شکل ۱-۲- ساختار مولکولی انواع پلی اتیلن ]۴[
پلی اتیلن با دانسیته پایین (LDPE) :
این نوع پلی اتیلن دارای زنجیری شاخه دار است. بنابراین زنجیرهای LDPE نمی توانند بخوبی با یکدیگر پیوند برقرارکنند و دارای نیروی بین مولکولی ضعیف و استحکام کششی کمتری است . این نوع پلی اتیلن معمولا با روش پلیمریزاسیون رادیکالی تولید می شود. از خصوصیات این پلیمر، انعطاف پذیری و امکان تجزیه بوسیله میکروارگانیسم ها است.

پلی اتیلن خطی با دانسیته پایین (LLDPE) :
این نوع پلی اتیلن یک پلیمر خطی با تعدادی شاخه های کوتاه است و معمولاً از کوپلیمریزاسیون اتیلن با آلکن های بلندزنجیر ایجاد می شود ]۵[.

روش های تولید انواع پلی اتیلن
فرایند فشار بالا: در این فرایند اتیلن در فشار بین ۱۰۰۰-۳۰۰۰ بار به وسیله آغاز گرههایی مثل پراکسیدها , ترکیبات آزو و مقدار ناچیز اکسیژن در یک مکانیزم رادیکالی پلی اتیلن تولید می شود. در این فرایند به دلیل انجام واکنش به شکل رادیکالی زنجیره های پلیمری تولید شده شاخه دار می باشند و از این رو دانسیته پلیمر تولید شده با این روش پایین و حدود ۹۴۵/۰ – ۹۱۵/۰ می باشد این نوع پلی اتیلن با نام پلی اتیلن سبک (LDPE) شناخته می شود و عمده مصرف آن در تولید فیلم می باشد ]۶[.
فرایند زیگلر ناتا:
در سال ۱۹۵۳ زیگلر در آلمان و ناتا در ایتالیا موفق به ساخت کاتالیستسی شدند که توسط آن می توان پلی اتیلن را در فشارهای پایین تولید نمود. این کاتالیست ترکیب فلز واسطه تیتانیوم و کلر می باشد که روی منیزیوم کلراید ساپورت شده و توسط تری اتیل آلمینیوم به عنوان کوکاتالیست فعال می شود.
امروزه تولید پلی اتیلن به وسیله این فرایند گسترش زیادی یافته و عموما با دو روش دوغابی و فاز گاز انجام می شود. در روش دوغابی واکنش در فاز هگزان انجام می شود و به دلیل خاصیت انتخاب پذیری این کاتالیست زنجیره پلیمری خطی تولید می کند وبه سبب شکل خطی زنجیر پلیمر تولید شده دارای دانسیته بالا می باشد که این نوع پلیمر پلی اتیلن سنگین(HDPE) نام گرفته است و دانسیته آن بین ۹۶۰/۰ – ۹۴۰/۰ می باشد.عمده مصرف این نوع پلیمر تولید لوله , مواد تزریقی وظروف پلاستیکی می باشد.
جهت کاهش دانسیته از مونومر ۱-بوتن در این فرایند استفاده می شود اما به دلیل افزایش انحلال پلیمر در هگزان با پایین آمدن دانسیته در این روش نمیتوان به پلیمرهای با دانسیته پایین دست یافت از این رو جهت تولید پلی اتیلن با دانسیته پایین از روش فاز گاز استفاده می شود.
در فاز گاز می توان با افزایش ۱- بوتن یا کمونومرهای سنگینتر مثل ۱-هگزن به دانسیته های پایین تر دست یافت. پلیمر تولیدی با این روش پلی اتیلن سبک خطی(LLDPE) نام دارد.
در این روش شاخه های جانبی که سبب کاهش دانسیته می شوند ناشی از کومونومرها می باشد بداین جهت شکل خطی زنجیر حفظ می شود. از این پلیمر جهت تولید انواع فیلم استفاده می شود ]۶[.
فرایند فیلیپس:
در این روش از کاتالیست اکسید کرم روی پایه سلیس استفاده می شود و توسط آن پلی اتیلن با دانسیته بالا تولید می شود.
