背景技術(shù)：

0、技術(shù)背景

1、高壓聚乙烯的生產(chǎn)條件為高溫(200～300℃)、超高壓(200～350mpa)，管式法生產(chǎn)高壓聚乙烯(ldpe)是聚合工藝中的關(guān)鍵設(shè)備，一條線的反應(yīng)器分為三段：加熱段占總長(zhǎng)度的21％左右、冷卻段占總長(zhǎng)度的25％左右、反應(yīng)段占總長(zhǎng)度的54％左右。每段由若干組直套管和彎套管組成，其結(jié)構(gòu)如圖1所示：外套管(1)、圓柱點(diǎn)定位(2)、反應(yīng)器內(nèi)管(3)。直套管和彎套管的反應(yīng)器內(nèi)管(3)，由多組的直徑不同，并分布中反應(yīng)器的不同位置，改變反應(yīng)器內(nèi)管(3)的直徑，也就改變了流通面積和流速，延長(zhǎng)了反應(yīng)器內(nèi)的停留時(shí)間和反應(yīng)時(shí)間。加熱段的套管(1)內(nèi)走蒸汽以提高乙烯的反應(yīng)溫度；冷卻段和反應(yīng)段的套管(1)內(nèi)走冷卻水，通過(guò)套管(1)將熱量從反應(yīng)器內(nèi)移出，可帶走30％的反應(yīng)熱量。套管兩端通過(guò)螺紋法蘭連接組成的反應(yīng)器，總長(zhǎng)度超過(guò)1,100m，容積約1.6m3。

2、這種結(jié)構(gòu)的反應(yīng)器物料流動(dòng)狀態(tài)，接近柱塞流動(dòng)，中心管壁層流，只可以與少量其他單體共聚。一種高壓聚乙烯管式反應(yīng)器內(nèi)外柱塞流變?yōu)槁菪鞯慕Y(jié)構(gòu)，可以改變管式法物料流動(dòng)狀態(tài)，將柱塞流改變?yōu)槁菪D(zhuǎn)流，有利于反應(yīng)器內(nèi)物料混合，可以擴(kuò)大共聚范圍，有利于防止偶然解聚，收窄產(chǎn)品相對(duì)質(zhì)量分布，增多長(zhǎng)支鏈，減少微粒凝膠，接近釜式法生產(chǎn)的產(chǎn)品性能，有利于提高產(chǎn)品質(zhì)量，增加產(chǎn)品牌號(hào)。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)思路

1、反應(yīng)器內(nèi)的湍流能提高熱傳遞效率，要想形成湍流，其雷諾數(shù)達(dá)到10,000以上，這是對(duì)物料流動(dòng)的最小要求。要實(shí)現(xiàn)這個(gè)要求，本發(fā)明涉及一種高壓聚乙烯管式反應(yīng)器內(nèi)外柱塞流變?yōu)槁菪鞯慕Y(jié)構(gòu)，是可以選擇的好方法。在反應(yīng)器內(nèi)管(3)內(nèi)借鑒槍膛或炮膛內(nèi)的膛線(也稱來(lái)復(fù)線)，利用螺旋膛線使子彈旋轉(zhuǎn)的原理，這樣可以將物料在反應(yīng)器內(nèi)向前流動(dòng)時(shí)形成的活塞流，改變?yōu)檠刂啪€進(jìn)行旋轉(zhuǎn)的螺旋旋轉(zhuǎn)流，膛線按旋轉(zhuǎn)方向一左旋、一右旋依次布置。這種螺旋旋轉(zhuǎn)流，可以延長(zhǎng)反應(yīng)器內(nèi)的停留時(shí)間，或縮短反應(yīng)器5～10％的長(zhǎng)度?？梢愿淖兎磻?yīng)器內(nèi)物料流通面積和流速流動(dòng)狀態(tài)的柱塞流，有利于物料的混合反應(yīng)和均化。高速的旋轉(zhuǎn)流可以沖刷內(nèi)壁，解決內(nèi)壁垢物的滯留和消除死角，提高傳熱效果，縮短反應(yīng)器的總長(zhǎng)度，有效防止熱量的累計(jì)形成局部過(guò)熱造成的分解反應(yīng)。

2、反應(yīng)器內(nèi)管材料采用的超高壓鋼管aisi?4333m4鋼。

3、主要化學(xué)成分：c：0.30、mn：0.5、si：0.22、ni：3.08、p：0.011、cr：1.15、s：0.012、mo：0.58、v：0.13。

4、室溫下的力學(xué)性能：σb≥1,053mpa、σs0.2≥989mpa、δ≥17.8％、ψ≥64.8％。

5、反應(yīng)器管內(nèi)增加膛線后，計(jì)算壁厚的直徑就要按內(nèi)直徑+2倍的槽深計(jì)算，即di＝d+2t。反應(yīng)器設(shè)計(jì)壓力315mpa，設(shè)計(jì)溫度300℃時(shí)，反應(yīng)器內(nèi)管(3)的外直徑/膛線槽深的對(duì)頂距離之比的關(guān)系為≥2.2。

