聚乙烯氣固流化床的基本流動參數(shù)的測定.pdf

1、氣相流化床乙烯聚合生產(chǎn)工藝中,分布板是保證氣固流化床具有良好而穩(wěn)定的流態(tài)化狀態(tài)的重要構(gòu)件,直接影響流化床內(nèi)顆粒的流動模式和流化均勻性,是流化床聚合反應(yīng)器設(shè)計所必需考慮的關(guān)鍵部件.尋找能快速、準(zhǔn)確、靈敏、環(huán)保地測定聚乙烯氣固流化床中包括起始流化速度、流動模式、流化均勻性和分布板上死區(qū)在內(nèi)的基本流動參數(shù)的方法,繼而揭示不同分布板的優(yōu)劣性,不僅有助于加深對流化床聚合反應(yīng)器的認識、加快分布板的改造和設(shè)計,而且對于聚合反應(yīng)的安全生產(chǎn)和優(yōu)化操作、工

2、業(yè)反應(yīng)器的開發(fā)設(shè)計具有重要的指導(dǎo)意義.針對目前聚乙烯氣固流化床分布板存在著抗沉積能力不強、穩(wěn)定性不高、易被活性物質(zhì)堵塞等缺陷,本文設(shè)計了新型的抗沉積分布板,并以三種不同結(jié)構(gòu)的分布板為參照,采用聲發(fā)射檢測技術(shù),研究測定聚乙烯氣固流化床包括起始流化速度、顆粒的流動模式等基本流動參數(shù),在線檢測分布板上死區(qū)的存在與否和風(fēng)帽的射流特性,為分布板的設(shè)計和篩選提供了新的方法.本論文主要的創(chuàng)新性工作包括: (1)設(shè)計并制備了適用于聚乙烯氣固流化

3、床的新型抗沉積分布板,該分布板具有抗沉積能力強、物料流化充分、基本沒有死區(qū)、生產(chǎn)穩(wěn)定、操作靈活和生產(chǎn)周期長等優(yōu)點. (2)利用聲發(fā)射檢測技術(shù),在分布板下采集氣固流化床顆粒作用于分布板產(chǎn)生的聲信號,結(jié)合頻譜分析,提出聲發(fā)射測量起始流化速度和起始湍動速度判據(jù),即當(dāng)聲信號的能量比或均方差比達到最大值時的表觀氣速為起始流化速度,當(dāng)聲信號的能量比或均方差比達到次最大值時的表觀氣速為起始湍動速度. 同時,通過對聲波信號的多尺度小波或

4、小波包分析,發(fā)現(xiàn)各尺度能量分率隨氣速變化存在著規(guī)律性的演化行為,建立了顆粒流化的能量分配理論,包括能量一次分配理論和能量再分配理論.基于氣固流化床顆粒流化的能量分配理論,提出了判斷起始流化速度和起始湍動速度的新方法,即能量達到第一次分配平衡時,氣速為起始流化速度,當(dāng)能量達到再分配平衡時,氣速為起始湍動速度. 根據(jù)兩種判據(jù)得到的聚乙烯起始流化流化速度均為0.08 m/s,與經(jīng)典的壓差法和文獻上的壓力脈動法測得的起始流化速度完全一致

5、. (3)采用聲發(fā)射檢測技術(shù),通過測量氣固流化床聲能量的軸向分布,獲得了裝載不同分布板時氣固流化床的顆粒流動模式.研究表明,顆粒的流動模式和分布板結(jié)構(gòu)密切相關(guān),裝載抗沉積分布板或北歐化工分布板時,顆粒的流動模式為帶滯留區(qū)的雙循環(huán)流動模式,而裝載齊魯中試分布板和改進齊魯中試分布板時為無滯留區(qū)的單循環(huán)流動模式. 同時,通過測量氣固流化床壁面不同方位聲能量軸向分布,考察了不同分布板的偏流程度.研究發(fā)現(xiàn),抗沉積分布板和北歐化工分

6、布板流化均勻性較好,而齊魯中試分布板和改進齊魯中試分布板流化均勻性較差,存在著一定程度的偏流. (4)利用聲發(fā)射技術(shù),通過采集分布板下不同位置的聲信號,結(jié)合頻譜分析,發(fā)現(xiàn)聲能量的分布直接反映了分布板死區(qū)的分布,繼而提出了聚乙烯流化床分布板上死區(qū)存在的判斷準(zhǔn)則,即當(dāng)某區(qū)域的聲波能量值與分布板上最大聲波能量值的比值不大于40﹪時,表明該區(qū)域為分布板死區(qū).判據(jù)得到了攝像法的檢驗. 對分布板的死區(qū)研究表明,抗沉積分布板通過采用新

7、型風(fēng)帽,有效地提高了抗沉積分布板風(fēng)帽出口氣體流速,較好地消除了分布板死區(qū),提高了分布板性能.而其它參照分布板均存在著不同程度的死區(qū)區(qū)域,影響流化質(zhì)量. (5)采用聲發(fā)射技術(shù),針對單風(fēng)帽分布板,結(jié)合聲信號的頻譜分析,能夠較為準(zhǔn)確地測量出風(fēng)帽的噴射距離.和攝像法相比,具有較好的精度.實驗結(jié)果表明,新型風(fēng)帽噴射距離為參照風(fēng)帽的兩倍左右,該風(fēng)帽在具有更大的吹掃面積的同時,噴射氣速的變大更能保證大顆粒不在板上沉積,抗沉積能力得到加強.