探析环管反应器中丙烯聚合过程的介观尺度模拟

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1、厦门大学硕士学位论文环管反应器中丙烯聚合过程的介观尺度模拟姓名：温少桦申请学位级别：硕士专业：化学工程指导教师：罗正鸿20080601厦门大学硕士学位论文摘要工业上，通常可以采用搅拌釜、流化床或环管反应器(工艺)来生产聚丙烯(PP)产品。其中，环管工艺具有结构简单、操作成本低和良好的散热效果的优点，目前已成为聚丙烯生产的主要工艺之一。在我国，采用环管工艺的生产装置有十几套，约占聚丙烯总生产能力的35％。然而，国内外对环管聚丙烯工艺的研究并不是很多，尤其在介观(颗粒)尺度上的模型研究就更少。在环管反应器聚丙烯生产过程中，聚丙烯颗粒内部的丙烯浓度

2、和温度分布直接影响聚丙烯的分子量分布和聚合反应速率，并影响反应器内的颗粒粒径分布；而聚丙烯颗粒粒径分布影响着反应器的气力输送、后处理工序生产成本和最终的聚丙烯物性，特别是对于环管反应器后连有流化床反应器的工艺有重要影响。因此，有必要从介观(颗粒)尺度上对环管反应器进行研究，分析反应器内的聚丙烯颗粒内部的丙烯浓度、温度分布和颗粒增长情况，并对颗粒群的粒径分布情况进行研究，分析各种因素对颗粒粒径分布的影响。本文从介观尺度对环管反应器的聚丙烯生产过程进行模型研究，主要的研究内容及所取得的研究结果如下：1、较全面分析与总结了烯烃聚合过程的介观尺度模型

3、研究进展：首先，介绍了几种主要的聚合物单颗粒模型，简述了目前各模型在烯烃聚合研究的应用情况和研究进展，并对这几种模型的特点进行了比较。然后，介绍聚烯烃反应器的颗粒粒径分布的研究情况。2、在论述了多层模型的原理与模型求解的基础上，运用多层模型，对环管反应器内的聚丙烯颗粒进行研究，分析了聚丙烯颗粒内的丙烯浓度和温度分布、以及颗粒的增长情况。研究发现：聚丙烯颗粒内的温度梯度较小，而颗粒的传质阻力作用较明显。在聚合初期，颗粒内的丙烯浓度和温度梯度较大。分析了三种不同聚合速率曲线下的聚丙烯颗粒内部的丙烯浓度和温度分布情况。模拟结果表明，对于初始活性很高

4、的催化剂，在聚合初期，聚丙烯颗粒内会有较大的升温，可能造成聚丙烯颗粒的软化。3、考虑聚丙烯颗粒内的传质传热的影响，提出将颗粒多层模型与粒群衡算厦门人学硕士学位论文模型结合在一起，建立了一个改进的粒群衡算模型，对环管反应器内的丙烯聚合过程的颗粒粒径分布进行研究：研究了传质传热阻力、聚合温度、催化剂失活和初始粒径等因素，对预、主聚合反应器内的聚丙烯颗粒的粒径分布的影响。研究发现对于预聚合反应器，传质阻力、聚合温度和催化剂初始粒径对其颗粒粒径分布的影响较大，而传热阻力、催化剂失活对其粒径分布的影响较小。对于主聚合反应器，聚合温度、催化剂失活和初始粒

5、径、丙烯进料流速、循环比以聚并等因素对其颗粒粒径分布的影响较大，而传质传热阻力对其粒径分布的影响较小。研究了不同粒径配比的催化剂颗粒进料对主聚合反应器内的颗粒粒径分布的影响。采用实际的生产操作条件数据，针对实际工厂使用的催化剂存在粒径分布的实际情况，模拟环管反应器内的聚丙烯颗粒的粒径分布。模型结果与工厂数据比较吻合。关键词：丙烯聚合、环管反应器、介观尺度模拟本课题获得2007年度中国石油化工集团股份有限公司兰州炼油化工有限公司研究基金资助。II厦门大学硕士学位论文AbstractPolypropylene(PP)callbeproducedi

6、nvariousreactorsinindustry,suchasallautoclave，fluidized-bedreactor,orloopreactor．Thelastoneisthemostimportantatpresent，forthesimpleconstructionandoperation，lowcostandhighheattransfereffectivenessofloopreactors．InChina,therehavebeenmorethantenprojectsproducingPPbyloopreactor

7、s，about35％oftotalproductionability．However,therehavebeenrelativelyfewpublicationsaboutmodelingloopreactorsforolefinpolymerization，particularlyatthemecoscale．InthePPproduceprocess，thepropyleneconcentrationandtemperatureinPPparticlesdirectlyinfluencemolecularweightdistributio

8、n(MWD)andpolymerizationrateofPP,andalsoinfluenceparticlesizedistribution(PSD)inthe