聚乙烯分子量分布動(dòng)態(tài)模擬計(jì)算方法及優(yōu)化研究.pdf

1、聚合物分子量分布決定了聚合物的加工性能及使用性能，是聚乙烯生產(chǎn)過程中極其重要的質(zhì)量指標(biāo)，因此，通過模擬乙烯聚合反應(yīng)過程來計(jì)算聚乙烯動(dòng)態(tài)分子量分布并基于聚乙烯動(dòng)態(tài)分子量分布來優(yōu)化操作條件具有非常重要的意義。
　　 本文以乙烯淤漿聚合過程動(dòng)態(tài)模型為基礎(chǔ)，通過模型分解和變量解耦序貫法求解聚乙烯動(dòng)態(tài)分子量分布，并以分子量分布為質(zhì)量指標(biāo)，優(yōu)化乙烯聚合工藝牌號(hào)切換過程。本文的主要研究?jī)?nèi)容和成果包括以下三個(gè)方面:
　　 (1)由于聚乙

2、烯分子量分布的維度非常大，可達(dá)到105數(shù)量級(jí)，在現(xiàn)有的計(jì)算機(jī)硬件條件下，直接聯(lián)立求解聚乙烯動(dòng)態(tài)分子量分布的機(jī)理模型是不可行的。本文首先以乙烯淤漿聚合模型為基礎(chǔ)，將其分解為小規(guī)模微分代數(shù)方程組矩模型和大規(guī)模常微分方程組粒數(shù)衡算模型，前者通過矩變量代替各個(gè)鏈長(zhǎng)下的聚合物分子量分布濃度信息，能有效的降低模型的規(guī)模使其可以直接求解，后者就是各鏈長(zhǎng)下的聚乙烯分子量分布模型，模型規(guī)模等于聚乙烯分子量分布的維度，可達(dá)到105數(shù)量級(jí)。對(duì)于大規(guī)模常微分方

3、程組粒數(shù)衡算模型，使用后向差分方法，將該模型差分化，利用小規(guī)模微分代數(shù)方程組矩模型得到的所有參數(shù)變量在時(shí)間離散點(diǎn)上的數(shù)值代入該差分方程，得到關(guān)于活性鏈及死聚物的差分方程組，分析模型結(jié)構(gòu)，采用變量解耦序貫法模擬計(jì)算得到聚乙烯的動(dòng)態(tài)分子量分布。
　　 (2)針對(duì)聚乙烯動(dòng)態(tài)分子量分布求解過程中的大規(guī)模常微分方程組粒數(shù)衡算模型的求解，本文在多核平臺(tái)下應(yīng)用多線程技術(shù)對(duì)變量解耦序貫法進(jìn)行并行處理，并行方法的結(jié)果與串行的變量解耦序貫法相比，計(jì)

4、算精度一致，計(jì)算速度有顯著提升。進(jìn)一步，針對(duì)優(yōu)化計(jì)算的需求，將聚乙烯動(dòng)態(tài)分子量分布對(duì)操作條件變量的一階導(dǎo)數(shù)推導(dǎo)計(jì)算也進(jìn)行并行化處理，實(shí)現(xiàn)了導(dǎo)函數(shù)的并行計(jì)算，可顯著節(jié)省優(yōu)化過程中的迭代運(yùn)行時(shí)間。
　　 (3)以聚乙烯分子量分布曲線為質(zhì)量指標(biāo)優(yōu)化乙烯生產(chǎn)過程中的牌號(hào)切換時(shí)間，在滿足切換要求的前提下減小切換時(shí)間可以減少過渡料的產(chǎn)生，對(duì)工業(yè)生產(chǎn)過程具有重要意義。本文采用兩層結(jié)構(gòu)優(yōu)化方法，內(nèi)層以氫氣分段階躍進(jìn)料量為優(yōu)化變量，以切換后的分子