聚丙烯作为一种常用的塑料产品,其产量及使用量逐渐提高。随着经济水平的发展,聚丙烯产品应用的范围越来越广阔,这便对聚丙烯的力学及加工性能提出了更高的要求。传统的聚丙烯生产工艺通过采用反应釜串联生产双峰聚丙烯,即在不同的反应器内生产分子量不同的产品,但由于反应器具有停留时间分布不定,生产所得到的产品均匀性存在缺陷。多区循环生产技术作为一种新型的双峰聚烯烃生产技术于21世纪初提出,其中多区循环反应器为该生产技术核心设备。在生产过程中通过调节气氛及温度控制,使得提升段与下降段内形成两种不同的聚合气氛以分别生产高分子量、低分子量聚合产品,催化剂颗粒在提升段下降段之间连续循环,从而形成逐层包裹的分子级混合的双峰聚丙烯。但在多区反应器中,细粉夹带现象造成循环气换热器堵塞,影响装置长周期运行。此外,反应器产物中出现聚丙烯结块、粘壁,严重时造成装置停车。因此,迫切需要揭示多区反应器内部聚合物颗粒细粉/块料形成的机理,建立循环管线细粉夹带的监控方法和粘壁块料的预警系统,以减少或消除聚合物颗粒细粉引发的换热器堵塞,避免颗粒粘壁结块故障的发生。本论文针对聚丙烯多区循环反应器,采用声发射检测技术,在冷模装置中监测颗粒循环过程中的细粉夹带过程,结合频谱分析和小波分析,构建了细粉夹带速率的声波检测模型,并考察了循环气量、阀门开度、旋风分离器结构等因素对细粉夹带速率的影响;为了建立反应器结块及粘壁的监测预警系统,在冷模装置中采用声发射检测技术,结合频谱分析,提取声信号特征频段的能量建立了结块粘壁的判据。研究结果对于聚丙烯多区反应器工艺安全稳定生产、优化操作条件具有重要的指导意义。论文主要开展了以下三方面的研究工作:本研究的主要结论包括:(1)多区反应器流体力学计算结合循环流化床流体力学基本理论,对多区循环反应器的宏观、局部流体力学特性进行计算。计算结果表明,提升段上部属于快速流化状态,提升段下部处于湍动流化状态与快速流化之间的过渡状态,下降段内流型为移动床。提升段轴向颗粒浓度分布属于单调指数函数分布。提升段径向颗粒浓度分布计算结果表明:提升段内颗粒通量呈典型的环—核型结构,壁面处颗粒浓度高,中心处颗粒浓度低。颗粒团聚物是快速流态化典型的介尺度结果,对该局部流体力学现象计算结果表明:在提升段下部容易形成颗粒聚团且聚团尺寸较大。此外,还对旋风分离器分离效率进行校核。计算结果表明,工业装置中旋风分离器中心管插入深度过长,不仅使得阻力增大,而且使得内外旋流高度减小带来二次夹带的增加,最终导致分离效率降低。(2)细粉夹带速率的声波检测及影响因素研究在冷模装置中,采用声发射技术检测稳定循环过程中的细粉夹带过程,对声波信号进行频谱分析及小波分析,提取代表固体运动信息的特征频段的声波信号能量作为特征参数,建立了细粉夹带量的预测模型。在冷模实验装置中分别考察了旋风分离器进口风速、下降段阀门开度、中心管插入深度与入口高度之比对细粉夹带速率的影响。结果表明:细粉夹带速率随进口风速的增大而增大,随下降段阀门开度的增大而减小,随中心管插入深度与入口高度之比的增大先减小后增大。(3)建立了结块和颗粒粘壁的声波检测方法在冷模装置中通过外加结块及人为制造粘壁的方式模拟工业装置中的结块和粘壁现象。在认识结块运动规律的基础上,通过选取合理的声发射检测位置对结块运动信息进行监测。对声波信号进行频谱分析,并将27.5～35kHz和10～17.5kHz这两个频率范围的声波信号能量的比值R作为特征值,当R值明显增加时,认为有结块出现。对于粘壁现象的声发射检测结果表明:当声波信号频谱特征不发生变化而声波信号能量值减小时,可认为有颗粒粘壁出现。