一种聚烯烃弹性体溶液固含率在线检测装置及方法与流程

1.本发明涉及聚烯烃弹性体溶液检测领域，特别是涉及一种聚烯烃弹性体溶液固含率在线检测装置及方法。


背景技术：

2.在连续聚合生产工艺中，聚烯烃弹性体溶液固含率(即溶液中聚烯烃弹性体的质量分率)是一项重要的生产能力指标，包括聚合釜出料的固含率、淬灭釜出料的固含率以及闪蒸釜出料的固含率，是间接表明聚烯烃弹性体产量的指标。在实际生产中，聚烯烃弹性体溶液需经淬灭脱挥、闪蒸脱挥、螺杆挤出脱挥等一系列脱挥发分工序，得到干燥聚烯烃弹性体而后称重以计算各釜出料聚烯烃弹性体溶液的固含率，固含率的检测存在延迟、滞后，不具有实时性；尤其是在小试规模下，连续装置未配备淬灭釜、闪蒸釜、螺杆挤出机等一系列脱挥发分设备时，需在聚合反应结束后，收集聚合产物，线下计算获得聚烯烃弹性体溶液固含率。
3.因此，如何实现聚烯烃弹性体溶液固含率的在线、实时检测以便及时反馈调整生产方案，是本领域技术人员亟待解决的技术问题。


技术实现要素：

4.有鉴于此，本发明的目的在于提供一种聚烯烃弹性体溶液固含率在线检测装置及方法，可以精确在线检测聚烯烃弹性体溶液固含率，避免了检测延迟滞后性。其具体方案如下：
5.一种聚烯烃弹性体溶液固含率在线检测装置，包括：
6.聚烯烃弹性体溶液输送管线；
7.在所述聚烯烃弹性体溶液输送管线上按照溶液流向依次串联的齿轮泵、第一压力传感器、节流件和第二压力传感器。
8.优选地，在本发明实施例提供的上述聚烯烃弹性体溶液固含率在线检测装置中，所述齿轮泵为利用齿轮的啮合通过位移来泵送聚烯烃弹性体溶液的设备。
9.优选地，在本发明实施例提供的上述聚烯烃弹性体溶液固含率在线检测装置中，所述节流件为1/4圆孔板、锥形入口孔板、圆缺孔板、偏心孔板、端头孔板、双重孔板、isa1932喷嘴、长径喷嘴、文丘里喷嘴、经典文丘里管、矩形文丘里管中的一种。
10.优选地，在本发明实施例提供的上述聚烯烃弹性体溶液固含率在线检测装置中，还包括：
11.包裹在所述聚烯烃弹性体溶液输送管线外壁的伴热系统。
12.优选地，在本发明实施例提供的上述聚烯烃弹性体溶液固含率在线检测装置中，所述伴热系统为通过伴热媒体与所述聚烯烃弹性体溶液输送管线的管道内进行直接或间接热交换的系统。
13.优选地，在本发明实施例提供的上述聚烯烃弹性体溶液固含率在线检测装置中，
所述齿轮泵的流量控制误差在-0.15％至0.15％之间。
14.本发明实施例还提供了一种本发明实施例提供的上述聚烯烃弹性体溶液固含率在线检测装置的检测方法，包括：
15.利用齿轮泵控制聚烯烃弹性体溶液输送管线内溶液的体积流量；
16.采用第一压力传感器和第二压力传感器测量节流件前后压差；
17.根据所述齿轮泵的体积流量读数和所述节流件前后压差，确定聚烯烃弹性体溶液固含率。
18.优选地，在本发明实施例提供的上述聚烯烃弹性体溶液固含率在线检测装置的检测方法中，采用下述公式确定聚烯烃弹性体溶液固含率：
19.q＝kδp/η
[0020][0021]
其中，q为所述齿轮泵的体积流量读数；k为所述节流件的结构参数；δp为所述节流件前后压差；η为聚烯烃弹性体溶液的粘度值；ms为聚烯烃弹性体溶液的固含率；ms为聚烯烃弹性体的分子量；ηs为聚烯烃弹性体的粘度；m
l
为溶剂的分子量；η
l
为溶剂的粘度。
[0022]
优选地，在本发明实施例提供的上述聚烯烃弹性体溶液固含率在线检测装置的检测方法中，所述齿轮泵每转一次，泵送恒定量的聚烯烃弹性体溶液。
[0023]
优选地，在本发明实施例提供的上述聚烯烃弹性体溶液固含率在线检测装置的检测方法中，所述节流件使聚烯烃弹性体溶液的雷诺数限制在层流范围内。
[0024]
从上述技术方案可以看出，本发明所提供的一种聚烯烃弹性体溶液固含率在线检测装置，包括：聚烯烃弹性体溶液输送管线；在聚烯烃弹性体溶液输送管线上按照溶液流向依次串联的齿轮泵、第一压力传感器、节流件和第二压力传感器。
