聚烯烃粉末掺混技术实验研究

44化工机械2014年聚烯烃粉末掺混技术实验研究，洪涛*纪飞晨文化明(天华化工机械及自动化研究设计院有限公司)摘萋介绍了聚烯烃粉末掺混技术实验研究的背景、意义、工作原理和实验方案,对实验结果进行了分析研究并提出了改进措施,为该技术工业化应用提供了实验基础和依据。关键词聚烯烃粉料掺混中图分类号TQ051.7文献标识码A文章编号0254-6094(2014 )01-044-04聚烯烃掺混是聚乙烯、聚丙烯等聚烯烃树脂掺混仓内,从而实现掺混均化的目的;动力式掺混生产工艺中普遍采用的环节,其作用是依靠掺混主要通过风机等外部动力设备将物料从掺混仓底技术使聚烯烃产品性能均化、质量稳定。相对聚部输送至顶部返回仓内,实现物料的充分混合;重烯烃颗粒料,聚烯烃粉末掺混技术起步较晚,一直力式掺混是完全依靠物料下落的重力,通过在掺混未得到足够的重视,很多生产装置甚至未设置掺仓内部设置各种结构的掺混装置如掺混管、均化器混环节,产品均化效果不理想,产品质量波动大。等实现物料混合。重力式掺混由于不需要外加动以中石化扬子石化塑料厂聚乙烯装置B线为例，力,且结构简单操作成本低,产品性能、质量稳定，该生产线常年生产YEC-5505T粉料产品,粉料通在聚烯烃颗粒料行业已有广泛的应用。过聚合反应过程后直接通过缓冲料仓下落至粉料重力式掺混主要形式包括多管式、中心管式、包装专用线进行包装。由于聚合反应过程中工艺靠壁式及旋叶式等,前三种形式的相同之处都以参数的调整以及不同反应釜自身工况不同,聚合物料整体流为设计前提,采用掺混管均化物料。干燥后的粉料产品熔融指数(MFR)、密度、抗冲物料依靠重力流人不同高度开孔的掺混管内部,强度及拉伸强度等物性指标会有一定幅度的波最后汇入设备底部的混合室完成物料的混合。聚动,导致同-时间包装的聚合物粉料基本物性指烯烃粉末流动性差、易产生静电导致在掺混仓内标存在差异,对后续作业中的质量控制产生不利架桥,如采用上述掺混形式,受掺混管的开孔尺寸影响。尤其是在聚烯烃高端专用料市场,目前进限制,聚烯烃粉末难以顺畅的进人掺混管,在掺混口粉料依靠稳定的品质牢牢占据大部分市场份管内的流动状态也无法监控,不能达到良好的掺额,通过有效提高国内聚烯烃粉料掺混效果,打破混效果。多流道旋叶式掺混是重力掺混的新型进口粉料在该领域的垄断,提高我国聚烯烃产品式,掺混机理也是靠物料的重力来实现,所不同的的自给能力,市场潜力巨大。因此进行专门针对是掺混内构件采用旋叶式均化器,均化器安装在聚烯烃粉末掺混技术的实验研究具有显著的经济料仓底部,物料流经料仓底部时不同角度的多个和社会效益。旋叶片将物料分割成多个流道流向出口。通过比1掺混技术评价较各种掺混形式的特性可以看出,旋叶式掺混具目前,工业化应用的掺混形式主要包括气流有良好的掺混效果,并且旋叶式均化器流道相对式、动力式和重力式。气流式掺混利用多股气流将较大,粉末物料可以顺畅通过,适合粉末物料的流物料从仓内不同高度、不同方位有选择的同时进入动特性。中国煤化工MHCNMHG*洪涛,男,1983年10月生,工程师。甘肃省兰州市,730060。第41卷第1期化工机械45旋叶式掺混是中心流(核流)的典型结构,即方案,并为聚烯烃粉末复合掺混技术工业化应用物料在掺混仓内以核流的方式流动,但在物料没提供实验依据,同时也为该技术在其他领域的延有完全形成中心流状态时,掺混效果不好。因此伸奠定基础。单纯采用旋叶式重力掺混式不能完全满足工业化3工艺流程及均化机理实际需要,研究新型复合式掺混技术成为聚烯烃聚烯烃粉末掺混技术采用动力+旋叶式重力粉料掺混发展的必然趋势。的复合掺混方式,物料首先依靠自身重力散落至2实验目的.掺混仓底部,通过经特殊设计的旋叶式掺混器完通过建立聚烯烃粉末掺混实验装置,研究复成初次重力掺混,出料口排出的物料通过输送系合式掺混技术对于聚烯烃粉末的掺混效果,重点统再次返回仓内进行返混,并最终实现均化从出考察物料的流动速率、熔融指数和混合指数。通料口排出。工业装置根据生产需要可以采取一开过对实验过程和结果的全面分析,对均化器、掺混一备形式,实现掺混及包装环节的连续作业。聚仓体结构以及物料流动形式等关键技术提出优化烯烃粉末掺混技术的工艺流程如图1所示。MN袋式过滤旋风丫过滤分离粉料仓粉料仓,C2401粉料包装掺混风机图1聚烯烃粉末掺混技术 工艺流程示意图聚烯烃粉末掺混技术充分发挥了动力和重力在国内外现有设备形式的基础上进行消化、吸收掺混的优势。特殊设计的旋叶式均化器是针对聚和改进,针对聚烯烃粉末的自身特性,尤其对实验烯烃粉料流动性差、易堆积的特性而专门开发,由料仓底锥角度、内摩擦角以及旋叶均化器的叶片中心管和两个锥体通过支撑筋板连接后形成若干分布角度、折流角度等关键部分进行技术攻关,设流道,中心管和中间锥体之间加有设计合理的折计并建立了特殊结构的多流道旋叶式掺混实验装流板(即旋叶片)。