随着石油化工产业的全球化扩展,以聚烯烃为代表的高分子材料生产得到了迅速发展。目前,如何增加聚烯烃产品的市场竞争力、提高聚合过程的生产效能和经济效益是国内化工企业亟待解决的问题。分子量分布是一种在分子微观层面上对聚合物产品的性能品质进行精细、准确描述的质量指标,它可以作为聚合过程的产品质量控制和工艺优化中的关键质量指标。但是分子量分布是一种概率密度函数,其模型具有的大规模、高复杂性等特点会给优化计算带来了巨大挑战。本文的研究对象为聚烯烃多产品牌号的生产过程,将围绕分子量分布优化计算的主题,通过开发与应用高效的建模方式、模拟方法和优化策略,解决分子量分布引入的一系列计算难题,从聚合反应动力学、反应流程单元操作条件和反应流程结构等不同层次开展复杂聚合过程的模拟与优化研究。具体来讲,本文首先建立高密度聚乙烯淤浆聚合过程的稳态机理模型,用以表征工艺参数、操作条件和分子量分布之间的定量关系,并基于分子量分布这一微观质量指标估计聚合反应动力学参数、反演优化流程工艺操作条件、设计更灵活的流程反应器网络结构,通过集成优化技术改善装置操作运行,从而克服传统流程工业中生产工艺的局限性,实现单套装置的多品种连续化高质量生产,达到优质、高效、节能的总体目标。本文的主要研究内容和贡献概括如下：(1)构建了面向分子量分布的高密度聚乙烯淤浆聚合过程的联立方程稳态机理模型框架,主要包含基于矩方法的聚合物物料守恒模型和分子量分布计算模型、基于Kriging函数的热力学物性计算代理模型。此模型最终描述了乙烯均聚反应机理下各流程单元的物理量守恒关系和本征结构关系。(2)利用稳态机理模型框架,提出了基于分子量分布的反应动力学参数估计方法。此方法通过基于灵敏度和置信区间的参数可估计性分析法和解耦分子量分布模型的多步估计法,将病态的原命题分解成了小规模、低非线性度的良态子命题,克服了优化算法初值敏感的缺点,最终对实际工业案例中的反应动力学参数实现了准确、有效地估计。(3)在完整的聚合过程机理模型的基础上,进行了固定流程结构下基于分子量分布的稳态模拟和工艺操作条件优化。首先针对聚合过程优化命题求解时难以收敛的问题,提出并实现了非线性规划求解器算法参数的自动整定方法,形成了联立方程模型的系统求解策略；之后以分子量分布作为产品质量指标约束,构建并求解出高密度聚乙烯产品产量最大化的优化命题,在满足期望的分子量分布指标的同时,有望实现固定结构下生产过程的经济效益提升。(4)在固定流程结构的稳态优化研究基础上,提出了过程反应器网络重构优化的系统性理论与方法。首先在给定的过程装置上,构造出由连续搅拌反应釜和分流器相互连接组成的广义超结构网络模型。基于此超结构模型,在改进的多目标优化方法框架下,通过求解以不同分子量分布为目标质量指标的优化命题,确定了最优流程结构以及对应的操作条件,实现了单体转化率最大化和分子量分布误差最小化之间的合理平衡,从而突破传统流程结构固定化的限制,有望大幅提高过程装置的生产效能,实现单套过程装置高质量生产多种产品牌号的目标。