پلیمریزاسیون کاتالیستی اتیلن در فاز گازی توسط فناوری راکتور چندمرحله ای بستر سیال و مدل سازی فرآیند

توسعه کاتالیست و راکتور برای تولید اقتصادی پلی الفین ها با توجه به افزایش سالانه تقاضای جهانی رو به گسترش و پیشرفت است. توسعه فناوری های نو برای تهیه کاتالیست با کارایی بالا و طراحی راکتور های ویژه از چالش های عمده در این ارتباط است . تولید پلی الفین ها به روش فاز گازی به دلیل اهمیت کنترل فرایند و محصول از نظر ساختار مولکولی، اندازه و مورفولوژی ذرات پلیمری همراه با هزینه و قیمت تمام شده دارای جایگاه ویژه ای در صنایع پتروشیمی است. در این مطالعه با استفاده از مدل سازی هیدرودینامیکی بستر های سیال، راکتورهای چند مرحله ای چرخشی با آرایش ویژه متشکل از یک لوله درونی ، منطقه حلقوی و مخروطی طراحی و ساخته شد. مدل سازی هیدرو دینامیکی مورد اشاره در بالا با در نظر گرفتن توزیع اندازه ذرات پودر پلیمر، شکست و چسبندگی آن ها در فرایند پلیمریزاسیون توسعه یافت و اعتبار آن با داده های تجربی تبدیل ازن به اکسیژن و پلیمریزاسیون اتیلن در فاز گازی ارزیابی شد. سپس با توجه به همگرایی مناسب پیش بینی مدل با داده های تجربی، از آن برای طراحی ابعاد اولیه ی هندسه مورد نظر راکتور چند مرحله ای بستر سیال استفاده شد. با استفاده از این ابعاد اولیه، پس از چند آزمون و انجام اصلاحات، ابعاد هندسی و تجهیزات مورد نیاز راکتور مورد نظر طراحی و در مقیاس نیمه صنعتی به همراه سازه شیشه ای ساخته شد. به طور همزمان کاتالیست جدیدی از خانواده زیگلرناتا با فعالیت بالا در فشارهای متوسط و بالا سنتز شد و ضمن مطالعه کارایی آن برای تولید پلی اتیلن در فاز دوغابی و گازی، ثابت های سینتیکی مربوط به دست آمد. از این ثوابت برای تکمیل مدل سازی فرایند پلیمریزاسیون اتیلن در راکتورهای چندمرحله ای چرخشی استفاده شد. با توجه به توزیع باریک و مناسب پایه کاتالیست، پودر پلیمر تولید شده دارای مورفولوژی مناسب با اندازه درشت و با توزیع باریک بود. برای راه اندازی راکتور در فشارهای متوسط و بالا کلیه ی قواعد و اصول ایمنی تدوین شد. با استفاده از مدل هیدرودینامیکی توسعه یافته کسر حجمی فاز جامد و گاز و سرعت هر دو فاز به صورت لحظه ای و متوسط به دست آمد و در یک مدل(حباب-امولسیون) به عنوان ورودی به کار رفت و بر اساس آن توزیع دمای پلیمریزاسیون ناحیه حلقوی راکتور محاسبه و با نتایج تجربی مقایسه گردید. این نتایج تأثیر حضور لوله و مخروط در راکتور بر زمان اقامت فاز جامد و عمل اختلاط کامل و کاهش جدایش فازی در ناحیه حلقوی (بستر متحرک) را نشان داد. افزایش سرعت خوراک ورودی ضمن کاهش اختلاف دما در طول لوله و یکنواختی بیشتر محصول در پایلوت با تأثیر بر اختلاف زمان اقامت در لوله و ناحیه حلقوی منجر به تولید پلیمر دو قله ای گردید. کلید واژه: راکتور چند ناحیه ای ، کاتالیست زیگلر ناتا، پلیمریزاسیون اتیلن، فاز گازی، راکتور بستر سیال، مدل سازی