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本文在丙烯聚合反应宏观动力学的基础上,对25kt/a间歇液相本体法聚丙烯工业装置聚合过程进行模拟研究,并对聚合工艺操作工艺进行优化分析。
在适当简化丙烯聚合机理基础上,将聚合过程分解为升温阶段和恒温阶段建立聚合反应器模型。采用MathCAD软件解算模型,从反应放热和系统热负荷两个方面模拟分析聚合反应过程。反应前期(<50℃),反应放热约占过程总放热量的2.86%~5.08%,是反应放热最少的阶段,需外界供热以激活反应;中期,反应放热约占过程总放热量的72.7%~78.6%,反应放热集中,外界开始从系统取热,反应进行到67~70min,反应放热达到最大值,热负荷波动频繁,该阶段能耗(换热)约占总能耗(换热)的54~55%。反应前期,控制温度在20min之内达到50℃,有利于降低反应放热峰值;在50℃~75℃升温阶段,以缓和的速度升温,可减少热负荷波动的频率和幅度,降低能耗。
在间歇液相本体法丙烯聚合反应器机理模型的基础上,建立间歇丙烯聚合过程中产品性质模型。采用BWRS状态方程计算氢在氢一丙烯系统气一液平衡常数,分析反应中聚丙烯分子量及分子量分布、熔融指数等参数的变化情况及影响因素。氢在液相中的浓度与温度成正比,与液相固含率成反比,是影响聚丙烯瞬时分子量的主要因素。聚丙烯熔融指数模型由重均分子量关联得到,二者呈反比关系。瞬时分子量和产量是聚丙烯重均分子量和熔融指数的主要影响因素。
从反应釜温度操作和氢气投料方式两方面,对A2操作优化与分析。反应前期将升温速率较原工况提高20%,中期将升温速率降低20%,且在保持过程氢气总投料量不变的条件下,反应前期采用二段氢气投料方式,同原工况相比,可使反应放热峰值降低8.5%,聚丙烯能耗(换热)降低11%,系统热负荷波动幅度减小22.6%;同时,得到的产品熔融指数与原工况基本相同,而分子量分布范围扩大92%,分子量上限提高22.1%。