聚丙烯臥式攪拌床若干反應工程問題的研究.pdf

1、聚丙烯臥式攪拌床反應器是近年來發(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器和高效催化劑，能夠生產均聚物、無規(guī)共聚物和抗沖共聚物等多種性能優(yōu)異的聚丙烯產品。然而，由于臥式攪拌床反應器獨特的物料流動特性，致使裝置不能高負荷操作，且結塊時有發(fā)生，嚴重影響了裝置的“安、穩(wěn)、長、滿、優(yōu)”。因此，有必要對臥式攪拌床反應器的攪拌特性、料位分布規(guī)律和流動特性進行深入研究，以深刻理解反應器的多相流動特征，繼而優(yōu)化操作，提高負荷，

2、增加經濟效益。同時，也為國產臥式攪拌聚合反應器的工藝設計和工程放大提供基礎理論支持。
　　 本論文以氣相法聚丙烯臥式攪拌床反應器工藝為背景，結合理論分析和實驗驗證，通過考察臥式攪拌床反應器的攪拌功率、料位分布和流動特性等基本操作特性，建立了反應器攪拌功率和料面傾斜角的預測模型，獲得了反應器的基本流動規(guī)律。在上述基礎上，針對目前臥式反應器無法準確測定料位和結塊的現(xiàn)狀，利用聲發(fā)射檢測技術，提出了臥式攪拌床反應器料位和結塊檢測的新方法

3、。研究結果對于臥式攪拌聚合反應器的安全生產、優(yōu)化操作和工程放大具有重要的指導意義。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器攪拌功率的影響因素，建立了攪拌功率準數的預測模型，模型能夠較為準確地計算攪拌功率。并提出了工業(yè)攪拌電機的選型原則。
　　 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、攪拌轉速、底部循環(huán)氣、物料性質以及攪拌槳結構之間的關系。研究發(fā)現(xiàn)，攪拌功率隨著加

4、料系數的增加而線性增加；攪拌功率與攪拌轉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性能密切相關，且隨著粉體流動性能的增加而減小。在此基礎上，引入加料系數、速度準數和加料準數等無因次變量，結合粉料物性參數，建立了攪拌功率準數的預測模型。經工業(yè)數據檢驗，模型相對誤差小于7％，故可用于聚丙烯臥式攪拌床反應器攪拌功率的預測，為攪拌電機的選取提供依據。
　　 (2)在系統(tǒng)考察臥式攪拌

5、床反應器料位分布的基礎上，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測模型，模型具有較高的精度。
　　 針對三種不同的槳葉形式，系統(tǒng)考察料位分布與加料系數、攪拌轉速、粉體性質以及底部循環(huán)氣氣量之間的關系。研究結果表明，加料系數、攪拌轉速和粉體性質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。進一步地，通過引入加料系數、速度準數、加料準數等無因次變量，建立了料面傾斜角的預測模型，其預測結

6、果的相對誤差不超過5％。
　　 (3)系統(tǒng)研究了臥式攪拌床反應器的停留時間分布，并采用多級全混釜串聯(lián)模型和返混模型關聯(lián)和模擬停留時間分布，深刻揭示流動特性。
　　 系統(tǒng)考察加料系數、攪拌轉速和進出料速度等操作條件，顆粒流動性，槳葉形式對反應器停留時間的影響，并采用多級全混釜串聯(lián)模型和返混模型對不同操作條件下臥式攪拌床反應器的停留時間分布曲線進行分析。結果發(fā)現(xiàn)，影響反應器流動特性的操作條件有加料系數、攪拌轉速和進出料速度。

7、顆粒的流動性也影響反應器內部的流動，其中，流動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，以門槳攪拌為例，考察不同擋板傾斜角度對停留時間分布的影響。研究發(fā)現(xiàn)，加入擋板后，顆粒的平均停留時間增大。當擋板傾斜角度為18°時，物料的流動更接近平推流。
　　 (4)針對顆粒碰撞壁面產生的聲發(fā)射信號，利用聲發(fā)射檢測技術，分別基于均方差分析和自回歸功率譜對比，建立了臥式攪拌床反應器

8、料位和結塊在線檢測的新方法。
　　 對于顆粒運動碰撞壁面產生的聲發(fā)射信號，利用多點聲發(fā)射檢測技術，結合均方差分析，進行臥式反應器料位的測定，并在工業(yè)裝置實現(xiàn)了實時在線檢測。結果表明，聲發(fā)射技術的料位檢測誤差不超過10％，并且能夠檢測出床層的高、低端料位分布。由此獲得了一種簡單快捷、非侵入式的料位實時測量新方法。
　　 結合自回歸模型(AR模型)，通過計算聲發(fā)射信號的自回歸功率譜，并與正常狀態(tài)下譜圖的對比和方差計算，實現(xiàn)了