摘要：气相流化床是UNIPOL聚丙烯工艺中的核心。由单体和共聚单体、氢气、氮气以及其它的惰性气体组成的流化气体，把生长树脂颗粒的聚合热移除，并且搅动固体颗粒以提供优良的混合和传热，保证温度的均匀性并且防止树脂的熔结。控制循环气中的粉末夹带对于整个工艺的控制有很大的影响
关键词：流化床；聚丙烯；粉末夹带
1 UNIPOL流化床反应器简介
采用UNIPOL气相聚丙烯工艺生产聚丙烯树脂，其核心为流化床反应器。循环气为流化介质。循环气可以移除反应产生的热量并且对床层固体进行混合，使其具有良好的撤热与混合性能，从而防止反应器结块。流化指的是一种现象，通过向上流动液体或气体使床层中的固体微粒转换成一种类似流化的状态。UNIPOL 气相聚丙烯工艺利用气体或带有液体的气体作为流化介质。当气体流以低速向上通过床层固体颗粒时，气体穿过固体颗粒间的空隙，而固体颗粒保持一种堆积床状态。当气体速度增加时，床中的颗粒开始移动，床开始膨胀，整个床的压力降开始增加并直到压力降等同于床的重量时压力降停止增加。气体速度增加将增加压力降直到床层变成流化态。一旦床层变成流化态，再增加气体速度将不会增加这个压力降。
2 流化特性气泡机制
流化床的特性类似于相同密度的液体。流化床的一些特性是：
流化状态的固体粒子流可以非常容易的通过容器的侧向开口处。像充满液体的罐一样，通过流化床的两点间压力降可以推断出床重量、床高度和流化态容积密度。床的压力降是恒定值，并且一旦最小的流化态达到就不会随气体速度增加而增加。固体颗粒连续的运动，形成快速的和良好的固体混合良好的固体混合会在床层中形成一个均一的温度曲线。流化床层与容器的器壁或流化床中的任何表面之间有良好的热交换。
在流化床中有两种气体流，大部分气体穿过树脂间的空隙流化，剩余气体流向上移动形成气泡以此来进行混合。气体流的气泡是通过分布板上的许多孔形成的。当这些气泡向上穿过床时，他们趋于中央。在气泡到达床顶部过程中，小的气泡结合为少量大的气泡。有时候，大气泡也会破碎形成小气泡。在给定的床高度下，随着气体速度的增加气泡的尺寸也会增加。当气泡向上穿过床时，它们推动树脂去侧边，有些树脂会在气泡的推动下向上移动。床侧边上的树脂会趋向向下移动来取代中间向上移动的树脂留下的空间，这就是返混。将会使整个床形成一个相当均一的床层和稳定的产品性能。同时返混也提供了一个快速的催化剂分散、高效的热传递，并防止大块料形成。当气泡尺寸增加时，推动力会增加，返混效果也会增加。良好的固体混合对于快速的催化剂分布、高效的热传递、防止大块料的形成以及产出均一的产品来说是重要的。气泡是固体运动的首要驱动力。固体的混合速率常常是假定与气泡大小成比例的。气泡的数量会随着循环气体速度的增加而增加。这强调了相对于最小流化速度，合适的循环气体速度是非常重要的。
流化床反应器内的气体流速受到两个因素的限制。一方面，必须超过最小流化速度以达到良好的固体混合及反应器冷却；然而，另一方面，随着气体速度的增加，颗粒的夹带率变得过高。当前的反应器配置是利用自由空间内的一个扩大段，或者稠密流化介质上面的稀薄气相，来让速度降低。
这样降低的速度能够增加夹带颗粒的沉降并且让反应器有较高的表观速度。
颗粒夹带指的是由于流化气体，颗粒从密相床内喷出进入自由空间之内，它随着自由空间的高度而变化，直到达到一个点，在那里，夹带率相对稳定，并且不受自由空间长度进一步增加的影响。这个高度称为输送分离高度，并且全部的 UNIPOL聚丙烯反应器都运行在这个值以上。
3夹带的起因
离开床层顶部的气体内的固体夹带，发生在每台流化床反应器内，是一个复杂的问题。在流化气体的表观气速大于初期流化气速的时候，气体穿过床层并且在表面上爆发，喷射“一堆”颗粒并且发出气体射流。作为这种气泡无规破裂的结果，紧靠床层表面上面的气速分布以及疏相内的固体物浓度，两者在径向上、纵向上并且按时间都是不规则的。
期刊文章分类查询,尽在期刊图书馆为了在床层上固体物浓度达到均匀分布，需要一个称之为 TDH 的有限距离，输送分离高度。在这个距离上，较大直径的颗粒失去它们向上的动量并且向床层落回。高于 TDH（输送分离高度）时，固体物的夹带保持大约稳定，并且它的最大值将是那个速度下气体物流的饱和颗粒携带能力。
4影响夹带的因素
1）气体流速：对于夹带的颗粒的净驱动力，是气体速度和颗粒的终点速度之间的差。在颗粒被气泡从床层中携带出来的时候，它的速度将大于气体的速度，并且气体将施加一个倾向于携带颗粒向上的阻力。
2）床层气泡特性：这取决于粒度分布。在表面破裂的气泡数量和大小，将影响向上投入到气体物流之中的固体物量。气泡的尺寸越大，上升的速度越快并且对于颗粒夹带的动量越高。
3）颗粒和气体的密度，以及气体粘度：这些都对颗粒的阻力系数和终点速度发生影响。影响的程度取决于颗粒的雷诺数。
4）床层高度：床层的高度影响气泡的合并以及气泡生长所达到的尺寸，并且因此影响它们从床层表面破裂的速度和频次。
5）反应器总压力 用气体密度对此作出解释。
6）床层直径：在 UNIPOL反应器中，也就是扩大段器壁。
均聚物反应器内的颗粒携带高于共聚物反应器，结果导致较高的气体密度和不同的颗粒形态。尤其是均聚物反应器的粒状颗粒的密度小于均聚物反应器的。细粉逐步地积累在测压孔的引线内，除非它们由小的过滤嘴保护；通常对引压口采取气体反吹。
5结论
5.1流化床反应器的气体流速是由两个因素决定的，最小流化速度和粒子夹带。循环气速必须超过最小流化速度，用来进行良好的固体混合和反应器冷却，同时使粒子夹带最小，来避免在循环回路的下游设备出现结垢。UNIPOL反应器的构造有一个直径扩大的区域，这个区域在流化床区域的上方被称为“膨胀段”。这个区域会使表观气体速度下降。下降的气速会使夹带的树脂沉降回反应器床中。
UNIPOL气相工艺操作时，有很少量粒子或细粉被夹带通过循环回路。细粉被连续不断的带出反应器称作夹带。这些细粉通过循环最后在反应器底部再次进入床层。这种细粉夹带不影响所有循环回路的设备部件的正常操作。
5.2夹带量的变化取决于细粉尺寸和形状、气体密度和气体流速。如果气体流量过量，床气泡变得更加剧烈。床会更加湍动，并开始出现分离现象，这样会使树脂床携带过量细粉通过循环系统。更高的气体速度、更高的气体密度和更小的微粒尺寸会导致更多的夹带。
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论文作者:王栋
论文发表刊物:《电力设备》2018年第23期
论文发表时间:2018/12/12
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