低密度聚乙烯(LDPE)聚合工艺模拟与分析
《低密度聚乙烯(LDPE)的制造技术与工艺》

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感谢支持!(Thank you for downloading and checking it out!)《低密度聚乙烯(LDPE)的制造技术与工艺》一、低密度聚乙烯(LDPE)概述低密度聚乙烯的定义低密度聚乙烯(LDPE)是一种结晶度较低的聚乙烯,其分子量一般在1000020000之间。
由于其分子链结构不规则,含有较多的短支链,因此其密度较低,一般为g/cm³。
低密度聚乙烯是通过乙烯单体在高温、高压、催化剂作用下聚合而成的,其生产工艺包括高压法、低压法和线性低密度聚乙烯(LLDPE)法等。
低密度聚乙烯的性质与应用低密度聚乙烯具有优良的化学稳定性、耐腐蚀性、柔韧性和热密封性,使其在许多领域得到了广泛的应用。
其主要应用于塑料薄膜、塑料袋、容器、管道、电线电缆绝缘、涂层等。
此外,低密度聚乙烯还具有良好的成型加工性能,可以通过吹塑、注塑、压延等工艺进行成型加工,广泛应用于日常生活中的各种产品。
在我国,低密度聚乙烯的生产和应用发展迅速,已成为塑料产业中的重要品种之一。
二、低密度聚乙烯的制造技术低密度聚乙烯(LDPE)是一种重要的聚乙烯品种,其制造技术主要包括高压聚合技术和低压聚合技术。
高压聚合技术高压聚合技术是生产低密度聚乙烯的主要方法之一,其反应机理基于自由基聚合。
在高压条件下,乙烯分子在催化剂的作用下发生聚合反应,生成低密度聚乙烯。
反应机理主要包括链引发、链增长和链终止三个阶段。
聚合反应条件对低密度聚乙烯的产量和质量具有重要影响。
低密度聚乙烯树脂(LDPE)的制备方法和工艺优化

低密度聚乙烯树脂(LDPE)的制备方法和工艺优化低密度聚乙烯树脂(LDPE)是一种重要的塑料材料,具有良好的柔韧性、耐化学腐蚀性和电绝缘性等特点,在包装、电线电缆、管道、农膜等领域得到广泛应用。
本文将重点介绍LDPE的制备方法和工艺优化。
一、LDPE的制备方法LDPE的制备方法主要包括高压过氧化物引发剂聚合法和新型催化剂聚合法两种。
1. 高压过氧化物引发剂聚合法高压过氧化物引发剂聚合法是目前LDPE大规模生产的主要方法。
其工艺流程如下:首先,在高压反应器中将乙烯与引发剂、稳定剂等添加剂混合,在高温和高压下引发剂催化剂引发聚合反应,生成LDPE。
反应结束后,通过减压脱气和冷却,最终得到LDPE产品。
该方法具有工艺简单、操作方便、生产效率高的优点,但聚合反应中需使用大量有机过氧化物引发剂,对设备和环境具有一定的危害性。
2. 新型催化剂聚合法新型催化剂聚合法是近年来发展起来的一种制备LDPE的方法。
其工艺流程与高压过氧化物引发剂聚合法类似,只是催化剂的选择有所不同。
新型催化剂采用具有高活性的金属配合物或有机钌催化剂,能够在较低的温度和压力下催化乙烯聚合反应。
相较于高压过氧化物引发剂聚合法,新型催化剂聚合法更加环保,并且产物的分子量分布更窄,具有更优秀的力学性能。
二、LDPE制备工艺的优化为了进一步提高LDPE制备的效率和质量,需要对工艺进行优化调整。
以下是一些常见的工艺优化方法:1. 反应条件优化反应温度、压力和物料配比是影响LDPE制备的重要参数。
通过优化这些反应条件,可以调控聚合反应的速率和产物的性能。
