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技術，具有技術成熟、反應條件溫和、操作條件易于控制、產品質量較好等優(yōu)點。乙烯聚合過程最重要的四方面是聚乙烯體系熱力學物性計算、聚合反應機理建模、分子量分布計算和過程模型的模擬與優(yōu)化。聚合物熱力學物性計算方法PC-SAFT方程形式復雜且內嵌迭代算法，難以實現聯(lián)立求解;聚合反應機理十分復雜，建模需要考慮各不同鏈長的聚合物的衡算，導致模型規(guī)模急劇擴張;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量指標。乙烯淤漿聚合模型是一個變量耦合嚴重，非線性強的大規(guī)模模型，采用何種求解方法能快速模擬求解至關重要。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，在化工過程模擬優(yōu)化中有著廣闊的發(fā)展和應用前景。本文針對乙烯聚合過程四個方面的問題，以聯(lián)立方程法為基礎，分別對乙烯聚合過程建模、模擬和優(yōu)化展開研究。本文的主要貢獻包含以下幾個方面的內容:
　　1.針對PC-SAFT物性計算方法模型復雜、實現困難的難

3、題，提出了基于Kriging方法的局部物性計算方法來描述物理條件和物性之間的關系。在聚乙烯實際工況范圍內建立PC-SAFT物性數據庫，對PC-SAFT進行二次建模，使物性計算適用于聯(lián)立方程求解。多個穩(wěn)態(tài)工況的精確模擬驗證了局部物性計算方法的穩(wěn)健性。
　　2.深入研究乙烯聚合反應機理，基于生成函數理論推導了帶5個活性位Ziegler-Natta催化劑催化乙烯聚合反應的粒數衡算模型和矩模型，推導了各活性位的Flory分布，建立了單釜和

4、雙釜的穩(wěn)態(tài)分子量分布計算模型。研究了聚合反應單元中其他各模塊的建模方法，建立了聚合反應單元的流程模型。
　　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。驗證了反應機理模型、熱力學局部物性計算模型和分子量分布模型的準確性。
　　4.深入分析了分子量分布與催化劑反應動力學常數之間的關系，研究并驗證了影響分子