当料仓内固体物料形成核流置(图2),根据确定的实验方案对聚烯烃粉料进流动形态后，流经旋叶式均化器直径方向的物料行掺混实验。则是分别来自料仓不同高度的物料，当流道设计料仓参数为:合理时，流出均化器的物料能达到混合的目的。容积0.46 m’另外流道内的折流板和支撑筋板对本身所在流道规格φ600mm x 1 200mm的物料也能进行混合。材料不锈钢+玻璃树脂4实验过程及结果循环比100%4.1实验装置填充率中国煤化工根据复合掺混技术的均化机理和设计理论,实验物料TMYHCNMHGD聚乙烯粉16化工机械2014年料:呈明显的核流流动状态,与聚烯烃粉末掺混技术熔融指数(牌号1) 0. 10 ~0.22，设计理论吻合。熔融指数(牌号2) 0. 945~1. 000对所取样本的熔融指数进行化验分析可以得出,经过第一次重力掺混的样本(前10个)熔融指数已经出现明显的均化效果,但波动性仍较大，单独采用旋叶式重力掺混技术还不能完全满足对料仓聚烯烃粉末的品质要求;经过100%返混后的样本(样本11 ~37)熔融指数已趋于一致,绝大部分旋叶式掺混器稳定在0.4~0.5的区间内(图3)。0.9r出料斗循环管线明0.5-鼓风机下料阀.0.01471013161922528313437样本数.图2聚烯烃粉末掺混实验装置示意 图.4.2实验过程 及现象图3熔融指数曲线在实验掺混料仓内分别加入40kg聚烯烃粉根据Phillips公司提出的两个指标评价混合末,标定两种牌号物料的排料流率，观察聚烯烃粉效果，即当掺混装置为工业装置的1/7倍规模以末在仓内的流动情况以及出料口的排料情况,并上时,混合指数M≤0.250,工业装置的混合指确定实验过程中的取样间隔。通过计算,两个牌数M2≤0.152。计算本次实验的混合指数。号的物料流动速率标定结果均为10kg/min。清空实验料仓,关闭下料口。按先后交错次100%返混合后熔融指数平均值:序向实验掺混仓内加入物料1、物料2各3次,每a=-(a, +az +... +a,) =0.5225次25kg共计150kg,此时实验掺混仓内物料填充均方差值:率达到95%。开启掺混料仓排料口并开始计时,σ°=⊥名(N, -a)° =0.008实验物料通过旋叶均化器进行混合，观察实验物σ =0. 0763料的流动情况和出料情况。开启排料口3min即混合指数:排料20%后每间隔1min在出料口处取样一次直M=号=0. 0763=0.146至物料全部流出。第一阶段实验共取10个样本。0.5225将一次掺混排出的物料全部按出料顺序返回本次实验混合指数M=0.146 <0.250,结果掺混料仓，此时循环比为100%，称第二阶段实满足Phillips公司的评价指标,混合效果良好。验。开启料仓排料口并计时,第二阶段试验每隔由于实验掺混仓按照工程掺混料仓按比例缩30s取- -次样直至料仓中全部物料排完,第二阶小，旋叶均化器的中心管直径较小,实验过程中中段实验共取27个样本。心管出现少量集料,工程化设计时应注意优化中4.3实验结果 及分析心管直径以及中心管与其他流道的匹配。通过多次实验,实验物料在掺混仓内流动情本次实验掺混料仓材料采用玻璃树脂仓体+况良好,没有出现堆积及架桥等现象,物料依靠自碳钢锥段。受掺混仓空间限制,锥段部分内表面身重力即可实现排料。在出料口物料形成稳定的采用磨光机抛半 声面枋粗糙守险法卑出现轻微实心柱状流,并且几乎没有间断和直径变化。从挂料现象。I中国煤化工有效的表实验掺混仓顶部和侧面观察,实验物料在仓体内YHCNMHG页)、，小64化工机槭2014年Flow[J]. Society of Petroleum Engineers Joumal, .[5]杨大地,冉戎.基于遗传算法的曲面最短路径求解1971 ,11(3) :215 ~ 22.[J].计算机仿真,2006 ,23(8) :168 ~ 169.[3} Hilde M ,Joakim H, Gudmund 0 Opimization of Pipe-6] Russell s, Norvig P. Artifcial Ielligence: A Modernline Routes[ C]. The Foureenth Intemnational OffshoreApproach[ M ]. English: Prentice Hall, 1995 :97 ~ 101.and Polar Engineering Conference , France:2004: 50 ~[7] Wichmann D R. Automated Route Finding on Digital55Terrain [ D]. New Zealand: University of Auckland,[4] Marcoulaki E C, Papazoglou L A, Pixopoulou N. Inte-2004 .grated Framework for the Design of Pipeline Systems[8] 王桂龙,黄红毅,陈遥,等.