一般来说,较低的温度和较高的压力有利于获得较窄的分子量分布和较高的聚合度。
此外,在物料配比中适当添加稳定剂和抗氧剂,可以提高产物的热稳定性和抗老化性能。
2. 引发剂和催化剂选择针对不同的生产需求,选择合适的引发剂和催化剂也是进行工艺优化的关键。
优良的引发剂能够提高聚合反应的活性和选择性,从而获得高质量的LDPE产品。
ldpe工艺技术

ldpe工艺技术低密度聚乙烯(LDPE)是一种常用的塑料材料,具有良好的耐腐蚀性、耐化学品性和优良的电绝缘性能。
它广泛应用于塑料包装薄膜、管材、电线电缆绝缘材料等领域。
本文将介绍LDPE的工艺技术及其相关的应用。
首先,LDPE的生产工艺主要包括聚合、提纯和成型三个步骤。
聚合是将乙烯单体通过聚合反应聚合成聚乙烯链,常用的聚合方法包括高压聚合和低压聚合。
高压聚合是指在高压和高温下进行的聚合反应,由于反应条件苛刻,操作复杂,产品质量相对较差;低压聚合则是在较低的压力和温度下进行,这种方法逐渐成为主流。
在聚合过程中,还需要添加催化剂、稳定剂和其他助剂,以控制反应速度和改善产品性能。
提纯是将聚乙烯链中的杂质去除,以提高产品质量。
一般来说,提纯方式有溶解和重结晶两种。
溶解是将聚乙烯在溶剂中溶解,通过过滤或离心等方式去除杂质,然后再通过蒸馏或结晶等方法回收溶剂,最终得到纯净的聚乙烯。
重结晶是将聚乙烯加热至熔融状态,然后通过冷却、结晶和过滤等步骤除去杂质,最后得到纯净的固态聚乙烯。
成型是将提纯后的聚乙烯加工成所需的产品形状,常见的成型方式有挤出、吹塑和注塑等。
挤出是将熔化的聚乙烯通过模头挤压出来,然后通过冷却、定型和切割等步骤得到所需形状的产品。
吹塑是将熔化的聚乙烯通过模具挤出,并利用压缩空气将其膨胀成空心体,最后通过冷却、修整等工序得到产品。
注塑是将熔化的聚乙烯注入到模具中,经过冷却、凝固等过程得到成品。
LDPE在塑料包装薄膜领域有广泛的应用。
根据不同的需要,包装薄膜可以通过挤出、吹塑等方式生产。
在食品包装中,LDPE薄膜具有良好的保鲜性能,可以有效延长食品的保鲜期。
在工业包装中,LDPE薄膜的韧性和耐磨性较好,适用于包装重物。
此外,LDPE也常用于制作管材和电线电缆绝缘材料。
LDPE管材具有优良的耐腐蚀性和耐低温性能,广泛应用于城市供水、排水管道以及工业管道等领域。
LDPE作为电线电缆绝缘材料,具有良好的电绝缘性能和机械性能,可以保证电线电缆的安全和可靠性。
低密度聚乙烯的生产工艺

低密度聚乙烯的生产工艺低密度聚乙烯(Low-Density Polyethylene, LDPE)是一种常见的塑料材料,具有较低的密度和较高的柔软性。
它在包装、农业、建筑等领域有广泛的应用。
本文将介绍低密度聚乙烯的生产工艺。
低密度聚乙烯的生产通常采用高压聚合法。
首先,将乙烯气体与催化剂一起进入高压反应器。
催化剂可以是金属氧化物、有机金属化合物等。
高压反应器中的乙烯气体被加热至一定温度,以保证反应进行。
催化剂的作用下,乙烯分子发生聚合反应,逐渐形成聚乙烯链。
聚合反应是一个自由基链式反应,乙烯分子的双键被打开,形成聚乙烯链。
在高压反应器中,乙烯分子的聚合速度很快,形成的聚乙烯链也很长。
但由于催化剂的存在,聚合反应会在一定程度上停止。
因此,需要定期向高压反应器中添加新的乙烯气体和催化剂,以维持反应的进行。
同时,通过调节温度和压力,控制聚合反应的速度和聚乙烯的分子量。
