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  • 環管反應器中穩态操作的丙烯液相本體聚合的模拟

  • 時間2013-11-13 14:32作者admin浏覽次數

 

 
 
摘要:采用機理建模方法,研究了丙烯在環管反應器中的液相本體聚合過程。基下流體全混流流動模式并聯 用機理分析方法,建立了環管反應器中的丙烯液相本體聚合的微觀數學模型,模拟了在穩态操作條件下環管 反應器中丙烯液相本體聚合動力學。以采集到的工業數據對模型進行了考核。從反成器内反應物料密度和聚 合物熔融指數來看,模拟結果與工業現場采集數據相吻合。采用模型考察了穩态下,主要工藝條件對丙烯聚 合過程的影響。結果表明,丙烯轉化率和聚合産物質均相對分子質量均随聚合溫度升高而增加;随丙烯進料 量的增加,轉化率下降,聚合産物質均相對分子質董則先增加後減小;随催化劑鎮的增加,轉化率與聚合産 物質均相對分子質量均增加;而H2進料量對轉化率沒有影響,但增加h2進料童将導緻聚合産物質均相對分 子質量下降。
 
聚丙烯(PP)是一類通過丙烯聚合得到的熱塑性材料。自1957年工業化以來,由于性能優異、原料 來源豐富,巳成為通用樹脂中發展最快的一種[1]。
 
近40年來,PP的生産工藝不斷發展,由最初的漿料法發展到目前廣泛使用的液相本體法和氣相 法。自1980年高效載體催化劑在本體聚合裝置上應用以來,液相本體聚合工藝越來越受到人們的重視 并得到迅速發展,已成為我國PP工業中的主要生産工藝。
 
有關烯烴(包括丙烯)聚合的計算機模拟,國外主要集中在聚合機理及聚合物顆粒間傳熱與傳質過程 方面[蔔4」;國内則主要針對連續攪拌釜反應器和環管反應器中的聚合過程得到固含率(轉化率)、 床層溫度和熔融指數等參數的變化規律。針對環管液相反應器,并結合工業現場數據,采用機理建模法 進行模型化的研究還不多。
 
筆者針對環管中液相本體法(SpheHpol工藝)的丙烯聚合過程進行了模型化研究。在分析其反應機 連的基礎上,利用生成函數法建立了聚合過程的動力學模型,對PP生産過程進行模拟與仿真。
 
1環管反應器簡介
 
Spheripol工藝的核心裝置是環管反應器[9_te]。環管反應器主要由一個封閉的環形主管道構成,環 管的橫截面是圓形且均勻。反應器操作時,反應的混合物漿料被軸流泵推動在環管中高速流動,充滿環 管,使物料達到充分混合。環管反應器帶有夾套,夾套内通人冷卻水,用以帶走聚合反應産生的熱量, 控制聚合溫度。
 
2丙烯聚合機理分析
 
丙烯聚合為配位陰離子聚合,普适的基元反應主要由鍊引發、鍊增長、鍊轉移、鍊終止等組成。由 此建立的模型[I蔔⑴适用于丙烯聚合(含共聚)。鍊轉移反應除考慮向隻2轉移外,還考慮其它轉移,如 向丙烯單體、烷基鋁的轉移。考慮到所研究的反應屬于丙烯均聚,聚合機理可用下列基元反應表示: 鍊引發反應:
3模型的建立
 
在實際工業生産中,環管反應器的循環比(循環物料體積流量(Q)/移出體積流量(Qw))大于loo。 這種情況下,反應器的總體效應相當于全混流反應器(CSTR)[9m3]。此外,建模時還需以下假 設[n_13]: (1)反應介質近似均勻,流動屬于湍流,每個活性中心在環管内分布均勻;(2)忽略氣、液、 固三相間的傳質、傳熱阻力,忽略擴散作用對丙烯聚合的影響,忽略丙烯聚合熱引起的反應器溫度變 化;(3)等活性假定,即鍊增長、終止及轉移反應的動力學參數與鍊長無關;(4)除上節所描寫的鍊轉移 反應外,不考慮其外鍊轉移反應。
 
根據上述假設,結合聚合機理,并耦合CSTR反應器模型,對反應中各物料進行衡算。建立一般 矩方程組[12\由于模拟的是穩态操作條件,因此,各方程等于0。方程組由式(8)(13)組成。
 
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