一、 Hypol工艺简介

Hypol是MPC公司20世纪80年代初期开发的，1991年，MPC和Mitsui Toatsui Chemicals, Inc. 合并组成三井化学公司，MPC公司的Hypol工艺改称三井化学Hypol工艺。

Hypol工艺是一种多级聚合工艺。它把本体法丙烯聚合工艺的优点同气相法聚合工艺的优点融为一体，在国内的Hypol 工艺通常采用一釜或两釜液相本体均聚釜串联一台气相均聚釜、一台气相共聚釜。由于原-料来源的不同，有些采用炼厂气为原-料的厂家不采用共聚反应器。

Hypol工艺聚丙烯装置主流程包括原-料精制、催化剂配置、反应器系统、单体闪蒸、?-环、聚合物脱气和挤压造粒等工段，进料丙烯通常都需要进行必要的精制处理以达到聚合级丙烯的要求，脱除的杂质有微量水、氧、硫、CO、胂等。精制合格后的丙烯经-液一气反应釜在高效催化剂体系（CS-1、AT、DDS）和分子量调解剂（H2）的作用下生成聚丙烯（PP）粉末，聚丙烯粉末经-过干燥、去活与添加剂混合造粒，最后包装成袋储存或出售。

以下讨论均针对Hypol工艺聚丙烯装置的32m2液相釜进行。

二、 浆液密度的判断在实际生产中的重要性及存在问题

丙烯与主催化剂、活化剂、给电子体按一定比例一同连续进入液相反应釜，在操作压力为3-4 MpaG、反应温度为65-75℃的条件下进行丙烯均聚反应生成聚丙烯，我们将丙烯与聚丙烯的混合物称为浆液，将聚丙烯在混合物中的含量称为浆液密度，通常表示形式为单位体积丙烯中的聚丙烯含量，即g聚丙烯/L丙烯。在实际生产中浆液密度是液相反应器单程转化率的指标，相同条件下，浆液密度越高单位时间内产出聚丙烯量越大，以下为聚合釜中聚合物的稳态质量恒算，如图1：

为进行反应器模拟，首先做如下假定：

1.聚合釜内的浆液流动为理想全混流

2.由于反应器内氢气浓度为很小的常数，忽略氢气含量

3.催化剂质量分数为30-60g /T聚丙烯，忽略其含量

聚合物恒算方程： R- W*fS=0

式中：R——聚合釜中单位时间聚丙烯产率（单体消耗速率），kg /h

W - 单位时间流出聚合釜的浆液质量流率，? kg /h

fS-浆液中聚丙烯的质量分数，kg聚丙

烯/kg 浆液

设：CP-浆液密度，g聚丙烯/L丙烯

ρP-丙烯单体在该温度下的密度，kg / m3

由上式知：R 随CP 的增大而增大，即在装置设计允许的一定丙烯进料的条件下，反应器的聚丙烯产率随浆液密度的增加而提高。因此合理提高浆液浓度可以提高反应器的经-济效益，无疑这是整个装置最重要的操作参数之一。

Sphypol工艺的聚丙烯装置自带反应器中的浆液密度的测量仪表，操作人员根据仪表指示直接可以对装置进行调整，精确控制反应器中的浆液密度，而Hypol工艺的聚丙烯装置没有类似的测量仪表，所以没有直观的数据提供给操作人员，不便于判断装置的反应情况，如凭经-验调整，进行卡边操作，反应波动回调不及时，就会超出装置的设计能力，造成结快、堵线、聚釜等生产事故，因此，为实现装置的最大效益，对浆液密度进行卡边操作，准确判断反应器中的浆液密度是至关重要的。

三、 液相聚丙烯釜式反应器浆液密度判断方法

1、机理法

所谓机理法即从丙烯聚合的反应机理出发，结合装置的控制原-理，对反应器进行物料恒算、热量恒算计算出聚合物的生成速率，并对其加以控制，众所周知丙烯聚合反应是放热反应，工艺上是通过对聚合反应热的撤除实现对反应器的控制，只要对所需?-环水（FIC216、FIC210）进行计算，就能计算出聚丙烯的生成量。但该方法影响因素甚多，笔者进行大量计算，认为其计算过程复杂、精度不高，不能作为装置控制依据，计算过程不再赘述，其缺点如下：