聚合反应完成后,得到的聚乙烯物料是一种高分子聚合物,具有较高的分子量。
为了获得低密度聚乙烯,需要进行后处理。
常见的后处理方法是通过添加适量的抗氧剂和稳定剂,以提高聚乙烯的耐热性和耐候性。
此外,还可以通过控制加工温度和压力,使聚乙烯链间产生交联作用,从而增加材料的强度和硬度。
低密度聚乙烯的成型通常采用挤出法或注塑法。
挤出法是将熔融的聚乙烯物料通过挤出机的螺杆推送到模具中,经过冷却后得到所需的产品。
注塑法则是将熔融的聚乙烯物料注入到模具中,经过冷却固化后取出成品。
在生产过程中,需要注意以下几点。
首先,要保证原料的质量和纯度,以确保聚合反应的进行和聚乙烯产品的质量。
其次,需要控制反应的温度和压力,以获得所需的聚乙烯分子量和性能。
此外,还要定期检查和维护设备,确保生产过程的安全和稳定。
低密度聚乙烯的生产工艺主要包括高压聚合法、后处理和成型。
通过合理控制反应条件和加工参数,可以获得所需的低密度聚乙烯产品。
这种工艺具有简单、高效的特点,使得低密度聚乙烯在各个领域得到广泛应用。
光敏感型低密度聚乙烯树脂(LDPE)的合成与性能研究

光敏感型低密度聚乙烯树脂(LDPE)的合成与性能研究光敏感型低密度聚乙烯树脂(LDPE)是一种具有独特性能和广泛应用的聚合物材料。
在本文中,我们将关注LDPE的合成方法、性能研究以及其在各个领域中的应用。
首先,我们将介绍LDPE的合成方法。
LDPE可通过两种主要方式进行合成:高压聚合和低压聚合。
高压聚合方法是在高压(1000至3000大气压)和高温(200至300℃)条件下,将乙烯单体与高压引发剂反应,生成聚乙烯树脂。
低压聚合方法是在低压(10至100大气压)和较低温(60至100℃)条件下进行。
这两种合成方法分别适用于不同的应用领域。
接下来,我们将探讨LDPE的性能研究。
LDPE具有许多出色的性能,例如良好的机械强度、耐久性、热稳定性和电绝缘性能。
此外,LDPE还表现出良好的耐腐蚀性和低温柔韧性。
这些性能使得LDPE在包装、电子、建筑、汽车和医疗等领域中得到广泛应用。
在研究LDPE的性能时,学者们通常采用一系列实验方法,例如热分析、动态机械分析和热凯氏法等。
这些实验方法可以评估LDPE的熔融温度、熔融流动性、硬度、弯曲模量等物理性能。
此外,透射电镜、扫描电镜等显微镜技术可以用来观察LDPE的形貌和分子结构。
此外,研究人员还关注LDPE的光敏感性能。
光敏感型LDPE通常包含光敏剂,这些光敏剂可以吸收特定波长的光,并引发一系列光化学反应。
这些反应可以改变LDPE的物理和化学性质,从而使其在光照下产生新的效应。
例如,光敏感型LDPE可以在光照下发生颜色变化、形状改变、表面润湿性等一系列变化。
研究光敏感型LDPE的性能可以通过各种实验手段进行。
例如,通过改变光照强度、光照时间和光照波长,可以研究LDPE的光响应性能。
此外,可以通过测量LDPE在不同光照条件下的力学性能变化来评估其光敏感性。
这些实验可以为LDPE的进一步应用提供依据。
最后,我们将讨论LDPE的应用领域。
光敏感型LDPE在许多领域中的应用潜力巨大。
低密度聚乙烯(ldpe)聚合工艺模拟与分析

