連續(xù)聚合反應(yīng)牌號(hào)切換過(guò)渡過(guò)程的優(yōu)化策略研究.pdf

1、在工業(yè)生產(chǎn)中，單個(gè)反應(yīng)器經(jīng)常需要工作在不同的操作條件下，生產(chǎn)不同牌號(hào)的聚合物，牌號(hào)切換過(guò)程不僅會(huì)減少反應(yīng)釜的正常生產(chǎn)時(shí)間，還生成大量廢品。因此，建立柔性的聚合物生產(chǎn)策略不僅要考慮穩(wěn)態(tài)時(shí)的操作，還應(yīng)該考慮牌號(hào)切換過(guò)渡過(guò)程的操作，盡量減少過(guò)渡時(shí)間以及過(guò)渡料的產(chǎn)生。本文以CSTR中苯乙烯自由基聚合反應(yīng)為例，研究了連續(xù)聚合反應(yīng)過(guò)程的牌號(hào)切換優(yōu)化控制策略。
　　 首先，根據(jù)反應(yīng)機(jī)理、物料守恒方程和能量守恒方程建立描述CSTR中自由基聚合反

2、應(yīng)動(dòng)態(tài)特性的數(shù)學(xué)模型，并由活聚物和終聚物的矩計(jì)算出聚合物的數(shù)均分子量Mn、重均分子量Mw和多分散系數(shù)PDI。
　　 其次，提出一種基于迭代動(dòng)態(tài)規(guī)劃的分段式牌號(hào)切換優(yōu)化策略，將牌號(hào)切換過(guò)程分成動(dòng)態(tài)優(yōu)化階段與準(zhǔn)穩(wěn)態(tài)過(guò)渡階段。在動(dòng)態(tài)優(yōu)化階段，通過(guò)迭代動(dòng)態(tài)規(guī)劃計(jì)算出輸入變量的優(yōu)化軌跡，使聚合物的性質(zhì)盡量接近目標(biāo)牌號(hào)，再經(jīng)過(guò)準(zhǔn)穩(wěn)態(tài)過(guò)渡階段使反應(yīng)過(guò)程到達(dá)新穩(wěn)態(tài)，且聚合物性質(zhì)滿(mǎn)足目標(biāo)牌號(hào)的要求。以實(shí)驗(yàn)室規(guī)模的CSTR中苯乙烯牌號(hào)切換為例，對(duì)單

3、輸入和多輸入兩種情況下優(yōu)化策略的實(shí)施進(jìn)行了仿真驗(yàn)證。通過(guò)迭代優(yōu)化計(jì)算出引發(fā)劑流量和冷卻水流量的最優(yōu)切換軌跡，并與階躍切換的仿真結(jié)果進(jìn)行比較，結(jié)果顯示本文提出的牌號(hào)切換優(yōu)化策略可以顯著減少切換時(shí)間及過(guò)渡過(guò)程中引發(fā)劑的消耗量。
　　 最后，本文提出結(jié)合反饋控制和動(dòng)態(tài)優(yōu)化的牌號(hào)切換優(yōu)化策略，通過(guò)迭代動(dòng)態(tài)規(guī)劃計(jì)算出單體流量比和反應(yīng)溫度的優(yōu)化軌跡，采用反饋控制使反應(yīng)器操作條件跟蹤計(jì)算出的軌跡，實(shí)現(xiàn)牌號(hào)切換過(guò)渡過(guò)程的優(yōu)化。并引入冷卻水溫度變