聚丙烯臥式攪拌床反應釜工程放大研究

SPG聚丙烯工藝是我國自行開發成功并具有自主知識產權的聚丙烯工藝,該工藝的產品質量優異,能耗、物耗低,在開發特殊牌號方面的潛力很大,但其核心設備氣相臥式攪拌床反應釜的工程放大研究嚴重滯后,已制約了該工藝的規模化發展和推廣應用。本研究采用了流程模擬研究、實驗室基礎研究和工程設計研究等多種研發手段,對臥式釜的工程放大進行了系統的研究,主要過程和成果如下： 以Polymers Plus化工流程模擬軟件為平臺,選用PC-SAFT狀態方程預測了反應體系熱力學和動力學的物性,結合SPG工藝流程模擬結果和工程經驗,確定了臥式氣相攪拌床反應釜的停留時間和相關工藝設計參數。在實驗室冷模裝置上進行了流動特性的研究,測定不同型式槳葉(葉片槳、T型槳、門槳)的停留時間分布特性,考察有／無擋板及擋板傾角對停留時間的影響,用多級全混釜串聯模型和返混模型分析不同內件配置下臥式釜的返混和流型,實驗及模型分析的結果為槳葉形式的選擇和內件的設計提供了理論指導和依據；通過實驗對三種槳葉進行了攪拌特性的研究：在吹氣／不吹氣條件下測定了三種槳葉攪拌的攪拌軸功率,考察了轉速、加料系數及吹氣流量對功率的影響,通過引入速度準數、加料準數、粉體性質等無因次變量對各攪拌槳的功率準數進行了經驗回歸,得到了攪拌功率的經驗關聯式,驗證結果表明,精度可以滿足工業放大的要求；對三種槳葉的料位分布特性進行了研究,考察了攪拌轉速、加料系數、物料性質以及吹氣對料位分布的影響,通過無因次關聯得到了料面傾角的經驗關聯式,同時利用聲發射裝置采集固體顆粒撞擊器壁而產生的聲發射信號,分別在實驗室冷模裝置和工業熱模裝置上考察了聲發射技術的準確性和可靠性,zui后確定了適用于工業聚合反應器料位檢測的新方法。根據流程模擬確定的工藝參數、基礎實驗結果及功率準數經驗回歸公式,進行了臥式釜工程放大設計的研究,確定了反應釜的外形尺寸、攪拌的功率、反應釜的內部結構、攪拌型式和料位檢測方法等。 通過以上研究工作不僅系統掌握了聚丙烯臥式釜工程放大的準則和關鍵技術,為大型臥式釜的工程設計提供了設計基礎,而且還可為特殊牌號聚丙烯產品的開發提供可能及為新型催化劑的考評提供指導,大大加快了SPG工藝工業化應用的進程,對促進該技術的規模化發展和石化行業聚丙烯產業的發展具有重大意義。