低密度聚乙烯(LDPE)聚合工艺模拟与分析摘要:本文利用了Aspen Tech Inc.的Polymer Plus建立了低密度聚乙烯聚合反应过程模拟,利用其灵敏度分析方法对影响产品产量和分子量的引发剂浓度、反应温度等因素进行了分析,得出了引发剂量的增加可以提高产量同时分子量下降;随着温度的升高数均分子量降低,聚合物产量PE上升;聚合物的分子量,聚合物产量随着聚合压力的升高而不断增大。
关键词: employer plus ;乙烯;聚合,流程模拟1.介绍LDPE又叫高压力聚乙烯,是世界上产量和需求量最大的产品之一。
由于良好的物理和化学性质、容易成型和加工处理以及低成本,LDPE的应用范围已经深入到国家经济的各个方面。
LDPE被广泛应用到工业之中。
一般来说,乙烯在高压下经过基本的聚合反应得到LDPE。
在本文中应用到Aspen Tech Inc. 的Aspen Plus是化学工程过程的模拟软件。
利用employer Plus 中的聚合模型中的灵敏度分析法来模拟LDPE的聚合过程,以研究聚合过程不同工艺条件对产品的产量和分子量的影响。
2 过程简介连续搅拌反应器型低密度聚乙烯是乙烯单体在100Mpa~300Mpa的高压下由氧气或者有机过氧化物的催化下聚合的。
得到的产品也叫作低密度聚乙烯,其密度一般在0.910g/cm3~0.935g/cm3。
在生产LDPE的反应装置模型是以温度30℃,压力3.3Mpa的高纯度的乙烯为原料,利用双连续反应器本体聚合技术,叔丁基过氧化苯甲酰和3,5,5-三甲基乙酰过氧化物作为引发剂的。
反应温度是170℃,压力是200Mpa。
在引发技剂的引发作用下,乙烯聚合成LDPE。
经过第一个聚合反应过程,乙烯单体和引发剂混合物进入第一个反应器继续聚合反应。
反应获得的LDPE和未反应的乙烯经过反应器底部的减压阀进入产品冷凝器,经冷却后,在一定的温度和20Mpa-25Mpa压力下进入第一个闪蒸罐,在聚乙烯中分离出没有反应的乙烯。
低密度聚乙烯薄膜(LDPE)工艺流程

低密度聚乙烯薄膜(LDPE)工艺流程低密度聚乙烯薄膜一般采用吹塑和流延两种工艺制成。
流延聚乙烯薄膜的厚度均匀,但由于价格较高,目前很少使用。
吹塑聚乙烯薄膜是由吹塑级PE颗粒经吹塑机吹制而成的,成本较低,所以应用最为广泛。
低密度聚乙烯薄膜是一种半透明、有光泽、质地较柔软的薄膜,具有优良的化学稳定性、热封性、耐水性和防潮性,耐冷冻,可水煮。
其主要缺点是对氧气的阻隔性较差,常用于复合软包装材料的内层薄膜,而且也是目前应用最广泛、用量最大的一种塑料包装薄膜,约占塑料包装薄膜耗用量的40%以上。
由于聚乙烯分子中不含极性基团,且结晶度高,表面自由能低,因此,该薄膜的印刷性能较差,对油墨和胶黏剂的附着力差,所以在印刷和复合前需要进行表面处理。
吹塑薄膜工艺流程大致如下:料斗上料一物料塑化挤出→吹胀牵引→风环冷却→人字夹板→牵引辊牵引→电晕处理→薄膜收卷但是,值得指出的是,吹塑薄膜的性能跟生产工艺参数有着很大的关系,因此,在吹膜过程中,必须要加强对工艺参数的控制,规范工艺操作,保证生产的顺利进行,并获得高质量的薄膜产品。
在聚乙烯吹塑薄膜生产过程中,主要是做好以下几项工艺参数的控制:1.挤出机温度吹塑低密度聚乙烯(LDPE)薄膜时,挤出温度一般控制在160℃~170℃之间,且必须保证机头温度均匀,挤出温度过高,树脂容易分解,且薄膜发脆,尤其使纵向拉伸强度显著下降;温度过低,则树脂塑化不良,不能圆滑地进行膨胀拉伸,薄膜的拉伸强度较低,且表面的光泽性和透明度差,甚至出现像木材年轮般的花纹以及未熔化的晶核(鱼眼)。