به دلیل ماهیت زنجیری این مواد شانس تولید مولکولهایی با طول زنجیر متفاوت و آرایش مولکولی مختلف در این واکنش زیاد است و به همین دلیل خواص فیزیکی , مکانیکی و شیمیایی متفاوتی از خود بروز می دهند. از این رو محصولات تولید شده به این روشها با بهره گرفتن از این تفاوت ریز ساختار و به تبع آن اختلاف خواص به گرید های متفاوت دسته بندی می شوند.
فصل دوم
مروری بر تحقیقات گذشته
۲-۱- پژوهش های انجام شده بر روی مدل سازی راکتورهای پلی اتیلن
تا کنون مدل های متعددی جهت شبیه سازی راکتورهای تولید پلی اتیلن صورت گرفته است. کوی و ری ]۷[ در سال ۱۹۸۵ راکتور پلیمریزاسیون را به شکل دو فاز امولسیون و حباب فرض کرده که در آن واکنش پلیمریزاسیون در فاز امولسیون انجام می شود و این فاز به شکل اختلاط کامل و فاز حباب به صورت یک جریان قالبی که با فاز امولسیون تبادل جرم و انرژی دارد فرض کردند. مک آلی و همکاران ]۸[ در سال ۱۹۹۰ یک مدل سینتیکی دینامیکی برای کوپلیمریزاسیون در فاز گازی در حضور کاتالیست زیگلر- ناتا با چند سایت فعال ارائه داد و خواص پلیمر از جمله وزن مولکولی را پیش بینی کرد. در سال ۱۹۹۴ مک آلی و همکاران ]۹[ راکتور را به شکل اختلاط کامل در نظر گرفت و این مدل را با مدل دوفازی ارائه شده توسط کوی و ری ]۷[ مقایسه کرد و نتیجه گرفت که مدل ساده شده ی اختلاط کامل خطای بسیار ناچیزی ارائه می دهد.
فرناندز و لونا ]۱۰[ در سال ۲۰۰۱ یک مدل سه فازی ناهمگن ( شامل فاز امولسیون و ذرات جامد) ارائه داد که در آن یک جریان قالبی برای تمامی فازها در نظر گرفته شده و با فرض اینکه حباب ها کاملا عاری از ذرات جامد باشند، واکنش تنها در فاز امولسیون صورت می گیرد. کیاشمشکی و همکاران ]۱۱[ در سال ۲۰۰۴ با تقسیم راکتور به بخش های مختلف تقسیم کرده و هر بخش را به صورت اختلاط کامل (CSTR) در نظر گرفتند و سپس روابط جهت به دست آوردن پارامترهایی از قبیل اندیس ذوب و دانسیته پلیمر را ارائه کردند. علی زاده و همکاران ]۱۲[ نیز در سال ۲۰۰۴ یک مدل تانک های سری برای راکتورهای پلی اتیلن با کاتالیست زیگلر- ناتا ارائه کرد که در آن هر CSTR به صورت یک جریان دو فازی فرض شده تا نزدیکی بیشتری با راکتور بستر سیالی داشته باشد.
در سال ۲۰۱۲ بیگلرخانی ]۱۳[ برای اولین بار دو راکتور سری فاز گازی پلی اتیلن (با تکنولوژی اسفریلن) در حالت دینامیک شبیه سازی کرده است. در این مدل راکتورها به صورت دو فازی با راکتورهای اختلاط کامل تقریب زده شده است و خواص پلیمر از جمله وزن مولکولی، توزیع وزن مولکولی، اندیس ذوب و… بررسی شده است.