1)涉及参数多，不便于计算：进料量、?-环量、物料温度、水量、水温、换热器效率、夹套换热效率、不同浆液条件下浆液内部传热效率等等。

2)热损失无法估计需要大量数据进行回归，而且冬、夏不同；同类装置不同地域的热损失不同，不能相互借鉴。

3)涉及测量仪表众多，要求仪表整体精度高，该方法准确使用率降低

4)连续使用寿命短，如随时间推移换热器效率下降就极大影响其准确性

基于以上原-因，该方法只能用于定性计算，而不能提供用以控制装置的精确的定量数据。

2、功率拟核法

Hypol工艺聚丙烯液相反应器通常采用多层六直叶圆盘涡轮搅拌釜，如图3所示EIZ211、EIZ212即为该搅拌的电流、转速指示值（84.50 A、 130.5 rpm/min）,该搅拌轴功率的计算方法已经-被工业界普遍采纳，如下：

式中：P￡-搅拌轴功率，?

W.P=30.5VφIφCOSφφ；

ρ-液固两相表观密度，kg /m3 ；

 N-转速，S-1 ；

d-桨径 ， m ；

NP-功率准数 。

式中P、N、d由实际装置生产数据可知，NP由NP-Re算图需查取，而Re=(d2*N*

ρ）/μ也与ρ关联，不能直接求取，下面讨论两种情况下的NP变化：

1)当反应器中为纯单体丙烯60℃时

Re=(d2*N*ρ)/μ=(12*133*427)/（60*0.0792*103)=1.195*107

2)当反应器中为设计浆液密度350g/L，60℃时

ρS = f *ρpp +（1-f）*ρp?①

f=（ρS-ρp）/（ρpp -ρp）?②

其中：ρpp -固体聚合物密度，kg/m3

ρp-该温度下单体液相丙烯密度，kg/m3

 f-固体聚合物浆液中的体积分率%m3/m3

得：ρS=561.167kg/m3 f=0.2778

另：μ=μ0(1+2.5f+7.17f2+16.2f3)=0.205535cp

式中：μ浆液表观粘度cpμ0-丙烯表观粘度cp

Re=(d2*N*ρ)/μ=(12*133*561.2)/(60*

0.2778*103)=0.45*107

由以上两种工况下查NP-Re算图，知可认为反应器稳定运行时，搅拌电机功率准数可忽略物料粘度影响，认为是一不变定值，取Np为3.9,且知反应器中为纯丙烯单体时搅拌器电流为80A，消除功率损耗，采集现场数据得下表：

此方法较第一种方法简单，但确定搅拌器的实际运行特性是一难度较大，需要采用大量实际生产数据拟和，而且在指导生产时需注意搅拌器本身操作条件的变化，如润滑油粘度变化、机械运行情况、环境温度的变化等，需要定期检验、修正。

3、料位核算法

Hypol工艺聚丙烯液相反应器通常采用2-3个料位计控制料位，目前装置上的料位计通常采用差压变送器，如图2根据差变原-理得：

I1*L1*ρd*g*=ρS*g*+ρS*g*h2?A

I2*L2*ρd*g*=ρS*g*h2?B

A式-B式得：ρS=(I1*L1*ρd- I2*L2*ρd)/h1

式中：

I1-底部料位指示值，%

I2-中部料位指示值，%

L1-底部料位测量间距，m

L2-中部料位测量间距，m

ρd-差变的设计密度，kg/m3

ρS-实际浆液密度，kg/m3

h1-底部料位与中部料位正压端取压管间距，m

h2-中部料位的实际高度，m

又设：

ρpp-固体聚合物密度，kg/m3

ρp-该温度下单体液相丙烯密度，kg/m3

f-固体聚合物浆液中的体积分率%m3/m3

所以：ρS= f*ρpp+(1-f)*ρp

f=(ρS-ρp)/(ρpp-ρp)

浆液密度：cp=f*ρpp/(1-f)

g-聚丙烯/L丙烯

此方法简便易行，且精度非常高，只要在操作中统一变送器的操作条件，效果非常明显

四、 结论

1、Hypol工艺聚丙烯装置定量判断液相反应器中的浆液密度极为重要，可保证装置在安稳的前提下经-济运行。

2、Hypol工艺聚丙烯装置无须增设仪表可以准确判断液相反应器中的浆液密度

3、以上介绍的三种方法，均可以作为DCS实时计算、指示的数学模型，尤其第三种方法精度可达0.25级测量仪表水平，可以作为装置APC（advanced process control）被控变量。