2.吹胀比吹胀比是吹塑薄膜生产工艺的控制要点之一,是指吹胀后膜泡的直径与未吹胀的管环直径之间的比值。
吹胀比为薄膜的横向膨胀倍数,实际上是对薄膜进行横向拉伸,拉伸会对塑料分子产生一定程度的取向作用,吹胀比增大,从而使薄膜的横向强度提高。
但是,吹胀比也不能太大,否则容易造成膜泡不稳定,且薄膜容易出现皱折。
因此,吹胀比应当同牵引比配合适当才行,一般来说,低密度聚乙烯(LDPE)薄膜的吹胀比应控制在2.5~3.0为宜。
共聚改性低密度聚乙烯树脂(LDPE)的制备与性能评价

共聚改性低密度聚乙烯树脂(LDPE)的制备与性能评价摘要:本文主要研究了共聚改性低密度聚乙烯树脂(LDPE)的制备方法和性能评价。
首先介绍了LDPE的基本性质和应用领域,然后探讨了共聚改性的原理和方法,并详细介绍了几种常用的共聚改性剂。
随后,讨论了制备共聚改性LDPE的工艺条件和优化方法。
最后,通过物理性能测试和热性能测试对共聚改性LDPE进行评价,探讨了共聚改性对LDPE的影响,并分析了影响共聚改性效果的因素。
1. 引言低密度聚乙烯树脂(LDPE)是一种重要的塑料材料,具有良好的柔韧性和可加工性,被广泛应用于包装、电线电缆、管道等领域。
然而,LDPE的一些性能如强度、硬度、抗冲击性等有待提高,为了满足特定的应用需求,可以通过共聚改性的方法来改善LDPE的性能。
2. 共聚改性的原理和方法共聚改性是将不同的共聚改性剂与LDPE共聚,改善其性能。
共聚改性剂可以是聚合物、填充剂、增韧剂等。
聚合物共聚改性剂一般是与LDPE互溶性较好的聚合物,如丙烯酸酯共聚物、酯类共聚物等。
填充剂可分为有机和无机两类,常用的有机填充剂有碳酸钙、滑石粉等,无机填充剂有纳米二氧化硅等。
增韧剂用于提高LDPE的韧性和抗冲击性,常用的增韧剂有EBR、SEBS等。
3. 共聚改性LDPE的制备制备共聚改性LDPE的过程中,需要考虑共聚改性剂的选择、添加量、共聚方法以及共聚反应条件的控制。
3.1 共聚改性剂的选择和添加量根据所需改性的性能,选择适合的共聚改性剂。
共聚改性剂的添加量取决于LDPE基底和共聚改性剂的相容性以及所需要改善的性能。
一般来说,共聚改性剂的添加量应适量即可,过多的添加量可能导致共聚改性效果不佳。
3.2 共聚方法常见的共聚方法有手工混合、溶液法、熔融共混等。
手工混合方法简单易行,但共聚效果较差;溶液法适用于相溶性好的共聚改性剂,可在溶液中进行共聚反应;熔融共混方法较适用于共聚改性剂与LDPE相容性差的情况。
3.3 共聚反应条件的控制共聚反应的条件包括温度、反应时间和反应压力等。
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低密度聚乙烯(LDPE)聚合工艺模拟与分析摘要:本文利用了Aspen Tech Inc.的Polymer Plus建立了低密度聚乙烯聚合反应过程模拟,利用其灵敏度分析方法对影响产品产量和分子量的引发剂浓度、反应温度等因素进行了分析,得出了引发剂量的增加可以提高产量同时分子量下降;随着温度的升高数均分子量降低,聚合物产量PE上升;聚合物的分子量,聚合物产量随着聚合压力的升高而不断增大。
关键词: employer plus ;乙烯;聚合,流程模拟1.介绍LDPE又叫高压力聚乙烯,是世界上产量和需求量最大的产品之一。