۲-۲- پژوهش های انجام شده بر روی کنترل راکتورهای پلی اتیلن
کنترل راکتورهای پلیمریزاسیون به دلیل شدت غیرخطی بودن واکنش های درگیر و نیز به دلیل تداخل زیاد بین متغیرهای فرایند کار دشواری محسوب می شود و به همین جهت پژوهش اندکی بر روی کنترل راکتورهای بستر سیال پلیمریزاسیون پلی اتیلن در فاز گازی صورت گرفته است. این راکتورها در شرایط عملیاتی دمایC ° ۱۳۰-۷۵ عمل می کنند و بدون کنترل دمای مناسب به رفتار ناپایدار و نوسانات دمایی منجر خواهد شد. بنابراین پایداری راکتورهای پلی اتیلن مسأله چالش برانگیزی در کنترل محسوب می شود. دادبو و همکاران ]۱۴[ و علی و همکاران ]۱۵[ پایداری دمای راکتور را بررسی کرده اند و سکی و همکاران ]۱۶[ پایداری راکتورهای فاز گازی پلی اتیلن به وسیله ی تنظیم مناسب کنترلرهای تناسبی-انتگرالی-مشتقی بررسی کرده اند. در تمامی این پژوهش ها تنها به مسأله کنترل شدید دمای بستر جهت اطمینان از پایداری پرداخته شده است مک آلی و مک گرگور ]۱۷[ کنترل کیفیت پلیمر را با متغیر کنترل کننده ی جریان های خوراک کنترل کرده و عملکرد یک کنترلر linear internal model (IMC) را با یک حلقه ی فیدبک مقایسه کرده است. در بررسی علی و همکاران ]۱۸[ کنترل دما و فشار به علاوه ی فشار جزئی گاز انجام و عملکرد دو متغیر کنترل کننده بررسی شده است. الحاجی و همکاران ]۱۹[ نیز یک الگوریتم کنترلی پیشگو (NLMLPC) برای کنترل آنلاین توزیع وزن مولکولی پلیمر ارائه کرده اند که جریان هیدروژن و دبی مونومر ورودی را به عنوان متغیر کنترل کننده معرفی می کند. چتزیدوکاس و همکاران ]۲۰[ نیز مسئله ی تغییر گرید بهینه و جفت کردن‌های مناسب را برای تولید پلی اتیلن سبک در یک راکتور بستر سیال را مورد تحقیق قرار داده است.
۲-۳- هدف
هدف اصلی این مدل ارتقای مدل های پیشین و به خصوص مدل بیگلرخانی ]۱۳[ به یک مدل که مناسب با اهداف کنترلی جهت کنترل پارامترهای مهم راکتور است و پس از آن طراحی یک سیستم کتنرل فیدبک جهت پایداری فرایند و عملکرد مطلوب راکتورها در هنگام بروز اغتشاشات است.
فصل سوم
شرح فرایند تولید پلی اتیلن سبک خطی توسط تکنولوژی Spherilene
۳-۱- آماده سازی کاتالیست
در ﭼﻨﺪ دﻫﻪ اﺧﯿﺮ ﮐﺎﺗﺎﻟﯿﺴﺖ ﻫﺎ و واﮐﻨﺶ ﻫﺎی ﮐﺎﺗﺎﻟﯿﺴﺘﯽ از ﻧﻈﺮ ﻋﻠﻤﯽ و ﺻﻨﻌﺘﯽ دارای اﻫﻤﯿـﺖ ﺑﺴـﯿﺎر زﯾﺎدی ﺷﺪه اﻧﺪ و ﻧﻘﺶ ﻓﻮق اﻟﻌﺎده و اﺳﺎﺳﯽ در ﺗﻮﻟﯿﺪ ﻣﺤﺼـﻮﻻت ﻣﺘﻨـﻮع ﻧﻔﺘـﯽ و ﻏﯿﺮﻧﻔﺘـﯽ از ﻗﺒﯿـﻞ ﺑﻨـﺰﯾﻦ ، آﻣﻮﻧﯿﺎک ، ﻣﺘﺎﻧﻮل ، ﭘﻠﯿﻤﺮ و ﻏﯿﺮه دارﻧﺪ. در ﺣﺎل ﺣﺎﺿﺮ ﺗﻌﺪاد ﻣﻮاد ﺷﯿﻤﯿﺎﯾﯽ ﺑﺎ ﭘﺎﯾﻪ ﻫﺎی ﻧﻔﺘﯽ و ﻏﯿﺮﻧﻔﺘﯽ ﮐﻪ ﺗﻮﻟﯿـﺪ آﻧﻬﺎ ﺑﻪ ﮐﺎﺗﺎﻟﯿﺴﺖ ﺑﺴﺘﮕﯽ ﻧﺪاﺷﺘﻪ ﺑﺎﺷﺪ ﺑﺴﯿﺎر ﮐﻢ اﺳﺖ.