燃气管道穿越河流工程Using Stochastic Optimisation and GIS Tools [ J].的设计[J].煤气与热力,2002 ,22(3) :266 ~268.Chemical Engineering Research and Design, 2012,90(12) :2209 ~ 222.2(收稿日期:2013-06-13,修回日期:2014-01-06)Auto-optimized Route for Gas PipelineZHOU Jun, GONG Jing，LI Xiao-ping(National Engineering Laboratory for Pipeline Safety, China University of Petroleum, Beijing 102249 , China)Abstract Both comprehensive optimization method and tool were adopted to autormatically determine the opti-mal gas pipeline route. The method employs digital terrain data and has a variety of factors, including the flatand rugged topography , impenetrable areas and a variety of earth surfaces like rocks, rivers and wetlands inte-grated. The optimization tool developed can quickly determine the gas pipeline ' s shortest route, and the shor-test route to avoid restricted area and the route planning for different grounds ( river crossing). This providesthe reference for gas pipeline route design.Key words pipeline ，optimal routing, optimization(上接第46页)面抛光技术,减小物料与底锥的摩擦力,有利于物5.2复合式掺混技术有效地利用两种掺混形式料的流动。的优点,达到良好的掺混效果,满足产品均化、质5结论量稳定的要求。为复合式掺混技术工业化应用提.5.1考虑工业化装置规格是实验装置的若干供了实验基础和依据。倍,物料通过均化器中心管和各个流道会更加通5.3 针对实验过程中的现象,对复合式掺混技畅,加之气流输送管道和物料返混重新分散的过术工业化应用提出了建议和意见,并提出了优化程都会产生额外的掺混效果,工业化应用的掺混方案。为下一步大型工程化设计提供了解决方效果应比实验效果更加理想,经特殊设计的多流案。道旋叶式重力均化器适用于聚烯烃粉末,不会产(收稿日期:2013-09-18)生架桥及堆积等不良现象。Experimental Research of Polyolefin Powder Blending TechnologyHONG Tao, JI Fei-chen, W EN Hua-ming( Tianhua Chemical Machinery and Automation Institute Co. , Lsd.，Lanzhou 730060, China)Abstract The background，significance, working principle and experimental program of the experimental re-search of polyolefin powder blending technology were introduced, including analysis of the experimental resultsand improvement measures proposed. This provides both experimental中国 煤化工's idustrialapplication.THCNMH GKey words polyolefin, powder, blending