[0025]
本发明提供的上述聚烯烃弹性体溶液固含率在线检测装置，通过串联在聚烯烃弹性体溶液输送管线上的齿轮泵、第一压力传感器、节流件和第二压力传感器，能够精确在线检测聚烯烃弹性体溶液固含率，避免了检测延迟滞后性，尤其避免了小试规模下，待反应结束、收集聚合产物、线下计算固含率的繁琐性。并且，本发明可方便、灵活应用于聚合釜出料、淬灭釜出料、闪蒸釜出料等一系列需监测聚烯烃弹性体溶液固含率的场景，适于及时反馈调整生产方案。
[0026]
此外，本发明还针对聚烯烃弹性体溶液固含率在线检测装置提供了相应的检测方法，进一步使得上述装置更具有实用性，该检测方法具有相应的优点。
附图说明
[0027]
为了更清楚地说明本发明实施例或相关技术中的技术方案，下面将对实施例或相关技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据提供的附图获得其他的附图。
[0028]
图1为本发明实施例提供的聚烯烃弹性体溶液固含率在线检测装置的结构示意图；
[0029]
图2为本发明实施例提供的聚烯烃弹性体溶液固含率在线检测装置的检测方法流
程图。
具体实施方式
[0030]
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
[0031]
本发明提供一种聚烯烃弹性体溶液固含率在线检测装置，如图1所示，包括：
[0032]
聚烯烃弹性体溶液输送管线1；
[0033]
在聚烯烃弹性体溶液输送管线1上按照溶液流向依次串联的齿轮泵2、第一压力传感器3、节流件4和第二压力传感器5。
[0034]
在本发明实施例提供的上述聚烯烃弹性体溶液固含率在线检测装置中，通过串联在聚烯烃弹性体溶液输送管线1上的齿轮泵2、第一压力传感器3、节流件4和第二压力传感器5，能够精确在线检测聚烯烃弹性体溶液固含率，避免了检测延迟滞后性，尤其避免了小试规模下，待反应结束、收集聚合产物、线下计算固含率的繁琐性。并且，本发明可方便、灵活应用于聚合釜出料、淬灭釜出料、闪蒸釜出料等一系列需监测聚烯烃弹性体溶液固含率的场景，适于及时反馈调整生产方案。
[0035]
进一步地，在具体实施时，在本发明实施例提供的上述聚烯烃弹性体溶液固含率在线检测装置中，齿轮泵2为利用齿轮的啮合通过位移来泵送聚烯烃弹性体溶液的设备。较佳地，齿轮泵2的流量控制误差可以在-0.15％至0.15％之间。因齿轮和外壳的刚性设计允许齿轮泵可耐非常高的压力，同时赋予其泵送高粘度流体的能力，因此齿轮泵2广泛用于泵送高粘度流体；另外，齿轮泵2是固定排量，这意味着齿轮泵2每转一次，泵送恒定量的流体。本发明下，齿轮泵2泵送高粘的聚烯烃弹性体溶液，同时对其进行泵送体积流量的控制。
[0036]
在具体实施时，在本发明实施例提供的上述聚烯烃弹性体溶液固含率在线检测装置中，节流件4可以为标准节流件。具体地，该节流件4可以选自1/4圆孔板、锥形入口孔板、圆缺孔板、偏心孔板、端头孔板、双重孔板、isa1932喷嘴、长径喷嘴、文丘里喷嘴、经典文丘里管、矩形文丘里管中的一种。在本发明中，节流件4的优先选择原则为能够使聚烯烃弹性体溶液雷诺数限制在层流范围内。
[0037]
另外，在具体实施时，第一压力传感器3和第二压力传感器5均为具有压力调节组件和信号传递组件的设备。
[0038]
在具体实施时，在本发明实施例提供的上述聚烯烃弹性体溶液固含率在线检测装置中，还可以包括：包裹在聚烯烃弹性体溶液输送管线1外壁的伴热系统。具体地，伴热系统为通过伴热媒体与聚烯烃弹性体溶液输送管线1的管道内进行直接或间接热交换的系统。本发明下，伴热系统对聚烯烃弹性体溶液输送管线1进行温度控制，确保管线内溶液温度恒定在设定值，且始终处于均相溶液体系。
[0039]