کاتالیست (کاتالیست تیتانیومی تثبیت شده بر روی MgCl₂) یک جامد کریستالی و دارای اندازه ذرات کنترل شده می باشدکه به داخل یک مخلوطی از روغن پارافینیک و گریس توزیع می گردد و بنابراین می تواند از طریق سرنگ های انتقال کاتالیست به مخزن پیش تماس (R-1001) پمپ شود. نسبت مخلوط روغن به گریس برابر ۵۵ به ۴۵وزنی می باشد و با هدف رسیدن به محدوده غلظت ۲۰۰ تا۲۶۰ ( لیتر مخلوط/ گرم کاتالیست) با کاتالیست مخلوط می گردد. گریس در داخل بشکه به واحد آورده می شود و در داخل درام انتقال و توسط مبدل (Grease melter) ذوب می گردد و از طریق پمپ به داخل مخزن گریس که دارای ژاکت بخار می باشد پمپ می گردد.سپس به مخزن توزیع کاتالیستD-1006 A/B وجهت اختلاط با روغن و کاتالیست پمپ می شود.
سیستم روغن مورد استفاده برای مخلوط کاتالیست خیلی شبیه به سیستم گریس می باشد بجز آنکه مستقیما” و از طریق سیستم مرکزی روغن به مخزن ذخیره روغن تخلیه می گردد.
شکل ۳-۱- مخزنهای روغن وگریس جهت ساخت کاتالیست ]۱۳[
کاتالیست با اکتیویته بالا مورد استفاده در پلیمریزاسیون توده ای در درام ها یی با وزن خالص ۴۰ یا ۸۰ کیلوگرم و بشکل پودری قهوه ای رنگ تیره به واحد آورده می شود. این کاتالیست باید در محیطی سرد، خنک، خنثی و درفشار یک اتمسفر نگهداری شود. خمیر کاتالیست با بهره گرفتن از سرم های انتقال کاتالیست از D-1006 A/B به سرنگ تزریق کاتالیست D-1008 A/B منتقل می شود. سرنگ های انتقال باعث جابجا یی ملایم کاتالیست و تخلیه کامل درام D-1006 A/B می شوند. سرنگ تخلیه کاتالیست، سرنگ اندازه گیری کاتالیست و تمامی خطوط از درام توزیع تامخزن پیش تماس(R-1001) ژاکت دار بوده واز طریق پمپ Chilled Water کنترل دما می شوند و به منظور رسیدن به شرایط انسجام و یکنواختی قابل قبول و جلوگیری از ته نشینی کاتالیست از این پمپ ها استفاده می شود. سرنگ های اندازه گیری دو ماشین دقیق می باشند که دارای ژاکت بوده و مجهز به پیستون های کاملا سیل شده می باشند. دریک طرف پیستون خمیر کاتالیست قرار دارد و درطرف دیگر آن روغن هیدرولیک قرار گرفته است. این روغن مشابه نوعی است که در سراسر واحد برای Flushing و Seal lubricationاستفاده می شود. این روغن فشارگیری می شود و توسط پمپ به محفظه سرنگ با یک دبی حجمی کنترل شده و به منظور حرکت پیستون و در نهایت تزریق کاتالیست به فرایند پمپ می گردد. روغن هیدرولیک برای پمپ P-1008 A/B در Surge Drum روغن هیدرولیک D-1007 نگهداری می گردد و این جایی است که در هنگام پر نمودن مجدد خمیر کاتالیست روغن به آنجا برگشت داده می شود. در ابتدا هر دو سرنگ کاتالیست خالی می باشند و تزریق از طریق یکی از سرنگ های انتقال انجام می پذیرد. وقتی واحد استارت می شود یک سرنگ، تزریق خوراک به فرایند را انجام می دهد در حالیکه دیگری یا در حال پر شدن است و یا بصورت پر شده آماده تزریق می باشد. سوئیچ شدن از یک سرنگ به دیگری بصورت اتوماتیک می باشد و توسط سوئیچ های روی مسیر حرکت پیستون در سیلندر انجام می گیرد. در هنگام پر شدن سرنگ های مترینگ، توسط روغن هیدرولیک تحت فشار قرار نمی گیرد. در حالیکه بعد از پر شدن با روغن تا فشار بالا فشار گیری شده و در این فشار برای عملیات سوئیچینگ باقی می مانند. وقتی فشار گیری اولیه به انجام رسید سرنگ خارج از سرویس برای سوئیچینگ ضربتی به منظور مترینگ کاتالیست اجازه می یابد و به منظور جلوگیری از به سرویس آمدن سرنگ در هنگام پایین بودن بیش از حد فشار روغن هیدرولیک سیستم Interlock در منطق سیستم کنترل، ارائه شده است. توجه داشته باشید که سرنگ های انتقال کاتالیست و سرنگ های مترینگ کاتالیست می توانند در حالت معکوس نیز عمل نمایند تا خمیر کاتالیست به درام توزیع کاتالیست (D-1006 A/B) برگشت داده شود. کاتالیست جامد تثبیت شده تزریقی به پلیمریزاسیون بر اساس سرعت پلیمریزاسیون مورد نیاز تصحیح می گردد. در واقع خمیر کاتالیست که به راکتور کاتالیست تزریق می گردد به طریق غیر مستقیم با یک کنترل کننده جرمی جریان، واقع بر سیستم تزریق روغن به D-1008 A/B اندازه گیری می شود.
