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聚丙烯反应器放大过程的多尺度传递与反应特性研究
结题报告
批准号:
U1862201
项目类别:
联合基金项目
资助金额:
240.0 万元
负责人:
罗正鸿
依托单位:
学科分类:
B08.化学工程与工业化学
结题年份:
2022
批准年份:
2018
项目状态:
已结题
项目参与者:
周寅宁、罗先金、项炯华、边超、朱礼涛、张希宝、雷赫、谢志康、马旺宇
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中文摘要
聚烯烃技术水平一定程度代表一个国家的工业现代化程度。反应器技术是其中关键技术之一。目前,国内大型连续化聚丙烯反应器技术全部从国外引进,且绝大多数聚丙烯反应器的能耗与物耗均高于国外水平。要解决上述问题,自主开发新反应器技术,开展丙烯聚合反应器放大研究非常必要。核心内容就是丙烯聚合过程的化学工程特性研究。. 用多学科交叉方法研究国内主要引进的聚丙烯反应器(环管、多区循环流化床及搅拌釜)中液固、气固及气液固等多相复杂系统,认识聚合物链形成(微观尺度传递)、聚合物颗粒(群)运动(介观尺度传递)、相际传递和聚合反应(宏观尺度传递)等基本过程特性,建立多尺度的物理和数学模型,模拟多相反应器内部的多尺度流场。从而,获取多尺度的丙烯聚合过程的传递与反应规律。. 本项目的开展将为国内消化与吸收引进技术,自主开发新技术提供指导,为丙烯聚合装置设计和放大奠定基础,促进化工学科发展。
英文摘要
The technical level of polyolefin industry is an important indicator of the industrialization level of a country. Reactor technology is one of the key technologies in the polyolefin industry. Currently, all domestic large scale continuous polypropylene (PP) reactor technologies were introduced from abroad. Also, the energy and the material consumption of the vast majority of domestic polypropylene reactor are higher than those in oversea. In order to solve the problems and develop new reactor technology independently in China, it is highly desirable to investigate the process of propylene polymerization reactor scale-up. The primary task is to study the characteristics of chemical engineering of the propylene polymerization process.. In this project, three representative PP reactors (i.e. loop reactor, multizone circulating reactor and stirred tank reactor) will be selected as the studied objects. And their multiphase transport and reaction behaviors, i.e. the liquid-solid two-phase behavior in loop reactor, the gas-solid two-phase behavior in multizone circulating reactor and the gas-liquid-solid three-phase behavior in stirred tank reactor, will be studied thoroughly by using an interdisciplinary approach. Due to the multi-scale characteristics of these systems, we will study polymer chain generation at micro-scale, polymer particle (cluster) motion at meso-scale as well as interphase transfer and polymerization reaction at macro-scale from a multi-scale perspective. Moreover, we will establish multi-scale physical and mathematical models to describe the multi-scale flow fields in these reactors. Based on these studies, the multi-scale transport and reaction rules in the propylene polymerization process will be attained.. In short, systematical multi-scale transport and reaction engineering studies on the scale-up for three representative PP reactors in chemical industry will be carried out in this project. The systematical studies will be helpful to assimilate the imported technologies, to provide guidance for independently developing new technologies, and to promote the development of chemical engineering. Moreover, the systematical studies will also lay the foundation for the propylene polymerization equipment design and scale-up.