由于良好的物理和化学性质、容易成型和加工处理以及低成本,LDPE的应用范围已经深入到国家经济的各个方面。
LDPE被广泛应用到工业之中。
一般来说,乙烯在高压下经过基本的聚合反应得到LDPE。
在本文中应用到Aspen Tech Inc. 的Aspen Plus是化学工程过程的模拟软件。
利用employer Plus 中的聚合模型中的灵敏度分析法来模拟LDPE的聚合过程,以研究聚合过程不同工艺条件对产品的产量和分子量的影响。
2 过程简介连续搅拌反应器型低密度聚乙烯是乙烯单体在100Mpa~300Mpa的高压下由氧气或者有机过氧化物的催化下聚合的。
得到的产品也叫作低密度聚乙烯,其密度一般在0.910g/cm3~0.935g/cm3。
在生产LDPE的反应装置模型是以温度30℃,压力3.3Mpa的高纯度的乙烯为原料,利用双连续反应器本体聚合技术,叔丁基过氧化苯甲酰和3,5,5-三甲基乙酰过氧化物作为引发剂的。
反应温度是170℃,压力是200Mpa。
在引发技剂的引发作用下,乙烯聚合成LDPE。
经过第一个聚合反应过程,乙烯单体和引发剂混合物进入第一个反应器继续聚合反应。
反应获得的LDPE和未反应的乙烯经过反应器底部的减压阀进入产品冷凝器,经冷却后,在一定的温度和20Mpa-25Mpa压力下进入第一个闪蒸罐,在聚乙烯中分离出没有反应的乙烯。
经分离得到的聚乙烯进入第二个闪蒸罐,其内部压力为0.1Mpa,在这个压力下残存的乙烯被分离和重新利用。
液化的聚合物从低压分离器的底部分离出来,然后通过水下造粒机和脱氢干燥来生产聚乙烯颗粒。
经过进一步的过程可以生产出各种具有良好性能的低密度聚乙烯产品成品。
下面的简图是利用ASPEN PLUS 模拟的简要过程图。
图1 aspen模拟的乙烯双连续反应器本体聚合与建模3.过程模拟这个设计的重点是在乙烯聚合工段的模拟和优化,因此,这个模拟过程由聚合和分离两部分组成。
利用POL YMER PLUS完成这个流程的模拟。
3.1系统组成确定的模拟图1所示的简要流程图是稳态模拟过程。
第一步是确定聚合和分离过程中所有的化学组成。
在这个生产过程中聚合部分包括以下组成:乙烯单体(E),引发剂1:叔丁基过氧化苯甲酰(INI1),引发剂2:3,5,5-三甲基乙酰过氧化物,链转移剂:丙烯(C3H6-1)和产品聚乙烯(PE)。
employer Plus 为描述聚合物的性质提供了一个灵活的方法。
在employer Plus中,化学物质分为常见物质,链段,低聚物和聚合物。
常见物质是我们常用的小分子化学物质。
链段是聚合物中的重复单元。
低聚物是聚合物中聚合度小于20的聚合物。
聚合物就是一般常见的聚合物。
在这些物质当中链段比较特殊。
链段可以分为三部分,重复单元,端点,嫁接点。
构成聚合物的链段的种类、数量、和组成决定了所有的性质。
上面提到的性质指的是共聚物组成,聚合度,分子质量,嫁接速度和热力学性质,比如热容量和焓等。
处理链段的方法是employer Plus的基础。
因为聚合的聚乙烯是由不同分子量的聚乙烯组成的。
聚合的聚乙烯的分子质量也不相同。
在聚合反应过程中,应用Polymer Plus链段处理法来表示所有出现的聚合物种类。
用此方法,我们不仅可以方便的表征所有的化学计量方程,并且也可以表征聚合物链段的一些其它的性质。
因此,在模拟过程中我们使用E2-SEG来表述乙烯链段和把C2H-R作为分子方程。
