ПОЛИЭТИЛЕН ВЫСОКОГО ДАВЛЕНИЯ

Многозонный трубчатый реактор

Многозонный трубчатый реактор отличается тем, что в нем по длине реактора с целью повышения его производительности предусматри­вается несколько точек дополнительного ввода свежей реакционной смеси. От выбора числа таких вводов и мест их расположения суще­ственно зависит производительность реактора. Варьируя длину, диамет­ры зон реактора и распределение реакционной смеси по вводам, можно значительно увеличить выход полиэтилена. При этом решается задача как выбора оптимального режима, так и оптимального конструирова­ния реактора.

Математическая модель многозонного реактора аналогична рассмот­ренной выше модели однозонного реактора, если принять ее для одной из зон реактора и пересчитывать начальные условия при переходе от дан­ной зоны к последующей [70].

В первый ввод (в начало реактора) подается поток Crj с концентра­цией этилена [М]01, варьируемой концентрацией инициатора [І]01 и тем­пературой реакционной смеси на входе Т01. Распределение потоков по зонам реактора характеризуется коэффициентами \j/i = Gj/G (i= 1, 2,..., п — число зон). Концентрация этилена в потоках, подаваемых в зоны, постоянна и равна 1, а после смешения основного и дополнительного бокового („подпитывающего") потоков рассчитывается следующим образом:

(5 23)

Где С,- = С/_ і + С0/.

Начальные концентрации инициатора [I],- в каждой зоне варьируются. Концентрация инициатора во вводимом потоке определяется по фор­муле:

И

М і Gi-l[l]K(i-l)------------- „ х ^ • (5'24)

Начальные температуры в каждой зоне реактора — температуры сме­шения — задаются из технологических соображений, а затем рассчитыва­ется требуемая для этого температура реакционной смеси в подпитыва­ющих потоках по зонам реактора:

TiGi - ТІ-і Gi-i Тоі - г ■ (5-25>

Предполагается, что водяная рубашка имеет столько же зон, сколь­ко и реактор. Длины зон рубашки и реактора одинаковы, причем варьи­руемые температуры теплоносителя 0 принимаются постоянными вдоль каждой зоны рубашки. Внутренние диаметры труб реактора для каждой из зон реактора выбирали таким образом, чтобы скорости потоков в зо­нах были одинаковы. Уравнения (5.18)—(5.20) вместе с (5.23)-(5.25) и уравнениями для расчета коэффициента теплопередачи в реакторе и плотности реакционной смеси представляют математическую модель реактора.

В качестве критерия оптимальности, как и ранее, принимается мак­симальная степень превращения этилена в полиэтилен за один проход газа через реактор, т. е. минимум концентрации этилена Мк на выходе из реактора.

При решении задачи налагаются ограничения на фазовую координату Т (температуру в реакторе), общий расход и скорость реакционной смеси, а также на температуру реакционной смеси в боковых потоках Tof - 7-<7-макс. 2 С,- = G; V4<v<vG; Т0(> 7'0Р1ИН

Моделирование показало, что конверсия быстро возрастает с повы­шением температуры по длине реактора, а затем после достижения мак­симальной температуры увеличивается незначительно. Поэтому было предложено делать дополнительные вводы газа в реактор в точки с мак­симальной температурой. К такому же выводу о выборе длины зоны реактора в соответствии с координатой максимума температуры приво­дит анализ чувствительности концентрации мономера в конце реактора [М1К к варьированию точки ввода в реактор (рис. 5.12): изменение

Рис. 5.12. Чувствительность кон­центрации мономера к точке ввода реакционной смеси:

Многозонный трубчатый реактор

1 — изменение концентрации мо­номера в конце реактора; 2 — кривая чувствительности

Знака чувствительности

ДМк

■И.

Происходит вблизи темпера­турного максимума по дли­не реактора.

Таким образом, в ис­следуемом многозонном трубчатом реакторе длины зон определялись положени­ем точек максимума темпе­ратурного профиля. Резуль­таты моделирования показывают, что наибольшее влияние на общую длину и производительность реактора оказывает количество смеси, по­даваемой в первую зону.

Однозонный реактор дает всегда меньшую производительность, чем многозонный. Например, однозонный реактор при максимальной темпе­ратуре (~ 300 °С) обеспечивает конверсию этилена 16%. При двухзонной конструкции и половинном потоке в каждую зону конверсия увеличива­ется на 6 % и достигает 22 % при той же 7м акс. При двух боковых вводах и /] =0,5; 1г =/3 =0,25 конверсия этилена достигает 25 % при более низ­ких максимальных температурах в зонах. О конверсии, достигаемой в реакторах с одинаковой длиной и разным числом вводов можно судить по рис. 5.13.

Если принять, что температура реакционной смеси в начале каждой зоны может быть обеспечена постоянной за счет охлаждения на входе реакционной смеси, то при передаче в каждую последующую зону мень­шего или равного (по сравнению с предыдущей) количества дополни­тельного этилена кон­версия увеличивается в каждой последующей зоне. Конверсия при таких распределениях потока резко возрастет,

Многозонный трубчатый реактор

Рис. 5.13. Изменение кон­центрации мономера по длине однозонного (J), ■ двухзонного (2) И Трех - зонного (S) реакторов

(5.28)

(5.29)

(5.30)

Где р - плотность смеси в реакторе; v - скорость потока смеси в реакторе; к ~ константы скоростей элементарных реакций (Ло р и коц - константы скорости обрыва цепи рекомбинацией и диспропорционированием); [М], [I], [А] - кон­центрация мономера, инициатора и модификатора соответственно; 1 - текущая координата длины реактора; Т - температура смеси в реакторе; Tw - температура внутренней стенки реактора; ср - удельная теплоемкость; ДН - изменение энталь­пии; а - коэффициент теплоотдачи от стенки к реакционной смеси.

