气相流化床乙烯聚合生产工艺中,床内的流动模式是流化床聚合反应器设计所必需的基本条件,直接影响到聚合反应特性和传热传质性能,揭示其本质特点及变化规律,不仅有助于从理论上加深对流化床聚合反应器的认识,而且其研究结果对反应器的设计和改造等工业过程开发具有直接的应用价值,对于工业反应器的安全生产、优化操作和产品开发也具有重要的实用价值。因此,研究流化床聚合反应器的流动模式极富有挑战性,成为本论文的主要任务。本研究论文以声波的测量和分析为研究手段,对气相流化床聚合反应器中的流动模式进行了研究。通过研究流化床壁面颗粒的运动活跃程度,获得了流化床內正常情况和故障条件下的流动模式特征,以及流动模式随颗粒粒径和表观气速变化的实验证据,并通过颗粒温度考察了双循环流动模式中滞留区的颗粒活跃程度。本论文主要的创新性工作包括: (1) 在实验室冷模装置和工业热模装置上,气速为0.6 m/s时,得到了平均粒径为511.6 μm高密度聚乙烯、平均粒径为221.2μm双峰聚乙烯和平均粒径为540.0μm线性低密度聚乙烯的颗粒流动模式,研究发现,高密度聚乙烯颗粒和冷凝态下的线性低密度聚乙烯颗粒在流化床内的流型都为带有滞留区的双循环流动模式,而双峰聚乙烯颗粒则是单循环流动模式。 (2) 采用声波测量技术,通过对声信号的能量分析和频谱分析,能够敏感地检测到气固流化床的结块,为实现工业热模装置上结块的预警和实时监控提供了基础。 在实验室冷模装置上,通过加入结块来测定故障条件下双峰聚乙烯在不同气速下的流动模式,研究发现,结块的存在将导致在结块位置声波能量的变化,当加入的结块尺寸增大到一定程度时,流型将发生突变,由单循环流动模式转变为双循环流动模式;同时发现,在结块存在的情况下,气速对流型没有影响。相应的结论获得了工业试验的检验。 (3) 根据Geldart颗粒分类法,将双峰聚乙烯、高密度聚乙烯和油菜籽分别划分