聚烯烃技术水平一定程度上代表了一个国家的工业现代化程度。反应器技术是其中的核心技术。本项目采用多学科交叉方法从多尺度角度研究国内引进的先进国外聚丙烯反应器(环管、多区循环流化床及搅拌釜)中液固、气固及气液固等相间传递与反应规律。本项目的顺利完成有助于消化与吸收引进的国外技术,为自主开发新聚烯烃技术提供指导,促进化工学科发展。重要进展如下:.1、微观反应机理:实验研究了CS催化剂的丙烯聚合反应机理及动力学特征,基于聚丙烯基元反应网络推导建立了聚合反应动力学方程,为后续丙烯聚合的微观质量模型建立提供了动力学源项、动力学参数及这些参数的获取方法;.2、反应器多尺度模型:分别建立了适用于聚丙烯多相反应器的微观、介观以及宏观质量控制模型,各单独尺度上的质量控制模型准确性得到了包括中试与工业反应器的数据验证,实现了单独各尺度聚丙烯质量传递规律的预测。采用“关键参数传递”方法实现了多相反应器中的三个尺度模型的实质性耦合,建立了多尺度聚丙烯反应器模型,其准确性得到三类反应器中实验/工业现场数据的验证;.3、反应器模型应用:基于上述模型,指导中石油公司自主开发了高端聚烯烃溶液聚合反应器。该反应器采用由内桨和外桨组成的特殊结构的搅拌器,利用溶剂蒸发冷却、溶液外循环冷却、反应器内置冷却盘管、搅拌器和反应釜夹套通冷却介质的方法进行聚合反应热的快速移除。该反应器能精准调控聚烯烃产品性质,保障聚烯烃工艺的高效稳定运行,相关反应器技术已交付给中石油公司。.在AIChE J (4篇),CES(7篇)等国际化工重要期刊上发表20篇论文,完成了与中石油在聚合反应器方面的重大合作项目1项,部分成果参与获2项中国化工学会科学技术一等奖。
期刊论文列表
专著列表
科研奖励列表
会议论文列表
专利列表
Capability assessment of coarse-grid simulation of gas-particle riser flow using sub-grid drag closures
使用子网格阻力闭合的粗网格模拟气体颗粒上升流的能力评估
DOI:10.1016/j.ces.2019.115410
发表时间:2020-02
期刊:Chemical Engineering Science
影响因子:4.7
作者:Li-Tao Zhu;Ya-Nan Yang;De-Tao Pan;Zheng-Hong Luo
通讯作者:Zheng-Hong Luo
DOI:10.1016/j.cep.2021.108332
发表时间:2021-05
期刊:Chemical Engineering and Processing - Process Intensification
影响因子:--
作者:Shuo-Zhe Zhou;Qun-Jie Xu;Xi-Bao Zhang;Zheng-Hong Luo
通讯作者:Zheng-Hong Luo
DOI:10.1002/aic.16973
发表时间:2020-06
期刊:Aiche Journal
影响因子:3.7
作者:Litao Zhu;Jia-Xun Tang;Zheng‐Hong Luo
通讯作者:Litao Zhu;Jia-Xun Tang;Zheng‐Hong Luo
DOI:10.1021/acs.iecr.0c02759
发表时间:2020-09
期刊:Industrial & Engineering Chemistry Research
影响因子:4.2
作者:Xi-Bao Zhang;Wei-Cheng Yan;Zheng‐Hong Luo
通讯作者:Xi-Bao Zhang;Wei-Cheng Yan;Zheng‐Hong Luo
CFD-PBM simulation of bubble columns: Effect of parameters in the class method for solving PBEs
泡罩塔的 CFD-PBM 模拟:求解 PBE 的类方法中参数的影响
DOI:10.1016/j.ces.2020.115853
发表时间:2020-11
期刊:Chemical Engineering Science
影响因子:4.7
作者:Xi-Bao Zhang;Ru-Qiu Zheng;Zheng-Hong Luo
通讯作者:Zheng-Hong Luo
多学科交叉下的气固二相流模型构建及其应用基础研究
  • 批准号:
    22238005
  • 项目类别:
    重点项目
  • 资助金额:
    280万元
  • 批准年份:
    2022
  • 负责人:
    罗正鸿
  • 依托单位:
发泡/高抗冲聚苯乙烯高效可持续制备过程的多尺度研究
  • 批准号:
    21961132001
  • 项目类别:
    国际(地区)合作与交流项目
  • 资助金额:
    200万元
  • 批准年份:
    2019
  • 负责人:
    罗正鸿
  • 依托单位:
持液多区循环流化床聚合反应器的构建、操作稳定性分析及多尺度流场调控
  • 批准号:
    21776173
  • 项目类别:
    面上项目
  • 资助金额:
    70.0万元
  • 批准年份:
    2017
  • 负责人:
    罗正鸿
  • 依托单位:
多尺度层次下的循环流化床中甲醇定向转化制烯烃过程的化学工程研究
  • 批准号:
    U1462101
  • 项目类别:
    联合基金项目
  • 资助金额:
    70.0万元
  • 批准年份:
    2014
  • 负责人:
    罗正鸿
  • 依托单位:
功能导向的"亚"两亲性"氟硅"嵌段聚合物结构与自组装形貌同时定制研究
  • 批准号:
    21276213
  • 项目类别:
    面上项目
  • 资助金额:
    78.0万元
  • 批准年份:
    2012
  • 负责人:
    罗正鸿
  • 依托单位:
国内基金
海外基金