基于聯(lián)立方程模型的乙烯淤漿聚合過程模擬與優(yōu)化.pdf

1、乙烯淤漿聚合工藝是高密度聚乙烯最主要的生產(chǎn)技術(shù)，具有技術(shù)成熟、反應(yīng)條件溫和、操作條件易于控制、產(chǎn)品質(zhì)量較好等優(yōu)點(diǎn)。乙烯聚合過程最重要的四方面是聚乙烯體系熱力學(xué)物性計(jì)算、聚合反應(yīng)機(jī)理建模、分子量分布計(jì)算和過程模型的模擬與優(yōu)化。聚合物熱力學(xué)物性計(jì)算方法PC-SAFT方程形式復(fù)雜且內(nèi)嵌迭代算法，難以實(shí)現(xiàn)聯(lián)立求解;聚合反應(yīng)機(jī)理十分復(fù)雜，建模需要考慮各不同鏈長(zhǎng)的聚合物的衡算，導(dǎo)致模型規(guī)模急劇擴(kuò)張;分子量分布決定了聚合物的加工性能和制品性能，是聚合

2、物最重要最微觀的質(zhì)量指標(biāo)。乙烯淤漿聚合模型是一個(gè)變量耦合嚴(yán)重，非線性強(qiáng)的大規(guī)模模型，采用何種求解方法能快速模擬求解至關(guān)重要。聯(lián)立方程法具有模擬優(yōu)化問題切換容易、求解速度快、收斂性好的優(yōu)點(diǎn)，在化工過程模擬優(yōu)化中有著廣闊的發(fā)展和應(yīng)用前景。本文針對(duì)乙烯聚合過程四個(gè)方面的問題，以聯(lián)立方程法為基礎(chǔ)，分別對(duì)乙烯聚合過程建模、模擬和優(yōu)化展開研究。本文的主要貢獻(xiàn)包含以下幾個(gè)方面的內(nèi)容:
　　1.針對(duì)PC-SAFT物性計(jì)算方法模型復(fù)雜、實(shí)現(xiàn)困難的難

3、題，提出了基于Kriging方法的局部物性計(jì)算方法來描述物理?xiàng)l件和物性之間的關(guān)系。在聚乙烯實(shí)際工況范圍內(nèi)建立PC-SAFT物性數(shù)據(jù)庫(kù)，對(duì)PC-SAFT進(jìn)行二次建模，使物性計(jì)算適用于聯(lián)立方程求解。多個(gè)穩(wěn)態(tài)工況的精確模擬驗(yàn)證了局部物性計(jì)算方法的穩(wěn)健性。
　　2.深入研究乙烯聚合反應(yīng)機(jī)理，基于生成函數(shù)理論推導(dǎo)了帶5個(gè)活性位Ziegler-Natta催化劑催化乙烯聚合反應(yīng)的粒數(shù)衡算模型和矩模型，推導(dǎo)了各活性位的Flory分布，建立了單釜和

4、雙釜的穩(wěn)態(tài)分子量分布計(jì)算模型。研究了聚合反應(yīng)單元中其他各模塊的建模方法，建立了聚合反應(yīng)單元的流程模型。
　　3.采用聯(lián)立方程法模擬了單釜無回流和帶回流的多個(gè)工況，克服了Aspen Polymers Plus中在回流工況中難以收斂而無法開展穩(wěn)態(tài)優(yōu)化的難題，模擬了雙釜無回流工況。驗(yàn)證了反應(yīng)機(jī)理模型、熱力學(xué)局部物性計(jì)算模型和分子量分布模型的準(zhǔn)確性。
　　4.深入分析了分子量分布與催化劑反應(yīng)動(dòng)力學(xué)常數(shù)之間的關(guān)系，研究并驗(yàn)證了影響分子