基于联立方程模型的乙烯淤浆聚合过程模拟与优化

【摘要】乙烯淤浆聚合工艺是高密度聚乙烯最主要的生产技术,具有技术成熟、反应条件温和、操作条件易于控制、产品质量较好等优点。乙烯聚合过程最重要的四方面是聚乙烯体系热力学物性计算、聚合反应机理建模、分子量分布计算和过程模型的模拟与优化。聚合物热力学物性计算方法PC-SAFT方程形式复杂且内嵌迭代算法,难以实现联立求解；聚合反应机理十分复杂,建模需要考虑各不同链长的聚合物的衡算,导致模型规模急剧扩张；分子量分布决定了聚合物的加工性能和制品性能,是聚合物最重要最微观的质量指标。乙烯淤浆聚合模型是一个变量耦合严重,非线性强的大规模模型,采用何种求解方法能快速模拟求解至关重要。联立方程法具有模拟优化问题切换容易、求解速度快、收敛性好的优点,在化工过程模拟优化中有着广阔的发展和应用前景。本文针对乙烯聚合过程四个方面的问题,以联立方程法为基础,分别对乙烯聚合过程建模、模拟和优化展开研究。本文的主要贡献包含以下几个方面的内容：1.针对PC-SAFT物性计算方法模型复杂、实现困难的难题,提出了基于Kriging方法的局部物性计算方法来描述物理条件和物性之间的关系。在聚乙烯实际工况范围内建立PC-SAFT物性数据库,对PC-SAFT进行二次建模,使物性计算适用于联立方程求解。多个稳态工况的精确模拟验证了局部物性计算方法的稳健性。2.深入研究乙烯聚合反应机理,基于生成函数理论推导了带5个活性位Ziegler-Natta催化剂催化乙烯聚合反应的粒数衡算模型和矩模型,推导了各活性位的Flory分布,建立了单釜和双釜的稳态分子量分布计算模型。研究了聚合反应单元中其他各模块的建模方法,建立了聚合反应单元的流程模型。3.采用联立方程法模拟了单釜无回流和带回流的多个工况,克服了AspenPolymersPlus中在回流工况中难以收敛而无法开展稳态优化的难题,模拟了双釜无回流工况。验证了反应机理模型、热力学局部物性计算模型和分子量分布模型的准确性。4.深入分析了分子量分布与催化剂反应动力学常数之间的关系,研究并验证影响分子量分布的过程条件,在理论分析的基础上,构建以分子量分布拟合最佳的三个优化命题,并实现了其中的GPC分子量分布曲线分峰处理和面向产品质量指标的双反应釜操作优化。
【作者】占志良；
【导师】陈曦；邵之江；赵豫红；
【作者基本信息】浙江大学，系统工程，2012，硕士
【关键词】乙烯淤浆聚合；Kriging方法；分子量分布；联立方程法；优化；

【参考文献】
[1]王茜.山东“蓝黄”国家区域发展战略区融合发展研究[D].山东师范大学,人文地理学,2013,硕士.
[2]张捷.进化算法及智能数据挖掘若干问题研究[D].西安电子科技大学,计算机应用技术,2013,博士.
[3]柳林芬.骨髓间充质干细胞对脂多糖诱导的足细胞损伤的影响及可能机制[D].福建医科大学,内科学,2014,硕士.
[4]贾志霞.西藏岗巴古新世—始新世界线有孔虫生物地层[D].中国地质大学（北京）,地质工程,2013,硕士.
[5]王欣.论抽逃出资的认定与民事责任[D].吉林大学,法律,2014,硕士.
[6]张新科.地佐辛联合氟比洛芬酯在开胸患者术后PCIA中的应用[D].郑州大学,临床医学（专业学位）,2013,硕士.
[7]王宏强.嵌入式操作系统在火灾测控系统中的开发与应用研究[D].合肥工业大学,精密仪器,2003,硕士.
[8]张静.递归重叠时分复用及其与协作通信的结合研究[D].西安科技大学,通信与信息系统,2014,硕士.
[9]陈金莲.我国社区养老模式的研究[D].吉林大学,政治经济学,2013,硕士.
[10]任才杰.汽车逆向物流回收的经济分析与发展策略研究[D].湖北工业大学,企业管理,2014,硕士.
[11]刘其真,周正,孙慰迟.电视摄象输入装置的设计[J].自动化学报,1982,04:278-285.
[12]杨少兵,吴命利.电气化铁道牵引变电所负荷概率模型[J].电力系统自动化,2010,24:40-45.
[13]孟琪.多项式膜计算模型的遗传优化设计方法[D].西南交通大学,电力电子与电力传动,2014,硕士.
[14]付本威.超声波脉动热管的实验研究[D].大连海事大学,轮机工程,2013,硕士.
[15]石冬,周维虎,劳达宝.精密转台轴系设计分析与验证[J].机电工程,2015,01:27-31.