6、將原圖1所示外套管(1)內(nèi)的圓柱點(diǎn)定位(2)，改為圖4所示的螺旋導(dǎo)流元件(2)。在夾套內(nèi)改用螺旋元件的方案，增加夾套管(1)內(nèi)的換熱面積，解決夾套如何多撤熱問(wèn)題。

7、本發(fā)明涉及一種高壓聚乙烯管式反應(yīng)器內(nèi)外柱塞流變?yōu)槁菪鞯奶啪€截面，見(jiàn)附圖2：圖中反應(yīng)器內(nèi)直徑(d)、槽寬(k)、槽深(t)、圓弧槽半徑(r)反應(yīng)器外管(dn)直徑。

8、其特征在于膛線相關(guān)參數(shù)的選擇：膛線導(dǎo)程p＝(10～12)d；槽深t＝(0.01～0.05)d；槽寬b＝(0.1～0.15)d；頭數(shù)z根據(jù)管內(nèi)徑確定，一般取8～18頭；銳角倒鈍r＝0.3t。

9、根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種高壓聚乙烯管式反應(yīng)器內(nèi)外柱塞流變?yōu)槁菪鞯慕Y(jié)構(gòu)，其特征在于反應(yīng)器管內(nèi)增加膛線后，計(jì)算反應(yīng)器內(nèi)管(3)壁厚與直徑的關(guān)系，按照反應(yīng)器內(nèi)管(3)內(nèi)直徑(d)+2倍的槽深計(jì)算，即di＝d+2t。反應(yīng)器設(shè)計(jì)壓力315mpa，設(shè)計(jì)溫度300℃時(shí)，反應(yīng)器內(nèi)管(3)的外直徑(dn)/膛線槽深的對(duì)頂距離(di)之比的關(guān)系為≥2.2。

10、根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種高壓聚乙烯管式反應(yīng)器內(nèi)外柱塞流變?yōu)槁菪鞯慕Y(jié)構(gòu)，其特征在于膛線分左旋與右旋，并依次一節(jié)左旋，一節(jié)右旋排列。當(dāng)膛線使反應(yīng)物按照螺旋膛線旋轉(zhuǎn)到下一節(jié)套管時(shí)，螺旋膛線的膛線發(fā)生改變，變?yōu)榱硪粋€(gè)旋轉(zhuǎn)方向，促進(jìn)了物料的混合，由活塞流變?yōu)橥牧?，提高熱傳遞效率，沖刷管壁上的垢物，提高換熱效果，延長(zhǎng)運(yùn)轉(zhuǎn)周期。有利于反應(yīng)器內(nèi)物料混合，擴(kuò)大共聚范圍，有利于防止偶然解聚，收窄產(chǎn)品相對(duì)質(zhì)量分布，增多長(zhǎng)支鏈，減少微粒凝膠。

11、根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種高壓聚乙烯管式反應(yīng)器內(nèi)外柱塞流變?yōu)槁菪鞯慕Y(jié)構(gòu)，其特征在于可以適當(dāng)縮短反應(yīng)器5～10％的總長(zhǎng)度。

12、根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種高壓聚乙烯管式反應(yīng)器內(nèi)外柱塞流變?yōu)槁菪鞯慕Y(jié)構(gòu)，其特征在于如圖4所示，主要由：外套管(1)、螺旋導(dǎo)流元件(2)、反應(yīng)器內(nèi)管(3)等零部件組成。

13、根據(jù)權(quán)利要求5所述的一種高壓聚乙烯管式反應(yīng)器內(nèi)外柱塞流變?yōu)槁菪鞯慕Y(jié)構(gòu)，其特征在于在高壓聚乙烯管式反應(yīng)器夾套內(nèi)采用螺旋導(dǎo)流元件(2)，可以增加反應(yīng)器夾套內(nèi)47.2％的換熱面積，提高撤熱量；夾套管與反應(yīng)器管的同軸度好；可以將平推流改為旋轉(zhuǎn)流，有利于撤熱；提高反應(yīng)器管的剛度。

14、最小壁厚計(jì)算舉例：反應(yīng)器內(nèi)管(3)的外直徑dn105mm按照比例關(guān)系2.2計(jì)算：

15、di＝dn/2.2＝47.7mm，單邊最小壁厚只要大于28.65mm就是安全的。

技術(shù)特征：

1.本發(fā)明涉及一種高壓聚乙烯管式反應(yīng)器內(nèi)外柱塞流變?yōu)槁菪鞯慕Y(jié)構(gòu)，反應(yīng)器內(nèi)管(3)內(nèi)增加了膛線，將原來(lái)的柱塞流改變?yōu)槁菪D(zhuǎn)流。膛線截面尺寸代號(hào)，反應(yīng)器內(nèi)直徑(d)、槽寬(k)、槽深(t)、圓弧槽半徑(r)、反應(yīng)器內(nèi)管(3)外直徑(dn)。