شکل ۳-۲- تجهیزات تزریق کاتالیست به راکتور پیش تماس ]۱۳[
۳-۲- راکتور پیش تماس
خمیر کاتالیست از درام D-1008A/B در ظرف پیش تماس(R-1001) با تیل ودنور تماس ابتدائی را ایجاد نموده و فعال می گردد (در حجمی حدود ۲۱ لیتر). کاتالیست، دنور و تیل از طریق پمپ های اندازه گیری بطور جداگانه به این ظرف وارد می شوند و خمیر کاتالیست از طریق یک تیوب عمقی جداگانه وارد می شود. خط دنور از طریق مسیر ورودی تیل وارد Precontacting Pot می شود. به همراه کاتالیست و کوکاتالیست، یک جریان پروپان سرد شده بهR-1001 تزریق می گردد تا کاتالیست را در پروپان پخش نماید و از این طریق گریس از منافذ کاتالیست خارج گردد و فعال سازی از طریق تیل موثرتر صورت پذیرد. همچنین مقدار کمی پروپیلن تحت شرایط کنترل شده به منظور شکل فضایی پلیمر به ظرف precontacting pot افزوده می شود. مقدار دبی جریان با نسبت C3^-/Cat. بصورت cascade می باشد. مخزن precontacting pot ظرفی کوچک با حجم ۲۱ لیتر و با همزدگی یکنواخت و به همراه ژاکت محتوی آب سرد (chilled water) در گردش به منظور ایجاد شرایط دمایی ثابت در حدود ۱۰ درجه سانتیگراد می باشد. دمای عملیاتی این ظرف از طریق سیستم کنترل دما شامل ژاکت R-1001 در حدود۱۰ درجه سانتیگراد می تواند کنترل گردد. در سیستم آب سرد حول R-1001 تنظیم دمای راکتور توسط دبی آب سرد کنترل می شود، کنترلر دبی آب سرد از دمای راکتور فرمان می گیرد. برای کنترل بهتر دما یک ژاکت حول لوله خروجی از پمپ P-1012 ایجاد شده که داخل این ژاکت می توان با بهره گرفتن از بخار دمای آب سرد را کنترل کرد. جریان خوراک از بالای راکتورR-1001 به آن وارد می شود،این راکتور در شرایط کاملاً پرکار می کند تا از حبس شدن گاز در آن جلوگیری شود. و جریان خروجی از بالای R-1001 سر ریز (Over flow) می کند، اولین راکتور پرپلیمر R-2000Aرا تغذیه می کند.R-1001 دارای یک همزن مگنتیک کوپل می باشد(DA-1001). به منظور حذف کردن نشتی و آلودگی محصول، موتور مغناطیسی به صورت (Packless) طراحی شده است و برای جلوگیری از رسیدن ذرات کاتالیست به بوشهای این موتور محفظه آن توسط پروپان شسته می شود. مخلوط کاتالیست خروجی از راکتور R-1001 به جریان سرد پروپان که به اولین راکتور پیش پلیمریزاسیونی ( ( R-2000Aمی رود، تزریق می گردد.