3.2物理性能模型在模拟过程中,高压下乙烯的密度是0.5g/cm3 ,接近于液态烃的密度。
高压下乙烯的密度比较接近不可重新压缩的液体。
我们使用桑切斯-拉科姆等式来计算气液和理想气体的所有参数,比如焓,熵,吉布斯函数和热能等。
应用POLYSL (聚合物物性方法)行为参数,模拟高压下的聚合物,链段,单体之间的相互影响,计算相平衡和物理性质。
3.3 聚合物的动力学模型在模拟过程中,考虑到实际的反应条件,应用自由基动力学框架建立下面的基本反应:1)I nit-DEC Ini1 →n. R*2)I nit-DEC Ini2 →n. R*3)链引发 E2+ R*→P1(E2-SEG)4)链增长 An +E2→An+15)Chan-Mon An+E2 →An+Am6)Term-dis An+Pm→ An+Am7) Term-comb An+Pm→ Am+n在工业生产中,,考虑到真实的反应条件的模拟过程,阿累尼乌斯方程中的活化能和指前因子都与每一个真实的反应有关。
在上述的反应等式中所有的参数描述如下:Ii 1 引发剂1Ii 2 引发剂2n 分解基本自由基的数量R* 基本自由基P1 单元长度链增长An n个单元长度的链增长Pm m个单元长度的链增长An+m n+m个单元长度的终止聚合物An n个单元长度的终止聚合物3.4 工艺条件原始值模拟表1 进料百分比的初始模拟初始组成进料分数(质量分数)进料率(kg/hr)乙烯99.947% 801.28 引发剂1 0.025% 0.20引发剂2 0.00125% 0.01其中,两个反应器的温度设定在170℃,体积是328L。
4.灵敏度分析在这个模型中应用灵敏度分析法研究聚合反应过程中所有因素之间的相互关系。
4.1 引发剂进料速率的影响下面的曲线是产量和分子量随着进料速率的变化曲线,引发剂1的进料速率在0.1kg/hr~15 kg/hr:图2 引发剂1的进料速率对产量和平均分子质量的影响这个图表明随着引发剂进料速率的减少,分子量减少。
引发剂的增加可以使链引发阶段的活性端数量增加,使早期聚合阶段的活性链数量增加和参与链增长的单体数量相对增加。
在链引发阶段活性端数量的增加可以导致链增长阶段每一个链的重复单元数量的减少。
在链终止和链转移阶段,在活性链之间,活性链与单体之间,链转移剂之间的碰撞率增加,可导致反应后每个重复单元中每个链和链的长度数量相对减少。
结果是,聚乙烯分子量有相对减少趋势,同时产量有上升趋势。
图3 第一个反应器温度对产量和平均分子质量的影响。
4.2聚合反应器温度的影响首先,假设温度对每个个反应器中反应结果影响趋势相同,我们对第一反应器温度的敏感性进行分析。
应用Aspen Plus 软件对反应条件的敏感性进行分析。
反应的温度是443K(170℃),所以我们在430K~450K 之间选择10个点。
在这个范围内温度变化对产量和分子量影响趋势描述如下:经观察,我们发现随着温度的升高,相对平均分子量减小,聚乙烯产量增加。
顾凯等人:低密度聚乙烯聚合反应工艺的模拟和分析随着温度的升高;根据阿累尼乌斯方程;}/]2/)2/[(exp{)('2/1/'RT E E E A A A e A k d t p t d pRT E ---==-在这个公式中,E ’是全部的活化能。
2/)2/('d t p E E E E --=,一般来说,当E d ≈125KJ/mewl ,E ≈29KJ/mewl ,A t ≈17KJ ,E ’≈-41KJ/mewl ,即总活化能是负的,-E ’是正的。
