聚烯烃组合工艺质量模型与牌号切换

论文摘要

聚乙烯和聚丙烯工业作为我国聚烯烃中两大支柱产业,存在诸如产品质量不稳定,牌号切换时间长/废料多等问题。其中,环管-流化床组合工艺在聚烯烃产业中占据着十分重要的地位。为解决生产不稳定、切换时间长等问题,实现工业装置的自动化,提高聚烯烃工厂经济效益,本文针对Spheripol聚丙烯和Borstar双峰聚乙烯两个典型的环管-流化床组合工艺,根据聚合机理,建立了聚烯烃质量摸型,成功应用于工业产品质量控制。并基于质量模型,建立聚烯烃牌号切换优化模型,指导牌号切换生产。 本课题首先对现有聚烯烃质量模型进行综述,介绍并分析了理论模型、经验模型、神经元网络模型和半经验模型的优劣以及适用范围。随后介绍了前人针对牌号切换所做的工作,按照不同的工艺均分别做了详细的阐述,包括其适用的工艺和特点。基于文献综述,提出了本课题的内容和研究方向,即结合聚合机理与工厂实际,建立半经验模型模拟聚烯烃的质量指标,并针对环管-流化床组合工艺,优化牌号切换操作。 在聚合机理的基础上,以Spheripol工艺为例,对聚合物质量指标进行了稳态模拟,建立了适用于组合工艺（环管+流化床）串联反应器的质量模型。模型变量包括聚合温度、氢气/单体比、共聚单体/单体比,质量指标包括熔融指数、乙烯含量、密度等。利用Spheripol工艺的实际生产数据对模型参数进行回归后,模型模拟结果与实际生产的对比表明,这些模型均有较好的预测效果,且适用于Spheripol工艺的三类产品（均聚、无规、抗冲）共七种牌号,为工业软测量的实现奠定了基础。 针对Spheripol工艺,基于质量模型,在控制聚合物的熔融指数和乙烯含量的目标下,建立了牌号切换优化模型数,分别考察了Spheriopol工艺中三个反应器中温度、氢烯比、乙烯/丙烯比对切换过程的影响,获得了各操作变量的优化轨迹和策略。优化结果表明,组合工艺各串联反应器由于在产量中所占比重的差异,牌号切换中其变量过调的幅度也不尽相同;熔融指数的过调主要依靠

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 目录
• 第一章 绪论
• 1.1 引言
• 1.2 聚乙烯简介
• 1.2.1 聚乙烯产品
• 1.2.2 聚乙烯工艺简介
• 1.2.3 聚乙烯技术进展
• 1.3 聚丙烯工艺简介
• 1.3.1 聚丙烯产品及应用
• 1.3.2 聚丙烯技术进展简介
• 1.4 课题的内容、目的及意义
• 第二章 文献综述
• 2.1 引言
• 2.2 烯烃聚合质量模型
• 2.2.1 机理模型
• 2.2.2 经验模型
• 2.2.3 半经验模型
• 2.2.4 质量模型对比及小结
• 2.3 牌号切换模拟与优化
• 2.3.1 牌号切换优化目标
• 2.3.2 流化床聚乙烯工艺牌号切换优化
• 2.3.3 双环管聚乙烯工艺牌号切换优化
• 2.3.4 双环管淤浆聚乙烯牌号切换优化
• 2.3.5 动态最优控制
• 2.4 课题的提出
• 第三章 Spheripol组合工艺丙烯聚合质量模型
• 3.1 引言
• 3.2 工艺简介
• 3.3 聚合物质量的表征
• 3.3.1 聚合物分子量的表征—熔融指数（MFR）
• 3.3.2 聚合物的密度（Density）
• 3.3.3 等规度（ⅡP）
• t）'>3.3.4 乙烯含量（E_t）
• 3.4 瞬时性质与累积性质
• 3.5 影响性能指标主要操作变量
• 3.5.1 温度（Temperature）
• 3.5.2 反应物的组成
• 3.6 质量模型的推导
• 3.6.1 模型推导假定
• 3.6.2 丙烯聚合动力学
• 3.6.3 丙烯均聚及无规共聚的熔融指数模型
• 3.6.4 抗冲聚丙烯熔融指数
• tproc'>3.6.5 无规及抗冲聚丙烯乙烯质量分率E_tproc
• 3.6.6 混合模型
• 3.7 模型参数求解
• 3.7.1 数据采集
• 3.7.2 目标函数
• 3.7.3 计算方法和结果
• 3.7.4 误差分析
• 3.8 小结
• 第四章 Spheripol聚丙烯工艺牌号切换优化
• 4.1 引言
• 4.2 瞬时性质与累积性质
• 4.2.1 第一环管反应器
• 4.2.2 第二环管反应器
• 4.2.3 流化床反应器
• 4.3 牌号切换优化模型
• 4.3.1 目标函数
• 4.3.2 聚丙烯合格标准
• 4.3.3 目标函数的求解
• 4.3.4 优化结果及分析
• 4.4 小结
• 第五章 Borstar双峰聚乙烯工艺牌号切换优化
• 5.1 引言
• 5.2 工艺简介
• 5.3 质量稳态模型
• 5.3.1 性能指标
• 5.3.2 操作变量
• 5.3.3 质量模型
• 5.3.4 参数求解及检验
• 5.4 牌号切换优化
• 5.4.1 瞬时性质
• 5.4.2 累积性质
• 5.4.3 牌号切换优化
• 5.5 小结
• 第六章 结论与展望
• 6.1 结论
• 6.2 展望
• 符号说明
• 参考文献
• 致谢
• 作者在研究生就读期间撰写的论文