۳-۳- راکتورهای پیش پلیمریزاسیون
کاتالیستی که قبلا در راکتور R-1001 فعال شده است با پروپیلن در دو لوپ پیش پلیمر کننده در محیط پروپان مایع تحت عمل پیش پلیمریزاسیون قرار می گیرد که مقدار کمی از مونومر بدور ذرات کاتالیست پلیمره می شوند. مرحله پیش پلیمریزاسیون کاتالیست به منظور جلوگیری از تشکیل مقدار زیادی پودر fine ضروری می باشد و چنانچه ذرات کاتالیست بصورت خام و مستقیما به محیط گازی راکتورهای پایین دستی تزریق شود، افزایش ناگهانی دما و واکنش بسیار شدید باعث شکستگی بسیاری از ذرات کاتالیست می شود. ساختار Spherilene با دو پیش پلیمر کننده سری در شرایط مختلف عمل نموده و بهترین راه حل در خصوص مورفولوژی محصول نهای را ارائه می دهد. در این ناحیه، پروپان خروجی از مرحله ریکاوری با آب سرد، خنک می شود و سپس به راکتورها خورانده می شود. از طریق یک سیستم کنترل کننده دبی جداگانه جریان پروپان تزریقی به اولین مرحله از پر پلیمریزاسیون با جریانی از پروپیلن مخلوط می گردد و سپس این مخلوط در لوله های ژاکت دار با آب سرد بیشتر سرمایش پیدا کرده وبه اولین راکتور پرپلیمر تزریق می گردد. کاتالیست پیش تماس داده شده از طریق مسیر شماره Z-1019 A (or B) به راکتور R-2000A تزریق می گردد. بجهت داشتن سینتیک واکنش مطلوب (رنج ۸۰ الی ۱۰۰ گرم پلیمر به ازای یک گرم کاتالیست برای HDPE و LLDPE و۵۵ تا ۷۰ گرم پلیمر بازای یک گرم کاتالیست برای HPLLDPE )، اولین راکتور پرپلیمر در دمای حدود ۲۰ درجه سانتیگراد عمل می نماید و گرمای واکنش از طریق حلقه بسته محتوی آب سرد، گرفته می شود. کنترلر دمای راکتور R-2000A بصورت cascade با کنترلر دمای آب در گردش که واقع در مسیر supply آب سرد می باشد صورت می پذیرد. گردش دوغاب پروپان که از طریق پمپ جریان محوری شماره P-2000A صورت می پذیرد. به منظور ایجاد یک سرعت انتقال حرارت مطلوب و موثر و یکنواخت نگه داشتن دما در سراسر راکتور ضروری می باشد. یک جریان مستقل پروپان شستشوی پمپ پرپلیمر P-2000A را به جهت جلوگیری از ایجاد fouling در جریان بالا دستی انجام می دهد. پمپ P-2000A شامل یک Double back to back Mechanical seal می باشد و یکexternal tandem برای ایمنی وجود دارد. دوغاب پلیمری از R-2000A بصورت پیوسته به R-2000B جریان می یابد. براساس دستورالعمل پیش پلیمریزاسیون جریان پروپان به دومین مرحله پیش پلیمریزاسیون R-2000B به همراه مقدار معینی از پروپیلن، ۱- بوتن و هیدروژن بعد از اندازه گیری و تزریق می گردد. این مخلوط سپس به راکتور بعدی R-2000B تزریق می گردد. در دومین مرحله، سینتیک بگونه ای است که حدود ۳۰۰ گرم پلیمر به ازای یک گرم کاتالیست برای LLDPE و HDPE و در حدود ۱۵۰ گرم پلیمر به ازای یک گرم کاتالیست برای HPLLDPE تأمین می گردد و دمای عملیاتی در صورت تولید HPLLDPE در حدود ۲۰ درجه سانتیگراد می باشد در حالیکه این پارامتر در حدود۵۰-۵۵ درجه سانتیگراد در خصوص تولید LLDPE وHDPE می باشد. گرمای واکنش توسط یک سیستم سرمایش چرخشی بسته توسط آب سرد خارج می گردد .کنترلر دمای راکتور R-2000B بصورت cascade باکنترلر دمای آب چرخشی که در مسیر تغذیه آب سرد قرار گرفته است عمل می نماید. گردش دوغاب پلیمری در R-2000B از طریق پمپ محوری P-2000B صورت می پذیرد که تبادل حرارتی مناسب را قطعیت بخشیده ودر تمام راکتور دمای یکنواختی ایجاد می نماید. پمپ P-2000B به یک Double back to back Mechanical seal و یکexternal tandem برای ایمنی مجهز شده است. دوغاب پلیمر ساخته شده در R-2000B بصورت پیوسته به اولین راکتور فاز گازی وارد می گردد. یک جریان مستقل پروپان از واحد بازیافت به خروجی راکتور R-2000B جهت قطعیت بخشیدن به سرعت ثابت جریان دوغابی در مسیر انتقال وارد می گردد. Atmer 163 تحت شرایط کنترل جریان به خوراک پروپان اضافه می گردد تا واکنش پذیری پلیمر fine را در خلال واکنش با تیل کاهش دهد.
