作为冷凝态聚乙烯工艺的核心设备,持液流化床反应器的稳定、安全和高效运行一直是工业生产最为重要的问题。工业持液流化床装置的运行结果显示,在冷凝液含量较高时,生产负荷的改变和牌号切换过程会导致持液流化床的温度、压力和循环物料的组成等状态变量大幅度波动。究其原因,持液流化床的时空产率通常是气相流化床的2倍以上,且在乙烯聚合过程中通过床层循环物料的移热能力对温度变化更加敏感。液体的存在使得持液流化床的热量和质量传递过程更加复杂,其热稳定性发生改变。因此,若不能深入认识持液流化床的热稳定性,并采取有效的调控措施,将会导致流化床失稳,影响反应器的长周期运行。此外,探究持液流化床中聚乙烯分子链结构的调控机制,对于聚乙烯产品的高性能化具有重大意义。本论文以持液流化床烯烃聚合反应器为研究对象,论文的研究工作分为持液流化床的热稳定性和聚乙烯产品链结构的调控机制两部分,具体包括以下三个方面内容:1.根据持液流化床中气-液-固三相共存的特点,将多组分液体蒸发模型与流化床两相模型耦合,建立了持液流化床反应器模型,考察操作条件对反应器热稳定性的影响。研究发现,反应器温度开环控制时增大催化剂活化能或提高冷凝介质含量,使稳定操作域减小,且系统出现多重稳态;进一步,引入群体平衡方程对持液流化床反应器模型进行修正,考察颗粒生长或团聚导致的颗粒粒径变化对热稳定性的影响,结果表明增大催化剂粒径或减小表观气速,使稳定操作域减小,对反应器热稳定性的影响显著。2.针对乙烯聚合过程,采用BWRS状态方程计算换热器中循环物料的气液平衡,建立包含持液流化床模型和换热器模型的聚合反应系统动态模型,考察操作参数对聚合反应系统热稳定性的影响。在反应器温度开环控制下,根据催化剂进料速率和1-已烯分压将操作域划分为低温稳定区、不稳定区、振荡区、高温稳定区。而在反应器温度闭环控制时,聚合反应系统的稳定操作域显著增大,反应温度的振荡行为由反应器温度控制回路和压力控制回路共同决定。3.通过调控持液流化床中温度分布和浓度分布,进而调节聚乙烯分子链结构。根据流化床中颗粒循环特征,建立持液流化床多区模型。通过去卷积分析聚乙烯的分子量及其分布、共聚组成及分布,结合工业生产数据和持液流化床多区模型,估计多活性中心乙烯和1-已烯共聚合的反应动力学参数。研究发现,随着循环物料中已烯含量的增大,反应器底部温度升高,[H2/C2]减小,[C6/C2]增大,流化床反应器中已烯含量增大,有利于增大聚乙烯整体及其高分子量级份的支化度。