[16]余文斌.“当场击毙”立法的合宪性调整[D].苏州大学,宪法学与行政法学,2013,硕士.
[17]董艳芬.论被害人过错对犯罪人刑事责任的影响[D].南京大学,法律（专业学位）,2012,硕士.
[18]付晔.纳米水泥基材料耐高温性能研究[D].浙江大学,2014.
[19]程岩,黄梯云.信息系统中一种面向粗糙集的数据挖掘方法[J].情报学报,2001,01:90-99.
[20]宋洋.关于复合终助词“よね”的语义分析[D].吉林大学,外国语言学及应用语言学,2013,硕士.
[21]宋嘉颖.核能安全发展的伦理研究[D].南京理工大学,科学技术哲学,2013,硕士.
[22]周立朋.空斗墙砌体结构的抗震性能及加固措施研究[D].河北工程大学,结构工程,2012,硕士.
[23]袁德鑫,赖盛刚.总结经验不断开拓——对搞好石化重大装备国产化的几点意见[J].石油化工设备.1993(01)
[24]张莹.中国当代书媒广告研究[D].华中师范大学,新闻与传播,2014,硕士.
[25]张洋洋.青少年人格特质与同伴依恋的关系对互联网社交服务使用偏好的影响研究[D].南京师范大学,应用心理学,2012,硕士.
[26]张晨.重庆市商业银行效率评价与影响因素研究[D].重庆工商大学,产业经济学,2014,硕士.
[27]鲁珊珊.Orexin-A与原发性失眠患者认知功能的相关性研究[D].山东大学,临床医学（专业学位）,2013,硕士.
[28]刘圣陶.三相流量计测量精度影响因素研究及结构参数优化[D].哈尔滨工业大学,机械电子工程,2013,硕士.
[29]明星.尿激酶在肾结石形成过程中作用机制的研究[D].兰州大学,外科学（专业学位）,2014,硕士.
[30]刘忠丽.拟南芥AtMYB123与AtKOR1基因突变体的筛选鉴定及其功能研究[D].浙江大学,作物学,2012,硕士.
[31]王宇飞.基于最大均流法的DC/DC变换器并联系统研究[D].中国科学院研究生院（电工研究所）,电机与电器,2004,硕士.
[32]李濛.基于DV-HOP的改进型WSN定位算法及其应用研究[D].吉林大学,软件工程,2012,硕士.
[33]陈锦涛.战略人力资源管理系统的数据库设计[D].华南理工大学,软件工程,2012,硕士.
[34]陈秀丽.温度变化对三种不同玻璃离子充填材料微渗漏影响[D].辽宁医学院,口腔临床医学,2012,硕士.
[35]周袁媛.复杂界面的界面追踪法[D].南京航空航天大学,流体力学,2004,硕士.
[36]顾培城.三类检波器拾取地震记录的特点及相互转化方法[J].石油地球物理勘探,1988,03:321-329+386.
[37]荆彤.摆推型篦冷机及其熟料运动规律研究[D].燕山大学,机械工程,2014,硕士.
[38]刘笑菲.稳心颗粒通过增强Cx43表达抗心肌缺血作用的研究[D].吉林大学,临床医学,2014,硕士.
[39]朱燕平.i-motif结构折叠与解折叠机理研究[D].东华大学,生物工程（专业学位）,2014,硕士.
[40]王攀科.长距离引水工程施工进度控制研究[D].华北水利水电学院,水利工程,2012,硕士.
[41]杨雪芹.纳米氮化钛（钒）的合成与电化学性能研究[D].燕山大学,化学工程,2014,硕士.
[42]张绘.非文学翻译中人称代词的显化和变异[D].安徽大学,外国语言学及应用语言学,2013,硕士.
[43]黄璧榕.个人所得税费用扣除制度调整研究[D].首都经济贸易大学,税务（专业学位）,2014,硕士.
[44]云坡.我国新能源上市公司资本结构影响因素研究[D].安徽大学,技术经济及管理,2013,硕士.
[45]刘蕊.戊四氮致癫大鼠不同脑区高迁移率族蛋白-1的表达与意义[D].福建医科大学,儿科,2014,硕士.
[46]郭斐.现代视角下的布莱克诗歌研究[D].西安外国语大学,比较文学与世界文学,2013,硕士.
[47]李文凯.日照市青峰岭旅游项目团队建设研究[D].吉林大学,项目管理,2014,硕士.
[48]蔡丽.基于经济竞争性、要素互补性的甬台经济竞合问题研究[D].宁波大学,区域经济学,2012,硕士.
[49]谢晓锋,张文俊,杨之廉.微粒群算法综述[J].控制与决策,2003,02:129-134.
[50]杨俊.加味当归补血汤在治疗人工髋关节置换术后失血性贫血的疗效[D].湖北中医药大学,中医骨伤科学（专业学位）,2013,硕士.