۳ -۴- راکتورهای پلیمریزاسیون در فاز گاز
پرپلیمر، پروپیلن و پروپان واکنش نداده در R-2000A/B به اولین راکتور فاز گازی جریان می یابد. به جهت واکنش پذیری بالای اتیلن، نرخ پلیمریزاسیون در راکتور R-2001 که دریافت کننده کاتالیست پر پلیمر شده، می باشد از طریق تنظیم غلظت پروپان خنثی (بی اثر) در فاز گازی واکنش به مقدار بالاتر از %۷۰-۶۵ مولی کنترل می گردد. برای تولیدHPLLDPE که پروپیلن مونومر اصلی واکنش می باشد به منظور محدود کردن تولید در جهت واکنش مطلوب ، غلظت فاز خنثی (پروپان) در میان دو راکتور فازگازی در حد بالای نگه داشته می شود. هیدروژن نیز بعنوان یک عامل کنترل MI پلیمر و برای نگهداری نسبت مطلوب C₂/H₂ ، H₂/C₃به راکتورتزریق می گردد. مونومر بر اساس نسبت و غلظت مورد نظر برای هر نوع محصول به اولین و دومین راکتور تزریق می گردد. محاسبات مربوط به موازنه جرمی (Material balance) برای راکتور و تعین مقدار مقرر مناسب برای کنترلر مربوط به خوراک مونومر با یک الگوریتم خاص صورت
شکل ۳-۳- راکتور پیش تماس و راکتور پیش پلیمریزاسیون اول ]۱۳[
شکل ۳-۴- راکتور پیش پلیمریزاسون دوم و بخش مونومر برگشتی ]۱۳[
می پذیرد. کنترلر جریان هیدروژن مقدار مقرر را از آنالایزر هیدروژن دریافت کرده و محاسبه را انجام می دهد. هر کدام از دو راکتور فاز گازی به ترتیب دارای حجمی حدود ۶۹۴٫۲۶۵ متر مکعب می باشد و بشکل بستر سیال عمل می نمایند. اولین راکتور فاز گازی %۱۵ الی %۳۰ پلیمریزاسیون را با توجه به خصوصیات محصول ارئه می دهد. شرایط پلیمریزاسیون از طریق غلظت بالایی از پروپان کنترل می شود. مقدار پروپان بدلایل ذیل بالا نگه داشته می شود:
پایین آوردن (کم کردن) سینتیک واکنش از طریق کم کردن فشار جزئی مونومر
بالا بردن انتقال حرارت اطراف ذرات از طریق افزایش دانسیته گاز
دومین راکتور فاز گازی دریافت کننده ذرات پلیمری تازه شکل گرفته می باشد، بنابر این شرایط پلیمریزاسیون به منظور استفاده بهتر از حجم واکنش میتوان فعالتر نگه داشته شود (غلظت پروپان در حدود %۴۰ الی %۵۰ که در حدود %۸۵-۷۰ نرخ تولید را تعیین می نماید). زمان ماند راکتورها برای راکتورR-2001 در حدود ۲ ساعت و برای راکتور R-2002 درحدود ۵/۱ ساعت می باشد که این نرخ متناسب با ارتفاع بستر راکتور می باشد. مونومرها تحت شرایط کنترل شده دمایی و فشاری پلیمریزه می گردند. هر راکتور بصورت بستر سیال بوده و گاز بطور پیوسته توسط یک کمپرسور در گردش می باشد. در سرویس بودن این کمپرسورها برای کنترل و عملیات بسیار حیاتی می باشد.Guid vane مربوط به کمپرسورها جهت تامین سرعت ۹/۰-۷/۰ متر بر ثانیه در راکتور R-2001 و۱-۷/۰ متر بر ثانیه در راکتور R-2002 تنظیم گردیده اند. مونومر ها در حضور کاتالیست پلیمریزه خواهندشدتا درنهایت مولکولهای پایدار وبلند زنجیری را تولید نمایند. همچنانکه این مولکولها واکنش داده و پلیمریزه می گردند، زنجیرهای پلیمری تشکیل شده نیز به یکدیگر متصل شده و زنجیرهای بلند با وزن مولکولی خیلی بالا را شکل می دهد. وقتی هیدروژن به کاتالیست و مونومر اضافه می گردد رشد زنجیر پلیمریزاسیون متوقف می گردد .بنابراین هیدروژن با غلظت مناسب می تواند به منظور کنترل رشد زنجیره مورد استفاده قرار گیرد. محاسبه دقیق وزن مولکولی پلیمر مشکل می باشد و می تواند به نحو قابل توجهی در هر نمونه متفاوت باشد و بدین دلیل آنالیز آزمایشگاه معمولاً بر اساس MFI که بطور معکوس با متوسط وزن مولکولی پلیمر متناسب است پایه گذاری می گردد.