Уравнения (5.26)-г(5.30) представляют собой основную часть общей модели, которая может быть использована для решения задач проектиро­вания реактора и определения рассмотренных выше технологических па­раметров при критериях оптимальности, не учитывающих параметры состава и молекулярной структуры полимера.

Модуль расчета статистических моментов ММР состоит из дифферен­циальных уравнений, описывающих изменение по длине реактора сум­марных концентраций полимерных молекул Sjj и 2к уравнений статисти­ческих моментов распределения активных радикалов Л^ и полимерных молекул Л^:

^^(^[КпаЗвМ + + + 2(k0.A+k0.p)sI]; (5.31)

-^р-=Р(р, у)[ки[м][і] SR'(I—Ar) + й0[м](1—Лр) + A[AJ(1—Ад) +

K-l

+ *п»^(1-А£) + *,>2(у)Лв[М]; k-2,3,... (5.32)

6=0

<іЯк

+ 2к0.р5п(£(£)*к~Ь-Ап)]8кЗЙ,; k-l,2,3,... (5.33)

Ь=о 0

По статистическим моментам Xfj непосредственно рассчитывают важнейшие показатели ММР: среднечисленную Мп и среднемассовую ■ М w молекулярные массы и степень полидисперсности у. В случае

96

Но при этом максимальная температура значительно повышается при одних и тех же параметрах режима. Однако для получения постоянных показателей качества полимера необходимо поддерживать максималь­ную температуру в реакторе по зонам на одном уровне.

При современной технологии производства температура смеси в бо­ковых потоках не может быть ниже определенного предела. При этом условии в первую зону реактора нельзя подавать больше четверти обще­го потока реакционной смеси и в каждую последующую зону должно поступать такое же количество смеси или большее, чем в предыдущую.

Сравнение трех - и четырехзонного реакторов с одинаковой подачей реакционной смеси в первую зону показывает, что при значительном увеличении длины четырехзонного реактора его производительность повышается несущественно. Производительность трехзонного реактора выше, чем четырехзонного, в том случае, если в его первую зону подает­ся большое количество смеси, т. е. влияние распределения потоков по зонам оказывается более сильным, чем выбор числа зон.

Рис. 5.15. Зависимость удельной производительности реактора от температуры теплоносителя (0), давления (р) и концентрации инициатора [I]

При неправильном выборе параметров режима длина реактора мо­жет не полностью использоваться или, наоборот, реакция полимеризации будет обрываться при максимальной скорости образования полимера. Поэтому при моделировании определяли влияние давления, темпера­туры теплоносителя, концентрации '

Многозонный трубчатый реактор

Рис. 5.14. Зависимость производительности от длины трех-(і, 2) и четырехзонного ІЗ, 4) реактора; в первую зону подается 12,5 % (1, 3) и 25 % (2,4) общего реак­ционного потока

Ную производительность и длину реактора. На рис. 5.14 показана зависи­мость производительности от нормированной длины реактора, а на рис. 5.15 от параметров режима для первой зоны реактора (для осталь­ных зон эта зависимость имеет аналогичный характер). Длина первых трех зон изменяется в пределах 8% нормированной длины, общая же длина реактора более чувствительна к изменению режимных параметров.

В промышленности выпускается ряд марок ПЭВД. Каждая марка требует определенного технологического режима. Оптимальная конст­рукция реактора для выпуска одной марки может оказаться неоптималь­ной для другой марки. Поэтому в конструкции боковых вводов необхо­димо предусмотреть несколько разветвлений на некотором расстоянии друг от друга [70].

ПОЛИЭТИЛЕН ВЫСОКОГО ДАВЛЕНИЯ

Обзор полиэтиленовых труб

На смену классическим естественным материалам постепенно приходят новые синтетические – полимеры. Из всего многообразия которых, в наибольшей степени требованиям водопроводных систем отвечают полихлорвинил, полиэтилен

Вид выпускаемой продукции

ПЭВД выпускают в виде гранул без добавок (базовые марки) и в виде компо­зиций иа основе базовых марок со стабилизаторами и другими добавками, в окра­шенном или неокрашенном виде - по ГОСТ …

Обозначение марок

Обозначение базовых марок ПЭВД состоит из названия материала „полиэти­лен" и восьми цифр. Первая цифра обозначает способ получения: 1 - процесс полимеризации прн высоком давлении с применением инициаторов радикального типа. Вторая …

Как с нами связаться:

Украина:
г.Александрия
тел./факс +38 05235  77193 Бухгалтерия
+38 050 512 11 94 — гл. инженер-менеджер (продажи всего оборудования)

+38 050 457 13 30 — Рашид - продажи новинок
e-mail: msd@msd.com.ua
Схема проезда к производственному офису:
Схема проезда к МСД

Оперативная связь

Укажите свой телефон или адрес эл. почты — наш менеджер перезвонит Вам в удобное для Вас время.