[发明专利]一种丙烯聚合环管反应器内部压力计算方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种工业丙烯聚合环管反应器内部压力计算方法。

背景技术

Spheripol聚丙烯工艺/装置是目前主要的聚丙烯生产工艺之一，也称为液相本体环管聚合工艺。其中，环管反应器是该工艺核心反应器之一，主要用来生产均聚聚丙烯产品。在采取上述工艺生产聚丙烯过程中，环管反应器内的压力会影响聚合速率、物料进出量及产品质量。此外，由于环管反应器内的丙烯均聚反应为强放热反应，反应剧烈不易控制，进出料流量、物料组成及生产装置实际运行条件的波动都会导致环管反应器内温度及压力的急剧上升，反应器失效，造成严重的安全事故。因此，有必要获得聚丙烯液相环管反应器内的温度、压力和事故排放量的数据。从安全生产角度而言，尤其需要计算环管反应器内部压力。

经过对现有关于工业丙烯聚合环管反应器内部流场计算方法（压力参数属于流场分布参数之一）文献的检索发现，虽然有一大批科学工作者开展工业丙烯聚合环管反应器内部流场参数的模拟与计算工作，但是相关研究集中在环管反应器内的温度、聚丙烯固含率、聚合转化率、聚合物熔融指数及颗粒粒径分布的计算，很少涉及到反应器内部压力的计算。近期，Luo Z.H.等（Luo Z.H.,Su P.L.,Wu W.“Industrial loop reactor for catalytic propylene polymerization:Dynamic modeling at emergency accidents”,Industrial&Engineering Chemistry Research.2010,49:11232-11243）建立了一个计算丙烯聚合环管反应器内部压力模型，模型把丙烯聚合动力学方程、环管反应器动态数学模型、高压液体的状态方程以及环管反应器的进出口物料管口方程进行了耦合，并通过环管两端的压差并结合管口方程来计算内部压力，然而由于进出口物料管口方程中需要太多的待定参数，使得该压力计算模型适用范畴小（只能用来计算双环管反应器工艺，不能用来计算单环管反应器工艺；此外，因为管口方程中许多待定参数与催化剂类型相关，目前难以获取丙烯聚合催化剂类型与这些待定参数的关系，因此丙烯聚合催化剂类型变化容易导致模型计算结果发散，计算无法成功）。

发明内容

为了克服已有的丙烯均聚环管反应器压力计算方法计算精度不高且适用范畴小的不足，本发明提供一种简便有效与低成本并具有适用范畴宽的丙烯均聚环管反应器压力计算方法。本发明直接采用高压液体的状态方程来计算反应器内部压力。其中，状态方程中的温度及密度参数通过聚合环管反应器的动态数学模型计算，动态模型中输入参数与环管两端的物料性能关联。因此，本发明在没有管口方程下仅通过状态方程也能直接计算管内压力，不仅省去了管口方程带来的待定参数多（受计算过程受催化剂类型影响），具有简便的优点。此外，Luo Z.H.等（Luo Z.H.,Su P.L.,Wu W.“Industrial loop reactor for catalytic propylene polymerization:Dynamic modeling at emergency accidents”,Industrial&Engineering Chemistry Research.2010,49:11232-11243）计算方法由于存在管口方程，而这需要管两端存在明显的压差，这个特点主要在双环管中才存在，因此文献中的计算方法仅适用于能存在明显压差的双环管。本发明由于没有管口方程，因此本发明不仅适用于双环管，也适用于单环管，具有更宽的适应范畴。

本发明的主要技术方案为：首先通过环管内部的聚合动力学方程获得主要物料的变化速率，在此基础上求解环管内部的动态反应器数学模型得到各物料的质量浓度、密度及温度，并直接通过高压液体的状态方程得到环管内部的压力数据。

本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：

一种工业丙烯聚合环管反应器内部压力计算方法，所述方法包括如下步骤：

1）、建立丙烯均聚动力学数学模型结构，参见式(1)-(6)：

r_P=k_P[M][C*]   (1)

-r_tr=k_tr[H₂]^0.5[C*]   (2)

-r_d=k_d[C*]   (3)