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《聚丙烯环管反应器的动力学特征》由会员上传分享，免费在线阅读，更多相关内容在行业资料-天天文库。
1、第12卷第3期化学反应工程与工艺Vol.12,No.31996年9月ChemicalReactionEngineeringandTechnologySept.,1996聚丙烯环管反应器的动力学特征崔波马青曹长青朱兆友张青瑞刘吉照王洪涛(青岛化工学院,青岛266042)(齐鲁石化公司塑料厂,淄博255411)摘要讨论了聚丙烯环管反应器内聚丙烯反应机理,反应速率;以齐鲁石化公司塑料厂的实际运行数据为基础,建立了物热衡算数学模型;并通过对模型求解,得到了反应器内的聚合速率,固含率在不同产量下随温度的变化规律,通过分析得出其温度
2、的最佳操作域。关键词:环管反应器丙烯聚合动力学丙烯本体聚合1前言20世纪50年代,由于四氯化钛烷基铝为主要组分的烯烃聚合催化剂的开发、使用,制[1]备了等规度、强度和熔点较高的聚丙烯产品。但由于催化剂活性不高,反应一般在搅拌槽式反应器中进行。随着催化剂活性和选择性的不断提高,聚合速率加快。1961年,Philips公司首次应用了环管反应器进行聚丙烯生产,克服了搅拌槽式反应器进行烯烃聚合反应时,聚合物易在器壁和搅拌浆上沉积与传热性能差的缺点;可以允许反应在较高的烯烃单体浓度下进行;降低了[2]成本和操作费用,称为第一代本体
3、聚合工艺。该工艺的缺点是产率较低,并且为了保证丙烯单体处于液态而需要较高的压力。至80年代,第二代本体聚合工艺降低了反应温度和压力,最高固含率可达60%。该工艺所用的反应器有Himont公司的管式环形反应器(简称环[2]管反应器)和Eipaso公司的液体沸腾池式反应器,但后者的体积比前者大得多。环管反应器内高固含率的浆液在轴流泵的推动下作高速循环流动,使反应物料充分混合,再加上反应器具有很大的长径比,易于移热,能使反应几乎在等温下进行。分析工业规模反应器的动力学特征、动力学参数、反应器内固含率随温度的变化规律,寻求其最适
4、宜的温度操作范围,对聚丙烯的生产有很重要的意义。本文分析了齐鲁石化公司塑料厂从Himont公司引进的环管反应器系统和液相丙烯本体聚合过程,建立了聚合速率、物、热衡算模型,并将实际运行数据代入模型求解,得到了聚合速率和固含率随温度的变化关系与最佳的温度操作范围。2丙烯聚合反应机理和反应速率方程聚丙烯生产以丙烯、乙烯、丁烯等烯烃为原料,以氢气为分子量调节剂,进行配位阴离子1995-10-23收到初稿,1996-04-04收到修改稿。联系人及第一作者:崔波,女,51岁,副教授。264化学反应工程与工艺1996年的定向聚合,得到
5、所需要的等规均聚物、无规共聚物和多相聚合物。2.1丙烯聚合机理以均聚物为例,反应式如下[催化剂]nCH2CHCH2CHn(2-1)40～70℃3.0～5.0MPaCH3CH3丙烯分子含有活泼的键,能被钛系络合催化剂吸附或配位,双键极化,使丙烯单体插入钛、碳键之间,接在阴离子上形成活性链,其反应步骤主要有**C+MP1链引发(2-2)**P1+MP2链传递(2-3)**Pi-1+MPi**Pi+MPi+P1链转移(2-4)**Pi+H2Pi+C**PiPi+C链终止Donor(2-5)**PiPi+C*+-其中:C
6、——[Cat.]——R,催化剂活性中心,[Cat.]表示催化剂;*P1——[Cat.]CH2CHR,始发活性链;CH3*Pi——[Cat.]CH2CHiR,活性链;CH3Pi——CH2CHi,死聚体;CH3M,Donor——分别表示丙烯单体和给电子体。2.2反应速率方程在封闭体系实验中,聚合反应开始时,由于活性中心浓度很大,链引发速率很快,可以忽[3]略不计,只考虑链生成速率,将反应视为1级反应,10min后转为2级。资料[4]则给出了更为详细的机理步骤和速率方程,并考虑了活性中心传递,各种组分和有毒物质所引起的
7、链[4]终止和活性中心失活。综合考虑上述机理和有关文献,本文应用了下列速率方程*聚合速率:rp=kp[M][C](2-6)0.5*链转移速率:-rtr=ktr[H2][C](2-7)*催化剂失活速率:-rd=kd[C](2-8)E*式中反应速率常数均符合Arrhenius方程,即k=k0exp(-)。其中[M]、[C]、[H2]分别RT3代表丙烯单体、催化剂活性中心、氢气的浓度,kmol/m。第3期聚丙烯环管反应器的动力学特征2653数学模型的建立和求解3.1数学模型的建立齐鲁石化公司塑料厂用于丙烯聚合的反应器为3个串联
8、的带有夹套水移热的轴流封闭式环管反应器,分别为预聚合反应器R200,主反应器R201和R202。2个主反应器结构完全相同(图1所示),但进、出料位置不同。由于反应器的长径比(>300)和物料流动的循环比(循环物料质量流率与总物料质量流率的比值,即GR∶G≥0.99)都很大,返混准数小(表1所示),物料混合均匀,因而反
