بخشی از مقاله
چکیده
در راکتور بستر سیال تولید پلی اتیلن علاوه بر فرایند پلیمریزاسیون اتیلن که موجب رشد ذرات می گردد فرایندهای فیزیکی مانند خرد شدن ذرات در اثر برخورد و توده ای شدن آنها وهمچنین فرار ذرات از بستر باعث تغییرتوزیع اندازه ذرات در راکتور می گردد. برای مدلسازی و پیش بینی توزیع اندازه ذرات پلی اتیلن در پلیمریزاسیون حالت پایدار اتیلن از مدل موازنه تجمعی استفاده گردید.
در این مدل تاثیر همزمان رشد ذرات در اثر پلیمریزاسیون، شکست ذرات در اثر برخورد، فرار ذرات، توده ای شدن بر توزیع اندازه ذرات در نظر گرفته شده است. شدت شکست ذرات بصورت عدد ثابتی در نظر گرفته شد. برای محاسبه فرار ذرات از بستر از روابط تجربی زنزو گاگنونی]١-٢[ استفاده شد .برای در نظر گرفتن پدیده توده ای شدن نیز از روابط تجربی ارائه شده توسط هانگ و همکارانش ]٣[ استفاده گردید و ثوابت توده ای شدن از مقادیر تجربی تعیین شده توسط ارسطوپور و همکارانش]٤[ استخراج شد.
نتایج حاصل از مدل با داده های تجربی حاصل از واحد تولید پلی اتیلن در پتروشیمیشتبریز مقایسه گردید که روند نتایج با یکدیگر همخوانی دارند. از نتایج این تحقیق می توان برا ی پیش بینی مشکل توده ای شدن ذرات و ایجاد ذرات بسیار ریز که باعث از سرویس خارج شدن واحد و توقف تولید واحدهای عملیاتی راکتور بستر سیال در مجتمع های پتروشیمی می شود استفاده نمود.hلاق
مقدمه
استفاده از کاتالیستهای جامد در راکتورهای بسترسیال برای پلیمریزاسیون الفینها در تولید پلی الفین رایج است. در این فرایندها ذرات کوچک کاتالیست جعμ٨٠-٢٠ - بصورت پیوسته به راکتور در بالای توزیع کننده گاز تزریق می گردد و با گاز - مونومر - که وارد راکتور میشود واکنش میدهد و ذرات پلیمر با اندازه جعμ٥٠٠٠-١٠٠ - تولید میکند. در حین پلیمریزاسیون و رشد ذرات پدیده های مختلف فیزیکی نیز رخ می دهد.
مقداری از ذرات در اثر اصطکاک خرد و به ذرات کوچکتر تبدیل میشوند. توده شدن ذرات ریز وقتی که راکتور در دمای نرمی پلیمر عمل میکند اتفاق می افتد. مقداری از ذرات نیز از بالای راکتور همراه گاز واکنش نداده خارج میشوند. برای کلیه ذرات موجود در راکتور با استفاده از معادلات مدل موازنه تجمعی١ قBب در حالت پایدار برای پلیمریزاسیون در راکتور بستر سیال فاز گازی میتوان همزمان اثر رشد ذرات نتیجه پلیمریزاسیون، شکست ذرات نتیجه سایش، تبدیل کاتالیست به ذرات کوچکتر نتیجه غیرفعال شدن،فرار و توده ای شدن ذرات را در یک بستر بزرگ با ذرات کاتالیست بسیار فعال مورد بررسی قرار داد.
چوی و همکارانش٢]٥[ با استفاده از مدل موازنه تجمعی ارائه شده توسط لون اشپیل٣ اثر توزیع اندازه ذرات کاتالیست ورودی را بر خواص متوسط مولکولی و توزیع اندازه ذرات پلیمر تولیدی در راکتور بسترسیال بررسی کردند. آنها نیز کوپلیمریزاسیون مراکز فعال دوگانه را برای سینتیک پلیمریزاسیون و مدل چند دانهای را برای تعیین وزن مولکولی پلیمر و نفوذ مونومر در ذرات پلیمر در حال رشد بکار بردند.
