聚丙烯雙環(huán)管反應(yīng)器熔融指數(shù)機理建模
田華閣，車榮杰，田學(xué)民
（中國石油大學(xué)（華東）信息與控制工程學(xué)院，山東東營25706）
摘 要：針對聚丙烯雙環(huán)管反應(yīng)器的工藝特點，提出了一種聚丙烯熔融指數(shù)軟測量機理建模方法。該方法在單環(huán)管熔融指數(shù)預(yù)報模型的基礎(chǔ)上，根據(jù)聚合物混合原理，建立了兩種適用于雙環(huán)管反應(yīng)器的機理模型：指數(shù)模型和冪數(shù)模型，并采用帶遺忘因子的遞推最小二乘法( ffrls)和粒子群算法(pso)辨識模型參數(shù)，增強模型的適應(yīng)性。最后，利用某裝置實際生產(chǎn)數(shù)據(jù)進行模型驗證，結(jié)果表明，所建模型的預(yù)報結(jié)果與實驗室化驗值吻合較好，能夠在很大范圍內(nèi)跟蹤反應(yīng)器內(nèi)熔融指數(shù)的變化．
關(guān)鍵詞：軟測量；雙環(huán)管反應(yīng)器；機理建模；參數(shù)辨識；熔融指數(shù)
中圖分類號：tp 27 文獻標識碼：a
1 引言
在聚丙烯生產(chǎn)中，熔融指數(shù)( melt index，mi)是確定產(chǎn)品牌號的重要指標之一。目前聚丙烯熔融指數(shù)主要通過實驗室離線化驗分析得到，難以滿足生產(chǎn)實時控制的要求。因此，開發(fā)聚丙烯熔融指數(shù)的預(yù)報模型，對實現(xiàn)軟測量技術(shù)和監(jiān)控頻繁的稗號切換過程具有重要的意義。
目前，國內(nèi)外針對聚丙烯熔融指數(shù)機理模型的研究主要是從反應(yīng)機理的角度對單環(huán)管反應(yīng)器進行理論分析。zacca等在ziegler-natta催化劑多活性中心聚合動力學(xué)的基礎(chǔ)上，對環(huán)管丙烯聚合反應(yīng)進行了模擬，但其求解過程運算復(fù)雜；國內(nèi)針對環(huán)管反應(yīng)器也作了一些液相本體聚合的模擬與仿真i2；而針對環(huán)管液相反應(yīng)器，尤其是spheripol-ii雙環(huán)管反應(yīng)器，并結(jié)合工業(yè)現(xiàn)場數(shù)據(jù)，采用機理建模法進行模型化的研究尚不多見。
本文從聚合反應(yīng)動力學(xué)出發(fā)，以單環(huán)管內(nèi)聚合反泣的動態(tài)數(shù)學(xué)模型為基礎(chǔ)，建立了兩種適用于雙環(huán)管反應(yīng)器的熔融指數(shù)機理預(yù)報模型：指數(shù)模型和冪數(shù)模型。并采用帶遺忘因子的遞推最小二乘方法辨識指數(shù)模型參數(shù)，利用粒子群算法辨識冪數(shù)模型參數(shù)。最后結(jié)合工業(yè)現(xiàn)場數(shù)據(jù)對所建模型進行了驗證。
2 spheripol-ⅱ工藝簡介與聚合機理
國內(nèi)某石化公司spheripol-ii液相本體法聚丙烯裝置的聚合反應(yīng)單元生產(chǎn)流程中。催化劑、助催化劑teal和給電子體donor加入到預(yù)聚合反應(yīng)器r200中，同時少量新鮮丙烯和h，進入r200，預(yù)聚合后，r200的反應(yīng)產(chǎn)物輸送到環(huán)管反應(yīng)器r201中，與新鮮丙烯和分子量調(diào)節(jié)劑h：發(fā)生聚合反應(yīng)產(chǎn)生丙烯聚合物。剩下未反應(yīng)的液態(tài)丙烯和聚合物漿液混在一起進入r202，完成剩下的聚合反應(yīng)并出料到后續(xù)處理單元。
其具體流程圖，如圖1所示。
使用ziegler-nalta催化劑的丙烯聚合過程中聚合反應(yīng)包括催化劑活化、鏈引發(fā)、鏈增長、鏈轉(zhuǎn) 移和鏈終止反應(yīng)。在聚合反應(yīng)開始時，由于活性中心濃度較大，鏈引發(fā)速率很快，本文認為在聚合反應(yīng)器內(nèi)只考慮鏈增長速率。丙烯聚合反應(yīng)的動力學(xué)方程，見表l。
3單環(huán)管反應(yīng)器聚丙烯熔融指數(shù)模型
借鑒在開發(fā)低密度聚乙烯熔融指數(shù)機理模型時的思想，可以得到新產(chǎn)物的瞬時mr和瞬時數(shù)均聚合程度_有如下關(guān)系：
由表l中的聚合速率方程得到。鏈轉(zhuǎn)移和活化位置失活的反應(yīng)決定了聚合物中鏈生長的停止，速率可以統(tǒng)一用r，可由下式得到：
假設(shè)所有的鏈轉(zhuǎn)移和失活反應(yīng)都有類似的活化能，利用arrhenius方程可以得到：
式中，to為一個參考溫度；eai;代表鏈增長的活化能。
4雙環(huán)管反應(yīng)器聚丙烯熔融指數(shù)模型
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