基于分子量分布的聚合過(guò)程建模、優(yōu)化與流程重構(gòu).pdf

1、隨著石油化工產(chǎn)業(yè)的全球化擴(kuò)展，以聚烯烴為代表的高分子材料生產(chǎn)得到了迅速發(fā)展。目前，如何增加聚烯烴產(chǎn)品的市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)力、提高聚合過(guò)程的生產(chǎn)效能和經(jīng)濟(jì)效益是國(guó)內(nèi)化工企業(yè)亟待解決的問(wèn)題。分子量分布是一種在分子微觀層面上對(duì)聚合物產(chǎn)品的性能品質(zhì)進(jìn)行精細(xì)、準(zhǔn)確描述的質(zhì)量指標(biāo)，它可以作為聚合過(guò)程的產(chǎn)品質(zhì)量控制和工藝優(yōu)化中的關(guān)鍵質(zhì)量指標(biāo)。但是分子量分布是一種概率密度函數(shù)，其模型具有的大規(guī)模、高復(fù)雜性等特點(diǎn)會(huì)給優(yōu)化計(jì)算帶來(lái)了巨大挑戰(zhàn)。本文的研究對(duì)象為聚烯烴多

2、產(chǎn)品牌號(hào)的生產(chǎn)過(guò)程，將圍繞分子量分布優(yōu)化計(jì)算的主題，通過(guò)開(kāi)發(fā)與應(yīng)用高效的建模方式、模擬方法和優(yōu)化策略，解決分子量分布引入的一系列計(jì)算難題，從聚合反應(yīng)動(dòng)力學(xué)、反應(yīng)流程單元操作條件和反應(yīng)流程結(jié)構(gòu)等不同層次開(kāi)展復(fù)雜聚合過(guò)程的模擬與優(yōu)化研究。
　　具體來(lái)講，本文首先建立高密度聚乙烯淤漿聚合過(guò)程的穩(wěn)態(tài)機(jī)理模型，用以表征工藝參數(shù)、操作條件和分子量分布之間的定量關(guān)系，并基于分子量分布這一微觀質(zhì)量指標(biāo)估計(jì)聚合反應(yīng)動(dòng)力學(xué)參數(shù)、反演優(yōu)化流程工藝操作條

3、件、設(shè)計(jì)更靈活的流程反應(yīng)器網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)，通過(guò)集成優(yōu)化技術(shù)改善裝置操作運(yùn)行，從而克服傳統(tǒng)流程工業(yè)中生產(chǎn)工藝的局限性，實(shí)現(xiàn)單套裝置的多品種連續(xù)化高質(zhì)量生產(chǎn)，達(dá)到優(yōu)質(zhì)、高效、節(jié)能的總體目標(biāo)。
　　本文的主要研究?jī)?nèi)容和貢獻(xiàn)概括如下:
　　(1)構(gòu)建了面向分子量分布的高密度聚乙烯淤漿聚合過(guò)程的聯(lián)立方程穩(wěn)態(tài)機(jī)理模型框架，主要包含基于矩方法的聚合物物料守恒模型和分子量分布計(jì)算模型、基于Kriging函數(shù)的熱力學(xué)物性計(jì)算代理模型。此模型最終描述

4、了乙烯均聚反應(yīng)機(jī)理下各流程單元的物理量守恒關(guān)系和本征結(jié)構(gòu)關(guān)系。
　　(2)利用穩(wěn)態(tài)機(jī)理模型框架，提出了基于分子量分布的反應(yīng)動(dòng)力學(xué)參數(shù)估計(jì)方法。此方法通過(guò)基于靈敏度和置信區(qū)間的參數(shù)可估計(jì)性分析法和解耦分子量分布模型的多步估計(jì)法，將病態(tài)的原命題分解成了小規(guī)模、低非線性度的良態(tài)子命題，克服了優(yōu)化算法初值敏感的缺點(diǎn)，最終對(duì)實(shí)際工業(yè)案例中的反應(yīng)動(dòng)力學(xué)參數(shù)實(shí)現(xiàn)了準(zhǔn)確、有效地估計(jì)。
　　(3)在完整的聚合過(guò)程機(jī)理模型的基礎(chǔ)上，進(jìn)行了固定流

5、程結(jié)構(gòu)下基于分子量分布的穩(wěn)態(tài)模擬和工藝操作條件優(yōu)化。首先針對(duì)聚合過(guò)程優(yōu)化命題求解時(shí)難以收斂的問(wèn)題，提出并實(shí)現(xiàn)了非線性規(guī)劃求解器算法參數(shù)的自動(dòng)整定方法，形成了聯(lián)立方程模型的系統(tǒng)求解策略;之后以分子量分布作為產(chǎn)品質(zhì)量指標(biāo)約束，構(gòu)建并求解出高密度聚乙烯產(chǎn)品產(chǎn)量最大化的優(yōu)化命題，在滿足期望的分子量分布指標(biāo)的同時(shí)，有望實(shí)現(xiàn)固定結(jié)構(gòu)下生產(chǎn)過(guò)程的經(jīng)濟(jì)效益提升。
　　(4)在固定流程結(jié)構(gòu)的穩(wěn)態(tài)優(yōu)化研究基礎(chǔ)上，提出了過(guò)程反應(yīng)器網(wǎng)絡(luò)重構(gòu)優(yōu)化的系統(tǒng)性理