連續(xù)聚合反應牌號切換過渡過程的優(yōu)化策略研究.pdf

1、在工業(yè)生產(chǎn)中，單個反應器經(jīng)常需要工作在不同的操作條件下，生產(chǎn)不同牌號的聚合物，牌號切換過程不僅會減少反應釜的正常生產(chǎn)時間，還生成大量廢品。因此，建立柔性的聚合物生產(chǎn)策略不僅要考慮穩(wěn)態(tài)時的操作，還應該考慮牌號切換過渡過程的操作，盡量減少過渡時間以及過渡料的產(chǎn)生。本文以CSTR中苯乙烯自由基聚合反應為例，研究了連續(xù)聚合反應過程的牌號切換優(yōu)化控制策略。
　　 首先，根據(jù)反應機理、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

2、應動態(tài)特性的數(shù)學模型，并由活聚物和終聚物的矩計算出聚合物的數(shù)均分子量Mn、重均分子量Mw和多分散系數(shù)PDI。
　　 其次，提出一種基于迭代動態(tài)規(guī)劃的分段式牌號切換優(yōu)化策略，將牌號切換過程分成動態(tài)優(yōu)化階段與準穩(wěn)態(tài)過渡階段。在動態(tài)優(yōu)化階段，通過迭代動態(tài)規(guī)劃計算出輸入變量的優(yōu)化軌跡，使聚合物的性質(zhì)盡量接近目標牌號，再經(jīng)過準穩(wěn)態(tài)過渡階段使反應過程到達新穩(wěn)態(tài)，且聚合物性質(zhì)滿足目標牌號的要求。以實驗室規(guī)模的CSTR中苯乙烯牌號切換為例，對單

3、輸入和多輸入兩種情況下優(yōu)化策略的實施進行了仿真驗證。通過迭代優(yōu)化計算出引發(fā)劑流量和冷卻水流量的最優(yōu)切換軌跡，并與階躍切換的仿真結(jié)果進行比較，結(jié)果顯示本文提出的牌號切換優(yōu)化策略可以顯著減少切換時間及過渡過程中引發(fā)劑的消耗量。
　　 最后，本文提出結(jié)合反饋控制和動態(tài)優(yōu)化的牌號切換優(yōu)化策略，通過迭代動態(tài)規(guī)劃計算出單體流量比和反應溫度的優(yōu)化軌跡，采用反饋控制使反應器操作條件跟蹤計算出的軌跡，實現(xiàn)牌號切換過渡過程的優(yōu)化。并引入冷卻水溫度變