2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種高壓聚乙烯管式反應(yīng)器內(nèi)外柱塞流變?yōu)槁菪鞯慕Y(jié)構(gòu)，其特征在于膛線相關(guān)參數(shù)與直徑的對(duì)應(yīng)關(guān)系：膛線導(dǎo)程p＝(10～20)d；槽深t＝(0.01～0.05)d；槽寬b＝(0.1～0.15)d；頭數(shù)z根據(jù)管內(nèi)徑確定，一般取8～18頭；銳角倒鈍r＝0.3t。

3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種高壓聚乙烯管式反應(yīng)器內(nèi)外柱塞流變?yōu)槁菪鞯慕Y(jié)構(gòu)，其特征在于反應(yīng)器管內(nèi)增加膛線后，計(jì)算反應(yīng)器內(nèi)管(3)壁厚與直徑的關(guān)系，按照反應(yīng)器內(nèi)管(3)內(nèi)直徑+2倍的槽深計(jì)算，即di＝d+2t。反應(yīng)器設(shè)計(jì)壓力315mpa，設(shè)計(jì)溫度300℃時(shí)，反應(yīng)器內(nèi)管(3)的外直徑/膛線槽深的對(duì)頂距離之比的關(guān)系為≥2.2是安全的。

4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種高壓聚乙烯管式反應(yīng)器內(nèi)外柱塞流變?yōu)槁菪鞯慕Y(jié)構(gòu)，其特征在于膛線分左旋與右旋，并依次一節(jié)左旋，一節(jié)右旋排列。當(dāng)膛線使反應(yīng)物按照螺旋膛線旋轉(zhuǎn)到下一節(jié)套管時(shí)，螺旋膛線的膛線旋轉(zhuǎn)方向發(fā)生改變，變?yōu)榱硪粋€(gè)旋轉(zhuǎn)方向，促進(jìn)了物料之間的碰撞和混合，由活塞流變?yōu)橥牧?，提高熱傳遞效率，螺旋旋轉(zhuǎn)流還可以沖刷管壁上的垢物，提高換熱效果，延長(zhǎng)運(yùn)轉(zhuǎn)周期。有利于擴(kuò)大反應(yīng)器內(nèi)物料共聚范圍，有利于防止偶然解聚，有利于收窄產(chǎn)品相對(duì)質(zhì)量分布，增多長(zhǎng)支鏈，減少微粒凝膠。

5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種高壓聚乙烯管式反應(yīng)器內(nèi)外柱塞流變?yōu)槁菪鞯慕Y(jié)構(gòu)?？梢赃m當(dāng)縮短反應(yīng)器5～10％的總長(zhǎng)度。

6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種高壓聚乙烯管式反應(yīng)器內(nèi)外柱塞流變?yōu)槁菪鞯慕Y(jié)構(gòu)，其特征在于如圖4所示，主要由：外套管(1)、螺旋導(dǎo)流元件(2)、反應(yīng)器內(nèi)管(3)等零部件組成。

7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的一種高壓聚乙烯管式反應(yīng)器內(nèi)外柱塞流變?yōu)槁菪鞯慕Y(jié)構(gòu)，其特征在于：在高壓聚乙烯管式反應(yīng)器夾套內(nèi)采用螺旋導(dǎo)流元件(2)，可以增加反應(yīng)器夾套內(nèi)47.2％的換熱面積，提高撤熱量；夾套管與反應(yīng)器管的同軸度好；可以將平推流改為旋轉(zhuǎn)流，有利于撤熱；提高反應(yīng)器內(nèi)管(3)的剛度。

技術(shù)總結(jié)
一種高壓聚乙烯管式反應(yīng)器內(nèi)外柱塞流變?yōu)槁菪鞯慕Y(jié)構(gòu)分兩個(gè)部分：一是反應(yīng)器內(nèi)管(3)內(nèi)將槍炮膛內(nèi)的膛線(也稱來(lái)復(fù)線)引入到管式反應(yīng)器內(nèi)，利用螺旋膛線使子彈旋轉(zhuǎn)的原理，將反應(yīng)器內(nèi)活塞流改變?yōu)槁菪D(zhuǎn)流；膛線按旋轉(zhuǎn)方向一左旋、一右旋依次布置。二是原圖1所示外套管(1)內(nèi)的圓柱點(diǎn)定位(2)，改為圖4所示的螺旋導(dǎo)流元件(2)。這兩部分改動(dòng)，主要解決管式反應(yīng)器在生產(chǎn)過(guò)程中的通過(guò)采用膛線的結(jié)構(gòu)，利用螺旋旋轉(zhuǎn)流，來(lái)改變反應(yīng)器內(nèi)物料流通面積和流速流動(dòng)狀態(tài)的柱塞流，解決管式反應(yīng)器內(nèi)物料混合問(wèn)題，解決反應(yīng)物黏壁后降低了撤熱量問(wèn)題。在夾套內(nèi)改用螺旋元件的方案，增加夾套管(1)內(nèi)的換熱面積，解決夾套如何多撤熱問(wèn)題。

技術(shù)研發(fā)人員：段利,孟明,唐畢余
受保護(hù)的技術(shù)使用者：海南海派克工程技術(shù)咨詢有限公司
技術(shù)研發(fā)日：
技術(shù)公布日：2025/1/2