析，并對通過Hypol工藝生產(chǎn)抗沖聚丙烯和PPR管材料的生產(chǎn)過程進行了仿真研究，分析了生產(chǎn)這兩種產(chǎn)品時工藝過程對產(chǎn)品微觀結(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兩個表征參數(shù)的共同作用，這

8、兩個參數(shù)在連續(xù)工藝中，實質(zhì)是受各個反應(yīng)階段的平均停留時間制約，在均聚階段，如果有長的停留時間，那么在均聚階段的聚合量將很大，同時由于催化劑存在衰減，導致了最后階段的共聚合量很低，從而使得在整個流程中共聚物含量較??；而共聚物中乙烯含量由于和催化機理密切相關(guān)，Ti3+向Ti2+的轉(zhuǎn)變有利于乙烯的聚合，而Ti2+的量的多少，取決于整個流程的平均停留時間的長短，停留時間越長，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)過程中控制的重點，特別在對總乙烯含量、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，對該階段進行適當?shù)目刂?，會對聚合物性能有適當?shù)母纳啤?通過對本項目的研究，其意義在于有利于工藝條件的優(yōu)化，降低生產(chǎn)成本；可以改善對工藝過程的控制，提高產(chǎn)品的質(zhì)量、減少不合格產(chǎn)品的數(shù)量；對于新產(chǎn)品、新牌號的開發(fā)，更有