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首页基于Hypol工艺的丙烯CSTR聚合机理模型与在线质量控制
本篇文章主要探讨了"本体法聚丙烯CSTR建模研究",针对Hypol工艺聚丙烯反应器进行了深入分析。作者范顺杰和徐用撞以清华大学自动化系为研究背景,他们基于汽液平衡和聚合反应动力学方程,构建了一个丙烯聚合机理模型。该模型的核心创新在于利用BWR状态方程与亨利定律计算液相中的氢气浓度,这种方法简化了多元平衡问题,显著提高了模型的计算效率。 模型的实用性体现在它可以实时预测聚丙烯的关键性能参数,如熔融指数(M1)、聚合釜的聚合率、浆液浓度以及聚合热。这些参数对于产品质量的控制至关重要,特别是M1,它是衡量聚丙烯质量的重要指标,直接影响产品等级。通过模型,研究人员可以在线监控产品质量,减少人工测量带来的问题,如测量延迟和人为误差,从而实现在线质量控制。 文章指出,尽管聚合过程机理复杂且存在许多不确定性,建立精确的模型是一项挑战。然而,作者们成功地开发出了一个适用于工业生产的模型,这在当时是相对较少见的,特别是在控制层面用于在线质量分析的丙烯聚合模型。他们的研究工作得到了国家"八六三"高技术项目的资助,并在实际应用中,尤其是在国内一家大型聚丙烯厂取得了良好的效果,对生产操作具有明显的指导意义。 本文的主要贡献在于提出了一种高效且实用的聚丙烯CSTR建模方法,能够实时优化生产过程中的关键参数预测,为聚丙烯工业的在线质量控制提供了有力工具。这一研究成果对于提升聚丙烯产品质量控制的精度和效率具有重要意义。
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ISSN
1000-0054
清华大学学报(自然科学版)
2000
年第
40
卷第
l
期
31/34
112-115
。、
111-2223/N
J Tsinghua Univ
(Sci&
Tech) , 2000,
Vo
l. 40 ,
No.l
本体法聚丙烯
CSTR
建模研究*
范顺杰,
徐用撞
(1育华大学自动化系,北京
100084)
文
摘·以
Hypol
工艺聚丙烯反应器为研究对象,根据汽液
平衡和聚合反应动力学方程,建立了丙烯聚合机理模型。利
用
BWR
状态方程结合亨利定律计算液相中的氢气浓度,避
免了求解多元平衡问题,提高了计算速度。利用现场工况数
据,模型可以实时预报聚丙烯的烙融指数,聚合釜的聚合率、
浆液浓度、聚合热等重要参数。计算结果较好地符合现场实
测数据,烙融指数
(M
1)的平均预报误差为1.
6%
,其它参数
的预报也取得了满意的效果,可在线运行,指导生产。
关键词丙烯本体聚合,机理模型,汽液平衡
中图分类号
TQ325.14
文献标码
A
文章编号
1000-0054(2000)01-0112-04
:熔融指数
(M
1)
是聚丙烯的主要质量指标,它决
定了产品的牌号
。
目前聚丙烯质量控制的主要问题
在于缺乏适当的在线分析仪器,对产品质量的测量
问阳长、迟延大,易受人为因素的影响,无法用于在
线质量控制
。
与此同时,聚合釜的一些工况数据(温
度、压力、液位、流量、气相组分浓度等)则相对容易
得到,其采样问阳和时延都比较小
。
建立聚丙烯反应器的数学模型,结合质量分析
数据进行在线参数校正可以在两次分析之间对产
品质量进行软测量
。
由于聚合过程机理复杂,不确定
因素众多,建模具有相当的难度,是当前研究的热
点,有大量的文献报道及综述性文章
[
卜
3]
。
然而真正
从控制角度出发,能用于在线质量分析的丙烯聚合
模型则很少见
。
在对
Hypol
工艺聚丙烯过程分析的基础上,通
过对聚合动力学的研究利用反应釜中的汽液平衡
收稿日期
1999-0
卜
10
作者简介·范顺杰(
1974
寸,男(汉),北京,博士研
究生
*基金项目
国家"八六三"高技术项目(
863-511-920-
007)
关系,建立了适用于工业在线运行的机理模型,可以
实时预报聚丙烯的烙融指数聚合釜的聚合率、浆液
浓度、聚合热等重要参数
。
模型在国内某大型聚丙烯
厂的应用取得了令人满意的结果,对操作具有一定
的指导作用
。
1
过程描述
Hypol
工艺是气液相结合的本体法,聚合反应
的流程如图
I
所示
。
四个串联反应器构成连续的聚
合过程,其中前两个为液相连续搅拌釜反应器
(CSTR
),后两个是气相流化床反应器
(FBR)
。
催化
剂只在第一釜中加入,各个反应器都有单体丙烯,分
子量调节剂
H2
加入(生产共聚物时,加入乙烯单
体)
。
催
化
剂
丙烯
单体
氯气
图
1
Hypol
工艺丙烯聚合反应流程简图
产品
聚合反应采用高效
MgCh
载体催化剂,进入反
应釜后,立即引发聚合,并分裂为初级粒子,液相中
的丙烯单体就在催化剂粒子表面聚合,聚合物粒子
不断长大并包裹住催化剂。为了调节聚合物的分子
量,在反应器中加入分子量调节剂氢气,通过氢气的
浓度来控制产品的烙融指数
ML
反应中聚合速率通
过调整催化剂的加料速率进行调整
。
反应釜的料位
影响到反应浆料的平均停留时间,对生产有较大的
影响,现场通过对出料的控制进行调节。
与其它工艺的连续型丙烯聚合反应装置比较,
Hypol
法流程复杂,设备众多,生产的灵活性更大
。
因而本文建立的模型具有典型性,可以方便地推广
到其它类似的烯炬聚合过程
。
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