شکل ۳-۵- راکتور فاز گازی اول ]۳[
شکل ۳-۶- راکتور فاز گازی دوم ]۱۳[
پلیمر خروجی از انتهای R-2001 (تحت شرایط کنترلی ارتفاع)، قبل از ورود به R-2002 به سمت فیلترFT-2001 به منظور عملیات گاز زدائی حمل شده واز طریق D-2001A/B به R-2002 وارد می گردد. گاز هیدروکربن جهت انتقال توسط یک کنترل ولو تنظیم می گردد و به مسیر جریان گاز خروجی از FT-2001 وارد می شود. به منظور کاهش سرعت پلیمر در مسیر خروجی از فیلتر، و جهت جلوگیری از تشکیل Angel hair(که بخاطر اصطکاک پلیمر در مسیر انتقال صورت می پذیرد) قسمتی از جریان گاز C-2001A/B تحت شرایط کنترلی فلوی به فیلتر تزریق می شود. کف فیلتر FT-2001 به یک رینگ تزریق گاز به منظور افزایش جداسازی اجزاء سنگین تر، که ممکن است در پلیمر حل شده باشند، مجهز می باشد. سرعت کلی جریان گاز به فیلتر FT-2001 و از آنجا به کمپرسور C-3001A/B متناسب با پروپان برگشتی از انتهای T-3011 به واحد پیش پلیمریزاسیون، تعیین می گردد، بطوریکه این کار برای مناسب نگه داشتن زمان اقامت پیش پلیمرها ضروری است. علاوه براین یک مقدارمعینی ازگاز برگشتی تمیز از بالای T-3011 برای اطمینان بخشیدن به شستشوی مناسب سیل کمپرسور C-2001 و برخی از تجهیزات ابزار دقیقی راکتورهای فاز گازی مورد نیاز می باشد. به کامل شدن واکنش پلیمریزاسیون در راکتور R-2002 پودر پلیمر از طریق یک مرحله جداسازی میانی (CY-2001) به فیلتر FT-2002 منتقل می گردد، که این مرحله میانی به منظور تأمین یک دبی قابل ملاحظه به انتهای FT-2002 در فشار حدودی ۵-۴ بار عمل می نماید هرچند افت فشار مجاز در خط تخلیه پلیمر کاهش می یابد. به منظور افزایش جداسازی اجزاء سنگین تر، که ممکن است در پلیمر حل شده باشند کف فیلتر FT-2001 به یک رینگ تزریق گاز، مجهز می باشد. بعداز گاز زدائی ،پودر پلیمر توسط نیروی وزن خود به واحد خشک کن و بخار زنی انتقال می یابد.
گرمای واکنش در راکتورهای بستر سیال گازی اول و دوم به ترتیب توسط مبدلهای حرارتی E-2001 (خنک کننده گازراکتور R-2001 ) و مبدل E-2002 (خنک کننده گاز راکتور R-2002) خارج می گردد. آب ژاکت این مبدل ها در یک loop بسته و با یک دبی ثابت از پمپ هایP-2001 و P-2002 به گردش در می آید. کنترلردمای آب ژاکت از گاز خروجی بالای راکتور فرمان می گیرد. کنترل دما از طریق تنظیم آب JWS (Jacket Water Supply) صورت می پذیرد. برای کنترل بهتر دما، مقداری جریان بخار می تواند در مبدل گرم کننده آب ژاکت E-2003 و E-2004مورد نیاز باشد که در سیستم Loop بسته آب ژاکت نصب می شود.