基于分子量分布的乙烯淤漿聚合過程的動態(tài)模擬和優(yōu)化.pdf

1、分子量及其分布是聚合物生產(chǎn)過程中極其重要的質(zhì)量指標(biāo)，但是目前的技術(shù)水平并不能實(shí)現(xiàn)分子量及其分布的實(shí)時測量?；诜磻?yīng)機(jī)理的動態(tài)建模和模擬是實(shí)現(xiàn)其軟測量的重要方法，本文以乙烯淤漿聚合工業(yè)裝置(HDPE)為研究對象，基于聚合反應(yīng)機(jī)理，以分子量分布曲線為目標(biāo)，對HDPE聚合工藝條件以及牌號切換策略進(jìn)行動態(tài)模擬和優(yōu)化。論文取得了以下結(jié)果:
　　(1)以聚合物的分子尺度質(zhì)量指標(biāo)——分子量及分子量分布曲線為目標(biāo)，基于5個活性位的聚合反應(yīng)機(jī)理和反

2、應(yīng)動力學(xué)，建立了HDPE裝置的穩(wěn)態(tài)和動態(tài)模型，并采用工業(yè)裝置分析數(shù)據(jù)進(jìn)行了模型驗(yàn)證。模擬計算的聚乙烯分子量和分子量分布與工業(yè)分析值吻合，同時，動態(tài)模型能反映循環(huán)氣中H2/C2H4設(shè)定值階躍變化的動態(tài)響應(yīng)。
　　(2)分別以聚合物的平均分子量和分子量分布曲線為目標(biāo)，以循環(huán)氣中氫氣乙烯比為決定變量，采用穩(wěn)態(tài)優(yōu)化方法優(yōu)化得到了相關(guān)聚合物產(chǎn)品的操作條件。結(jié)果表明:以平均分子量為優(yōu)化目標(biāo)所得的結(jié)果與工廠分析值的偏差較大，雖然聚合物的平均分子

3、量可以達(dá)到所需聚合物產(chǎn)品的分子量，但是聚合物的分子量分布曲線與所需聚合物產(chǎn)品的分子量分布曲線之間的最大誤差可達(dá)0.12;而以分子量分布曲線為目標(biāo)所得的最大誤差只有0.02。因此，以分子量分布曲線作為目標(biāo)的優(yōu)化方法明顯比常規(guī)的以平均分子量為目標(biāo)的優(yōu)化方法優(yōu)越。
　　(3)以分子量分布曲線為目標(biāo)，對單釜和兩釜串聯(lián)流程生產(chǎn)HDPE的牌號切換策略進(jìn)行了動態(tài)優(yōu)化。以氫氣進(jìn)料量為控制變量，考察了不同初始時間（初步估計時間）的動態(tài)優(yōu)化對牌號切換

4、時間以及操作穩(wěn)定性的影響。由計算結(jié)果可知:對于單釜聚合流程，將聚合物的分子量由25121.6gm/mol切換為20000gm/mol時，優(yōu)化計算得到的牌號切換時間為8～15hr;對于兩釜串聯(lián)聚合流程，將聚合物的分子量由5239.75 gm/mol切換為4500 gm/mol時，優(yōu)化計算得到的牌號切換時間為5～15 hr。但在優(yōu)化計算過程中，由于優(yōu)化算法的問題，初始時間的大小會影響牌號切換時間以及變量的波動幅度。初始時間越長，優(yōu)化后的氫氣

5、進(jìn)料量更接近目標(biāo)牌號的工藝條件，但牌號切換所需的時間越長;若選擇的初始時間越小，牌號切換所需的時間越小，但此時控制變量（氫氣進(jìn)料流量）以及循環(huán)氣中氫氣乙烯比、反應(yīng)器內(nèi)壓力的振蕩幅度較大，并且優(yōu)化后的氫氣進(jìn)料量與目標(biāo)牌號工藝條件的相對誤差較大?？傮w看來，所得優(yōu)化結(jié)果對實(shí)際生產(chǎn)有一定的指導(dǎo)意義。
　　(4)以單釜流程HDPE為研究對象，采用氫氣的振蕩操作得到了寬分布的聚乙烯，考察了氫氣濃度、振蕩周期以及振蕩時間分配對聚乙烯分子量分布的

6、影響。結(jié)果表明:低氫氣濃度振蕩操作時，所得的寬峰分布聚合物中高分子量部分的含量較大，并且所得聚合物的分子量、分子量分布指數(shù)、循環(huán)氣相中氫氣乙烯摩爾比以及反應(yīng)器內(nèi)壓力的波動較小;改變振蕩周期主要作用在于調(diào)節(jié)過渡區(qū)的分子量分布，減小振蕩周期有利于中等分子量分布聚合物的生成。當(dāng)加氫階段所占的時間比例增加時，所得的寬峰分布聚合物中低分子量部分的含量增加，高分子量部分的含量減小;當(dāng)加氫階段所占的時間比例增大到一定數(shù)值時，有可能得不到雙峰分布的聚合