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高压聚乙烯脱气仓脱气过程模拟研究

丁建国  
【摘要】:随着社会的发展,聚乙烯的消费量保持持续增长的趋势,其生产装置也随之不断的扩能与新建,管式法高压聚乙烯生产装置是聚乙烯重要生产装置之一。高压聚乙烯脱气仓作为管式法高压聚乙烯生产装置的重要组成部分,被用于脱除聚乙烯颗粒内残余的乙烯气体。脱气仓脱气过程中,由于仓内乙烯浓度偏高,容易引发燃烧、爆炸事故,给企业造成巨大的经济损失。本文旨在研究高压聚乙烯脱气仓脱气过程中仓内乙烯浓度分布状况,为提高设备安全性提供指导意见。基于石志俭等提出的聚乙烯颗粒内乙烯一维径向扩散模型,通过CFD软件模拟获得脱气过程中脱气仓内乙烯浓度分布状况。模拟结果表明:现有理论预测脱气仓出口气体乙烯体积分数与工厂实测数据存在较大偏差。本文将聚乙烯颗粒内乙烯一维径向扩散模型发展为球形模型,引入颗粒外乙烯浓度的影响,并对进入脱气仓中聚乙烯颗粒内乙烯初始含量进行优化,认为从平衡状态向外扩散35%的乙烯含量为其初始含量比较合理。模拟结果显示,优化后的乙烯扩散模型能更加准确的描述脱气仓脱气过程。分别模拟LDPE-5、LDPE-6、LDPE-7、LDPE-8四种牌号聚乙烯颗粒在脱气仓内乙烯脱除过程。结果表明:在相同条件下,四种牌号聚乙烯颗粒脱气过程中脱气仓内乙烯体积分数由高到低分别为LDPE-7、LDPE-6、LDPE-8、LDPE-5。通过模拟获得确保四种牌号聚乙烯颗粒脱气过程中脱气仓内乙烯体积分数低于20%LEL的最低通风量,进一步获得在进料速度分别为18t/h、22t/h、26t/h、30t/h、34t/h时的最低通风量。分别研究聚乙烯颗粒内乙烯初始含量、颗粒粒径以及脱气仓温度与压力对脱气仓内乙烯浓度分布的影响。研究结果表明:LDPE-6牌号聚乙烯颗粒脱气过程中,脱气仓出口乙烯体积分数最高值与乙烯初始含量呈线性关系。聚乙烯颗粒粒径对脱气仓内乙烯浓度分布状况无明显影响。脱气仓的操作压力对乙烯扩散过程影响不明显,提高温度可以显著提高乙烯扩散系数,加快乙烯逸出过程。扩散系数的提高有效缩短了聚乙烯颗粒所需的脱气时间,但也会提高脱气仓内乙烯浓度,增加设备的危险性。对脱气仓通风结构进行优化,减少脱气仓中乙烯聚集区域。研究发现:提高净化气通风量能够降低危险区域乙烯浓度,然而降低效率有限。调整一路进风口进气角度对危险区域乙烯浓度基本无影响;将一路进风口高度下降至2.89m,可以有效减小危险区域内的乙烯浓度。


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