氯乙烯聚合過程建模與質(zhì)量控制方法研究.pdf

1、聚合過程普遍存在反應(yīng)機理復(fù)雜、過程非線性強的特點，導(dǎo)致聚合過程在線監(jiān)控、過程優(yōu)化和質(zhì)量控制等研究具有一定的挑戰(zhàn)性。本文以氯乙烯懸浮聚合過程為研究對象，開展了過程參數(shù)與質(zhì)量指標(biāo)的軟測量建模、復(fù)合引發(fā)體系優(yōu)化和質(zhì)量指標(biāo)優(yōu)化控制等研究工作，主要研究內(nèi)容如下:
　　(1)在全面分析氯乙烯聚合過程工藝機理的基礎(chǔ)上，構(gòu)建了氯乙烯懸浮聚合過程基本模型，其中包括聚合反應(yīng)動力學(xué)模型、聚合反應(yīng)熱力學(xué)模型、粒徑分布群體平衡模型等，為氯乙烯聚合過程的軟測

2、量、過程優(yōu)化和質(zhì)量控制等研究提供了基礎(chǔ)。
　　(2)提出了一種基于模型輸出校正的混合建模方法。通過機理分析建立氯乙烯單體液滴群體平衡模型，在此基礎(chǔ)上，利用人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)建模方法建立氯乙烯單體液滴群體平衡修正模型，實現(xiàn)對單體液滴群體平衡模型輸出的在線修正，構(gòu)成混合模型。將此建模方法應(yīng)用于氯乙烯聚合過程中粒徑分布的軟測量，建立的混合模型既能按照液滴分散與聚并機理對聚氯乙烯顆粒的成長過程進(jìn)行描述，同時又充分利用了生產(chǎn)現(xiàn)場數(shù)據(jù)對模型誤差進(jìn)行

3、修正，相比純機理模型取得了更好的預(yù)測效果。
　　(3)研究了基于改進(jìn)Kalman濾波算法的多模型融合建模方法。分別將K2PCA-ANN數(shù)據(jù)驅(qū)動模型與熱力學(xué)模型應(yīng)用于氯乙烯聚合速率的非線性預(yù)測，在基于最優(yōu)估計的Kalman濾波算法的遞推框架下將K2PCA-ANN模型預(yù)測值與熱力學(xué)模型預(yù)測值有效融合，在此基礎(chǔ)上，通過模型方差更新對Kalman濾波算法的估計參數(shù)進(jìn)行在線校正，進(jìn)一步優(yōu)化融合模型的估計性能。應(yīng)用結(jié)果表明，此建模方法較好地利

4、用了K2PCA-ANN模型和熱力學(xué)模型對生產(chǎn)現(xiàn)場數(shù)據(jù)樣本進(jìn)行信息提煉，提高了單一軟測量模型的抗干擾性，提高了融合模型預(yù)測的精度與穩(wěn)定性。
　　(4)研究了軟測量技術(shù)在聚合轉(zhuǎn)化率在線監(jiān)控中的系統(tǒng)集成。將OPC通訊應(yīng)用于軟測量技術(shù)的在線應(yīng)用中，服務(wù)器站與操作站獨立運行，服務(wù)器站計算機與控制系統(tǒng)連接，采集現(xiàn)場數(shù)據(jù)并軟通過軟測量模型計算出目標(biāo)變量，并將此結(jié)果反饋給控制系統(tǒng)，再由OPC服務(wù)器發(fā)送。操作站計算機通過工業(yè)以太網(wǎng)與服務(wù)器站計算機連

5、接，利用OPC客戶端與OPC服務(wù)器進(jìn)行數(shù)據(jù)交換，實現(xiàn)對目標(biāo)變量的監(jiān)控。氯乙烯聚合過程轉(zhuǎn)化率監(jiān)控的應(yīng)用結(jié)果表明，該方案較好地解決了工業(yè)現(xiàn)場不同廠家的軟硬件通訊問題，計算軟件和監(jiān)控組態(tài)軟件并行運行，兩者優(yōu)勢互補。
　　(5)針對氯乙烯聚合過程復(fù)合引發(fā)體系的優(yōu)化問題，提出了一種基于熱力學(xué)模型、動力學(xué)模型和復(fù)合引發(fā)體系優(yōu)化模型等多個模型的優(yōu)化策略。以最小化單釜聚合時間為目標(biāo)，以復(fù)合引發(fā)劑用量、反應(yīng)釜移熱能力等為約束條件，采用非線性規(guī)劃解決

6、了復(fù)合引發(fā)體系的優(yōu)化問題;充分考慮反應(yīng)釜傳熱能力對優(yōu)化結(jié)果的影響，建立了復(fù)合引發(fā)體系的優(yōu)化策略。應(yīng)用結(jié)果表明，該優(yōu)化策略能夠優(yōu)化復(fù)合引發(fā)體系配方，充分利用了聚合反應(yīng)釜的傳熱能力，并能較好地應(yīng)對冷卻水溫度、聚合溫度和傳熱系數(shù)等過程參數(shù)變化對優(yōu)化結(jié)果的影響，確保優(yōu)化結(jié)果的準(zhǔn)確性。
　　(6)針對氯乙烯聚合過程質(zhì)量指標(biāo)的控制問題，提出了一種基于軟測量技術(shù)的質(zhì)量控制方法。采用K2PLS-ANN數(shù)據(jù)驅(qū)動建模方法建立了氯乙烯平均粒徑的軟測量模

7、型，用于預(yù)測工藝變量與平均粒徑指標(biāo)之間的定量關(guān)系;利用軟測量技術(shù)和非線性規(guī)劃方法，求解得到符合平均粒徑指標(biāo)約束的最佳操作變量;根據(jù)平均粒徑的離線分析值，利用間歇過程批次間重復(fù)的相似性特性，提出了一種偏差修正策略，用于調(diào)整操作變量和指導(dǎo)批次間的生產(chǎn)操作。應(yīng)用結(jié)果表明，提出的質(zhì)量優(yōu)化控制策略，能夠?qū)崿F(xiàn)聚氯乙烯質(zhì)量指標(biāo)的平穩(wěn)控制，有助于降低生產(chǎn)消耗，可用于指導(dǎo)實際生產(chǎn)過程。
　　在充分理解氯乙烯懸浮聚合過程工藝和反應(yīng)機理的基礎(chǔ)上，利用軟