对于聚合物生产装置,建立一个既能反映聚合反应机理又能紧密结合装置运行的数学模型,不仅有助于掌握装置运行过程的内在规律,更重要的这是装置生产优化和提高经济效益的理论基础。由于聚合反应体系本身的复杂性和特殊性,决定了聚合过程模型化既是聚合反应工程的一个重要发展方向,又是一个难题。 本文以工业装置为研究对象,应用对聚丙烯本体聚合生产过程进行了全流程的建模和优化,取得了一定的成果。完成的主要工作有: 1、建立了可靠的丙烯工业聚合过程模型:本文研究的丙烯工业装置为四釜串联(依次为D201、D202、D203、D204),其中前面两个反应器为液相反应器,后面两个为气相流化床反应器。每个反应器用CSTR模块来进行模拟;确定了丙烯本体聚合机理,并结合反应器模型,在Polymers Plus中对反应速率常数进行修正,最终确定了模型中的反应动力学常数;采用PC-SAFT状态方程计算反应体系物理性质,并对反应组分的物性数据参数进行了修正,使得物性计算更加准确;模型模拟结果显示模型计算的分子量及其分布、聚丙烯产量与工业数据较好的吻合。 2、根据Schulz-Flory最可能分布来确定采集的工业聚丙烯产品的分子量分布,解析得到反应的活性位个数为6,并对每个活性位的速率常数进行了模拟,使模拟所得的聚丙烯分子量分布基本与工业数据一致。 3、对模型的反应动力学参数进行了灵敏度分析,了解到各个动力学参数对转化率和分子量的影响,对单体转化率的影响大小依次为:链增长速率常数>催化剂氢活化速率常数>催化剂自活化速率常数,向单体链转移以及向氢气链转移速率常数对转化率基本没有影响;对分子量的影响大小依次为:链增长速率常数>向单体链转移速率常数>向氢气链转移速率常数,而催化剂自活化速率常数、氢活化速率常数以及催化剂的失活速率常数对分子量大小几乎没有影响。 4、将稳态模型导入到Dynamic Plus中,添加了相应的控制器,对某些输入参数进行调整,建立了相应的动态模型,经过工业生产的动态取样数据验证表明,建立的动态模型可以较好的模拟工业牌号切换过程;运用动态模型考察了牌号切换过程的不同切换策略,针对工业装置的特点提出了PID过调切换策略,缩短了基于Polymers Plus的丙烯本体聚合过程模拟和优化牌号切换时间:模拟所得结果对装置优化生成和提高经济效益有一定的指导意义。关键词:聚丙烯模型过程模拟polymers Plus