连续聚合反应牌号切换过渡过程的优化策略研究

来源 :北京化工大学 | 被引量 : 1次 | 上传用户:stoneinhigh
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在工业生产中,单个反应器经常需要工作在不同的操作条件下,生产不同牌号的聚合物,牌号切换过程不仅会减少反应釜的正常生产时间,还生成大量废品。因此,建立柔性的聚合物生产策略不仅要考虑稳态时的操作,还应该考虑牌号切换过渡过程的操作,尽量减少过渡时间以及过渡料的产生。本文以CSTR中苯乙烯自由基聚合反应为例,研究了连续聚合反应过程的牌号切换优化控制策略。首先,根据反应机理、物料守恒方程和能量守恒方程建立描述CSTR中自由基聚合反应动态特性的数学模型,并由活聚物和终聚物的矩计算出聚合物的数均分子量Mn、重均分子量Mw和多分散系数PDI。其次,提出一种基于迭代动态规划的分段式牌号切换优化策略,将牌号切换过程分成动态优化阶段与准稳态过渡阶段。在动态优化阶段,通过迭代动态规划计算出输入变量的优化轨迹,使聚合物的性质尽量接近目标牌号,再经过准稳态过渡阶段使反应过程到达新稳态,且聚合物性质满足目标牌号的要求。以实验室规模的CSTR中苯乙烯牌号切换为例,对单输入和多输入两种情况下优化策略的实施进行了仿真验证。通过迭代优化计算出引发剂流量和冷却水流量的最优切换轨迹,并与阶跃切换的仿真结果进行比较,结果显示本文提出的牌号切换优化策略可以显著减少切换时间及过渡过程中引发剂的消耗量。最后,本文提出结合反馈控制和动态优化的牌号切换优化策略,通过迭代动态规划计算出单体流量比和反应温度的优化轨迹,采用反馈控制使反应器操作条件跟踪计算出的轨迹,实现牌号切换过渡过程的优化。并引入冷却水温度变化作为干扰量,对两种牌号切换优化策略的运行结果进行比较,结果显示结合反馈控制的优化控制策略具有较好的鲁棒性。
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