淤浆法聚乙烯搅拌反应釜流场分析

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高密度聚乙烯应用广泛,淤浆法高密度聚乙烯搅拌聚合釜需要有良好的气相分散以及轴向循环流动才能满足聚合反应的要求。随着高效催化剂的出现,原有结构的聚合釜已不能满足高效生产的需求,因此深入分析搅拌聚合釜流场的影响因素,改进结构十分必要。利用前人搅拌釜的流场试验结果验证了搅拌釜中气液两相模拟用到的CFD耦合模型。对某厂淤浆法高密度聚乙烯搅拌聚合釜进行了流场分析,该釜由上到下有四层搅拌器即两个四叶轴流推进桨、一个下压六折叶桨、一个六弯叶桨,内有盘管可以控制釜内流体温度和流型,乙烯气体下部进料。计算表明该釜气含率较低,平均气泡直径偏大,致使相界面积偏小,理想的轴向循环没有形成。为了解决六弯叶桨不能阻止进气沿搅拌轴轴向流动问题,尝试更换底层桨为Rushton桨,数值模拟结果表明整体平均气含率可提升4%,平均气泡直径减小9%,相界面积增加13%,液相轴向速度与径向速度在大部分位置均有略微提升,轴向循环流量整体略有增加,由于Rushton桨湍流扩散和剪切力方面均更强,混合时间减小了12%,搅拌功率上升了20%达到了18 k W左右。整体来看综合性能有所改善,但轴向循环方向问题并未解决且底部气含率仍较低。在更换底层桨为Rushton桨的基础上,对进气结构进行了改进,去除了底部乙烯气体入口,更换成了四根从搅拌釜顶部封头处延伸到搅拌釜底部紧贴盘管内侧的进气管路,为使进气管底端在桨叶下方将底部的Rushton桨高度提升150 mm,其余参数不变。更改进气结构之后平均气含率提升6.33%,平均气泡直径减小10.52%,相界面积增加20.32%,釜内流场结构增加多处明显涡旋,轴向速度方向与理想的轴向循环速度方向相同。气相分布均匀,解决了未更换进气结构搅拌釜底部气含率较低的问题。大尺寸气泡占比明显减少,中小气泡尺寸占比明显提高。轴向循环流量大幅度提高,混合时间减少22.6%。搅拌功率最终稳定在28.41 k W。可基本满足高效催化剂的对搅拌釜的性能需求。
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