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超声波强化聚乙烯脱挥研究

周茹英  
【摘要】: 我国开发研究的“冷凝态模式聚烯烃工艺”极大地提高了聚合反应过程效率,但由于引入的惰性烷烃用量很大且分子较单体大,其在聚乙烯颗粒中的溶解度比单体的溶解度要高出1~2个数量级,因此必须对原有的脱挥过程进行强化以满足生产要求。 超声技术是利用声能量与物质间的独特相互作用——超声空化作用来传递能量,达到强化化学反应和传递过程的目的。根据超声作用机理,超声技术可以克服聚合物表面和吸附质间的亲和力,加快聚合物内的扩散以及表面的分子传递。 论文研究了正己烷在ML2202、DGM1820两种牌号聚乙烯中的脱挥过程。详细考察了不同操作条件下,聚乙烯颗粒中正己烷的脱挥过程,以及超声波对这一过程的强化作用。在实验范围内,温度和吹扫气量的增加,聚乙烯中正己烷的脱挥速率均上升,脱挥时间缩短;在所有操作条件下,超声均能强化聚乙烯脱挥过程,脱挥时间缩短了35%~40%;超声波对脱挥过程的影响是超声空化作用产生的热效应和非热效应共同作用的结果,非热效应约占80%。 DGM1820聚乙烯比表面积比较大,脱挥过程可以明显地分为两个阶段,本文提出了拟均相球形传质模型:R=-(dM)/(dt)=A_1e~(-K_1t)+A_2e~(K_2t),计算得到的两段脱附速率与实验结果很好地相符。拟合得到了各种操作条件下正己烷在聚乙烯颗粒中的扩散系数和脱挥过程的传质系数,发现超声作用明显增加了两个阶段的扩散系数和传质系数,且对第一阶段的强化作用更大,并根据模型计算定量描述了超声波对脱挥过程的强化作用,得出了超声强化因子随操作条件的变化趋势。 ML2202聚乙烯比表面积比较小,即颗粒中孔道比较少,脱挥过程基本可以认为仅是脱除了溶在聚乙烯颗粒内的正己烷,脱挥速率从理论上呈单指数下降,实验数据也证明了这一点。 对聚乙烯原样和超声处理过的颗粒进行结晶度和孔径等的分析,发现这些物性数据基本不变,说明超声作用并不改变聚乙烯的内在特性,但超声作用后颗粒比表面积略有增加,即超声波对颗粒有一定的粉碎作用。 浙江大学硕士学位论文 根据本文的研究结果,可以认为如果将超声元件正确地应用于聚乙烯生产工 艺中,可以增加聚乙烯脱气仓的处理能力,这是目前解决冷凝态操作中聚乙烯脱 挥难的一条有效途径。


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