需要说明的是，本发明实施例提供的上述聚烯烃弹性体溶液固含率在线检测装置中，如图1所示，聚烯烃弹性体溶液通入聚烯烃弹性体溶液输送管线1，依次经齿轮泵2、第一压力传感器3、节流件4和第二压力传感器5。其中，通过齿轮泵2来控制聚烯烃弹性体溶液输送管线1内溶液的体积流量，并通过齿轮泵2体积流量和节流件4前后压差进行公式换算后，
就可以计算出确定聚烯烃弹性体溶液固含率。
[0040]
具体地，采用下述公式确定聚烯烃弹性体溶液固含率：
[0041]
q＝kδp/η
ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
(1)
[0042][0043]
其中，q为齿轮泵的体积流量读数；k为节流件的结构参数，是恒定常数；δp为节流件前后压差；η为聚烯烃弹性体溶液的粘度值，是关于固含率ms的函数；ms为聚烯烃弹性体溶液的固含率，也即溶液中聚烯烃弹性体的质量分率；ms为聚烯烃弹性体的分子量，在连续稳定生产某一固定牌号聚烯烃弹性体时是常数；ηs为聚烯烃弹性体的粘度，在连续稳定生产某一固定牌号聚烯烃弹性体时是常数；m
l
为溶剂的分子量，是常数；η
l
为溶剂的粘度，是常数。
[0044]
在本发明中，聚烯烃弹性体溶液固含率检测的最大偏差在-0.5％至0.5％之间。优选地，聚烯烃弹性体溶液固含率检测的最大偏差可以在-0.3％至0.3％之间。
[0045]
可以理解的是，本发明在线检测聚烯烃弹性体溶液固含率的原理为：管路中的聚烯烃弹性体溶液经齿轮泵泵送进入节流件后，流速将在节流件处形成局部收缩，因而流速增加，静压力降低，于是在节流件前后便产生了压差，溶液流速越大，产生的压差越大，且流型处于层流，压差与溶液体积流量之间存在的线性关系，可以用哈根-泊肃叶定律来描述：
[0046]
q＝(p
1-p2)πr4/8ηl＝kδp/η
ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
(3)
[0047]
其中，q是聚烯烃弹性体溶液的体积流量；p1是溶液在节流件入口的静压力，p2是溶液在节流件出口的静压力；r是节流件的当量半径；η是聚烯烃弹性体溶液的粘度；l是节流件的长度。
[0048]
式(3)中，k＝πr4/8l，对于管径、长径比等结构参数一定的节流件，k为恒定常数。
[0049]
又，聚烯烃弹性体溶液为聚烯烃弹性体与溶剂的两元混合物，聚烯烃弹性体溶液的粘度值是固含率ms的函数，即η＝η
mix
＝η
mix
(ms)。
[0050]
根据混合规则，聚烯烃弹性体溶液的粘度η
mix
有：
[0051]
lnη
mix
＝xs·
lnηs x
l
·
lnη
l
ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
(4)
[0052]
其中，xs、x
l
是聚烯烃弹性体、溶剂的摩尔分率，ηs、η
l
是聚烯烃弹性体、溶剂的粘度。其中：
[0053][0054][0055]
其中，w
mix
是聚烯烃弹性体溶液的质量，m
l
是聚烯烃弹性体溶液中溶剂的质量分率，ms、m
l
是聚烯烃弹性体、溶剂的分子量，由此，
[0056][0057]
[0058]
因溶剂的分子量m
l
和粘度η
l
是常数，在连续稳定生产某一固定牌号聚烯烃弹性体时，聚烯烃弹性体的分子量ms和粘度ηs亦是常数，又ms m
l
＝1，那么，聚烯烃弹性体溶液的粘度η
mix
为固含率ms的函数，即
[0059][0060]
通过齿轮泵来控制聚烯烃弹性体溶液输送管线内溶液的体积流量，由齿轮泵体积流量和节流件前后压差，根据公式(1)、(2)可计算出聚烯烃弹性体溶液固含率。
[0061]
基于同一发明构思，本发明实施例还提供了一种聚烯烃弹性体溶液固含率在线检测装置的检测方法，由于该方法解决问题的原理与前述一种聚烯烃弹性体溶液固含率在线检测装置相似，因此该方法的实施可以参见聚烯烃弹性体溶液固含率在线检测装置的实施，重复之处不再赘述。
[0062]
在具体实施时，本发明实施例提供的聚烯烃弹性体溶液固含率在线检测装置的检测方法，如图2所示，具体包括以下步骤：