聚合反应程度的速率常数,k ,与E ’成反比。
这一结论表明了k ,聚合度,分子量都随着温度的增加而减小。
这与实际分析相似。
同样的,聚合反应的活化能是2/)2/('d t p E E E E +-=当E d ≈125KJ/mewl ,E ≈29KJ/mewl ,A t ≈17KJ/mewl ,E ’≈83KJ/mewl,即总活化能是正的,-E ’是负的。
根据阿累尼乌斯方程,聚合反应的速率常数,k ,随着温度的上升而增大,组合公式为:m n td p p M I K M I k fk k R ][][][])[(2/32/1== 聚合物产量会由于聚合反应速率常数的增加而增加。
这与实际分析相似。
很容易得找到规律:仅温度的增加不但可以提高聚合反应的产量,而且可以使得聚合度和分子量的减少。
结果是这种产品不是我们需要的种类。
因此,需要应用其他的方法调整分子量和产量达到平衡。
4.3 反应压力的影响这个设计是在高压下进行的,所以反应必须与反应压力有关。
因此,对反应压力进行灵敏度分析是必需的。
图4 反应压力对聚合物产量和平均分子质量的影响从图中我们可以看出分子量和聚合物产量随着聚合反应压力的增加而增加。
为了分析它的原因,根据文献资粮,实际生产过程中应用200Mpa的压力。
压力趋势是上升压力可增加至250Mpa~300Mpa。
一般来说,每上升30Mpa将会使转换速率增加1%。
高压下乙烯聚合反应是一个附加的系统体积减小的聚合反应。
所以随着压力的增加反应速率增大,产量增加。
当压力增加时,反应物浓度单体和活性链接触率可导致进一步的反应,分子质量随之增加。
随着压力的增加,聚乙烯在乙烯中的溶解度明显增加,因此生成的聚乙烯溶解在乙烯中,形成了一个均匀的相。
由于聚合物浓度的减少,长直链的数量减少,副反应减少。
因此,产品的光学特性和加工性能得到提高。
一般说来,乙烯的高压聚合反应可在均匀相中生产出高质量的产品。
4.4 第一个反应器体积的影响为了控制反应的程度和掌握转化率和分子量的测量标准,最好的方法是控制反应时间。
一般来说,我们增加反应器体积以调整苯乙烯反应时间。
与对第一个反应器温度的灵敏度分析相同,我们只模拟第一个反应器体积,观察其对产量和分子量的影响趋势。
然后根据上述曲线假设第二个、第三个反应器的条件。
图5 第一个反应器体积对产量和平均分子量的影响受反应时间增加限制第一个反应釜体积对聚合反应的作用。
在一个给定的时间内,转化率和链增长度是个常数,但是随着反应时间的增加必导致转化率和链长度的增加,结果产量和分子量随着聚合反应器体积的增加而增加。
然而,反应器体积增加将会导致反应器表面积增加,会需要更多的钢铁和其它材料来制造聚合反应器,也会使控制聚合反应变得困难。
因此,限制聚合反应器体积增加使适合于提高产物产量和分子量,但体积不能太大。
5总结上述的曲线可以对每一个因素在理想结果上提供直观的作用趋势。
这将对进一步的优化提供参考依据。
根据上述模拟和分析,我们可以得出以下几点结论:(1)引发剂进料速率的增加可大大提高产量,但是降低了分子量;(2)平均分子质量随着温度的上升减少,高密度聚乙烯的产量随着温度的上升而增加;(3)分子量和聚合物产量随着聚合反应压力的增加而增大;(4)聚乙烯平均分子质量和产量随着聚合反应体积增加而增大。