在聚合装置的生产过程中,建立一个既能反映聚合机理又能紧密结合装置运行的工程特性、以整体聚合装置为研究对象的数学模型,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、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装置工程特性的综合性,决定了聚合过程模型化尤其是与工业装置紧密结合的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。 本文以丙烯聚合过程为主要研究方向,采用多尺度建模方法,从微观模型、介观模型和宏观模型三个不同的尺度出发,建立了丙烯聚合过程的机理模型,为聚合反应器的控制和优化提供了模型基础。 微观模型中,给出了丙烯聚合详细的反应基元方程,并确定了动力学参数。在介观模型中,本文提出了改进的PMGM模型,研究在催化剂—聚合物内部发生的反应。模型的参数物理意义明确,即使在不考虑催化剂多种活性中心及其失活的情况下,扩散作用也能够在较大范围内解释聚丙烯的平均分子量、分子量分布以及反应速率的变化,并为宏观反应器建模提供了重要的物性参数。利用了CSA求解算法,在保证模型精确度的前提上,计算速度得到很大的提高。 通过详细分析汽液平衡、分子量与熔融指数的关系、聚合动力学方程以及物料平衡方程,建立了工业聚丙烯反应器的稳态模型,模型参数的选择上提出引入介观模型给出的多分散性指数等关键参数以及数据辨识,以确保在生产某一种牌号的产品时,精确地计算反应器中聚丙烯的MI以及液相反应器的浆液浓度等变量。