[0063]
s201、利用齿轮泵控制聚烯烃弹性体溶液输送管线内溶液的体积流量；
[0064]
s202、采用第一压力传感器和第二压力传感器测量节流件前后压差；
[0065]
s203、根据齿轮泵的体积流量读数和节流件前后压差，确定聚烯烃弹性体溶液固含率。
[0066]
在本发明实施例提供的上述聚烯烃弹性体溶液固含率在线检测装置的检测方法中，可以执行上述步骤s201至步骤s203，精确在线检测聚烯烃弹性体溶液固含率，避免了检测延迟滞后性，尤其避免了小试规模下，待反应结束、收集聚合产物、线下计算固含率的繁琐性。并且，本发明可方便、灵活应用于聚合釜出料、淬灭釜出料、闪蒸釜出料等一系列需监测聚烯烃弹性体溶液固含率的场景，适于及时反馈调整生产方案。
[0067]
在具体实施时，在本发明实施例提供的上述聚烯烃弹性体溶液固含率在线检测装置的检测方法中，可以采用下述公式确定聚烯烃弹性体溶液固含率：
[0068]
q＝kδp/η
[0069][0070]
其中，q为齿轮泵的体积流量读数；k为节流件的结构参数；δp为节流件前后压差；η为聚烯烃弹性体溶液的粘度值；ms为聚烯烃弹性体溶液的固含率；ms为聚烯烃弹性体的分子量；ηs为聚烯烃弹性体的粘度；m
l
为溶剂的分子量；η
l
为溶剂的粘度。
[0071]
在具体实施时，在本发明实施例提供的上述聚烯烃弹性体溶液固含率在线检测装置的检测方法中，齿轮泵每转一次，泵送恒定量的聚烯烃弹性体溶液，也就是说齿轮泵是固定排量。另外，节流件要使聚烯烃弹性体溶液的雷诺数限制在层流范围内。
[0072]
关于上述各步骤更加具体的工作过程可以参考前述实施例公开的相应内容，在此不再进行赘述。
[0073]
本说明书中各个实施例采用递进的方式描述，每个实施例重点说明的都是与其它实施例的不同之处，各个实施例之间相同或相似部分互相参见即可。对于实施例公开的方法而言，由于其与实施例公开的装置相对应，所以描述的比较简单，相关之处参见装置部分说明即可。
[0074]
综上，本发明实施例提供的一种聚烯烃弹性体溶液固含率在线检测装置，包括：聚烯烃弹性体溶液输送管线；在聚烯烃弹性体溶液输送管线上按照溶液流向依次串联的齿轮泵、第一压力传感器、节流件和第二压力传感器。上述聚烯烃弹性体溶液固含率在线检测装置通过串联在聚烯烃弹性体溶液输送管线上的齿轮泵、第一压力传感器、节流件和第二压力传感器，能够精确在线检测聚烯烃弹性体溶液固含率，避免了检测延迟滞后性，尤其避免了小试规模下，待反应结束、收集聚合产物、线下计算固含率的繁琐性。并且，本发明可方便、灵活应用于聚合釜出料、淬灭釜出料、闪蒸釜出料等一系列需监测聚烯烃弹性体溶液固含率的场景，适于及时反馈调整生产方案。此外，本发明还针对聚烯烃弹性体溶液固含率在线检测装置提供了相应的检测方法，进一步使得上述装置更具有实用性，该检测方法具有相应的优点。
[0075]
最后，还需要说明的是，在本文中，诸如第一和第二等之类的关系术语仅仅用来将一个实体或者操作与另一个实体或操作区分开来，而不一定要求或者暗示这些实体或操作之间存在任何这种实际的关系或者顺序。而且，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者设备所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括一个
……”
限定的要素，并不排除在包括所述要素的过程、方法、物品或者设备中还存在另外的相同要素。
[0076]
以上对本发明所提供的聚烯烃弹性体溶液固含率在线检测装置及方法进行了详细介绍，本文中应用了具体个例对本发明的原理及实施方式进行了阐述，以上实施例的说明只是用于帮助理解本发明的方法及其核心思想；同时，对于本领域的一般技术人员，依据本发明的思想，在具体实施方式及应用范围上均会有改变之处，综上所述，本说明书内容不应理解为对本发明的限制。