کاراکوتسیوس٤ و همکارانش]٦[ با استفاده از مفهوم توزیع زمان اقامت, یک مدل ریاضی برای پیش بینی بازدهی پلیمریزاسیون و عدد وزن مولکولی متوسط عددی برای راکتورفاز گازی افقی پیوسته همزن دار تکنولوﮊی شرکت آموکو را ارائه دادند.
از رفتار سیالیت ذرات پلی اتیلن اطلاعات تجربی کمی موجود است. ارسطوپور و حریری٥]٤[ در آزمایشهایی رفتار توده ای شدن ذرات پلیمر غیر فعال را بررسی کردند. آنها دریافتند که شدت تشکیل کلوخههای بزرگ بصورت توانی به دمای بستر بستگی داردوبسته به نوع پلیمر و نقطه نرمی آن در دمایی بالاتر از نقطه نرمی ذرات ذوب می شوند و بستر از سیالت خارج می گردد. همچنین آنها نشان دادند که ذرات کوچکتر نرمتر و چسبناکتر از ذرات بزرگ بوده و دمای بالا باعث افزایش انتقال گرما می گردد و ذرات ریز درون بستر تمایل به توده شدن دارند.
براین و همکارانش با استفاده از ذرات پلیمر با اندازه های متوسط ٤٠٠ نشان دادند که در دمای بالا ذرات کوچک از ذرات با اندازه های متفاوت از بستر سیال به سختی خارج می شوند و به توده های بزرگتر تبدیل می شوند و تمایل به توده ای شدن را افزایش می دهند.
در این تحقیق ،در ادامه تحقیقات انجام شده در پژوهشگاه پلیمر و پتروشیمی ایران در خصوص شبیه سازی پلیمریزاسیون اتیلن در راکتور بستر سیال ،رشد ذرات پلیمرو پدیده های فیزیکی و اثر آنها بر توزیع اندازه ذرا ت در راکتور بستر سیال شبیه سازی شده است و نتایج ان با داده های تجربی از واحد تولید پلی اتیلن در پتروشیمی تبریز مقایسه گردید. در این شبیه سازی برای محاسبه شدت پلیمریزاسیون از مدل سینتیکی کاتالیزورهای زیگلر ناتا با مراکز فعال دو گانه استفاده شده است. برای تعیین درصد تبدیل گاز عبوری از راکتور بستر سیال و دمای بستر راکتور و پیش بینی خواص هیدرودینامیکی راکتور، مدل دوفازی حباب و امولسیون بکار رفت.
مدلسازی توزیع اندازه ذرات
بطور کلی در یک راکتور بستر سیال خوراک - کاتالیست - با دبیپً و توزیع اندازه ذراتج خض پ ب وارد می شود. بخشی از ذرات نیز که از بالای راکتور خارج می شوند دارای دبیلً و توزیع - خضل ب می باشند. در این مدلسازی با توجه به اینکه در راکتورهای صنعتی تولید پلی اتیلن ذرات خارج شده از بستر توسط سیکلون بازگردانده می شوند ،ار خروج ذرات از بالای راکتور صرفنظر شده است. محصول نیز با دبیذً و توزیع جخضذبخارج می شوند .توزیع اندازه ذرات در بستربا جخض تب نمایش داده میشود که معمولاﹰ با توجه به اینکه اختلاط در بستر کامل است توزیع اندازه ذرات در محصول و بستر یکی است یعنی:
با توجه به اینکه توزیع اندازه ذرات به صورت تابع نرمال تعریف میشود مساحت زیر منحنی یک می باشد و خواهیم داشت:
در این رابطه پخ اندازه اولیه کاتالیست و xهعخ بزرگترین ذره در بستر است]٢[
برای کاتالیست ورودی نیز تابع توزیع نرمال فرض می شود که در اینجا از تابع توزیع گوسی استفاده شده
است در شکل - ١ - پدیده های مختلفی که منجر به تغییرتوزیع اندازه ذرات کاتالیست به پودر پلیمر خروجی از راکتور می شوند نشان داده شده است.
