基于神经自适应模糊控制的聚合釜温度控制研究

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1、哈尔滨工业大学工学硕士学位论文第1章绪论1.1课题背景本课题来源于某腈纶厂腈纶生产中聚合釜反应温度控制及仿真研究。腈纶纤维是我国聚丙烯腈系纤维（纤维组成中丙烯腈含量85%以上）的商品名称，是当今世界上合成纤维生产中得到重点发展的三大品种之一。因为聚丙烯腈大分子结构的特点，使腈纶纤维具有优良的性能，所以腈纶素有“人造羊毛”之称。由于环保、可替代各种天然纤维，腈纶产品市场前景广阔。如2002年我国腈纶进口量为42.31万吨，腈纶进口量占表观需求量的41.6%，市场潜力巨大[1]。近几年来，我国腈纶产能有了很大的扩充，2005年聚丙烯腈的总产能为73.8万吨，年增长幅度达到35.9%，但是进口

2、依存度仍很大，腈纶进口量达到了43.33万吨。由此可见，在我国腈纶市场供不应求的形势下提高产量和质量是首要任务。聚合釜温度对于产品质量及生产安全起到极其重要的作用。若聚合釜温高，分子量将下降，白度也下降，但釜温高将增加反应速率，聚丙烯腈的产量增加，有利于生产，釜温升高将加快聚合釜的腐蚀速率，聚合釜的使用周期将减少而腐蚀的铝离子进入浆液中，对聚合物的质量影响较大[2][3]。对于聚合釜反应温度控制以前主要采用人工手动调节流量阀的方式，这种方式温度控制精度低，控制效果差。并且，由于加料数量和品种的影响，聚合反应中存在的一系列复杂的化学变化，以及聚合反应本身强烈的放热效应，使得聚合反应温度的动

3、态特性具有时变、强烈非线性、大纯时滞的特点，这使得建立精确的聚合反应数学模型非常困难，一般的控制方法很难实现反应温度的精确控制，这可能严重影响最终的产品质量，还会危及生产的安全性。所以，现阶段急需设计出一种适合于聚合釜温度控制的控制器，使得反应温度得到精确控制。1.1.1聚丙烯腈简介聚丙烯腈英文缩写为PAN或PAC（polyacrylonitrile）。主要制成纤维，其短纤维质轻，保温性能和手感良好，俗称“人造羊毛”，中国商品名为“腈纶”。它与聚酰胺纤维、聚酯纤维一起构成了当今世界合成纤维工业的-1-哈尔滨工业大学工学硕士学位论文三大支柱。它是由丙烯腈的均聚合体或丙烯腈与其它乙烯基衍生物

4、的线性共聚物制得的一种合成纤维。常规腈纶中丙烯腈含量在85%以上。最早的聚丙烯纤维是由纯的PAN制成，因染色困难，且弹性较差，故仅作为工业用纤维。后来开发出丙烯腈与烯基化合物组成的二元或三元共聚物，改善了聚合物的可纺性和纤维的染色性。纯丙烯腈纤维的产量较低，均作为工业用途。世界各国生产的聚丙烯腈纤维大多由三元共聚物制得，其中丙烯腈占88%至95%；第二单体用量为4%至10%；第三单体为0.3%至2.0%。加入第二单体的作用是降低PAN结晶性，增加纤维柔软性，提高纤维机械强度、弹性和手感，提高染料向纤维内部的扩散速度，在一定程度上改善纤维染色性。常用的第二单体为非离子型单体，如丙烯腈甲酯、

5、甲基丙烯酸甲酯、醋酸乙烯和丙烯酰胺等。腈纶纤维的性质：1)弹性：它的弹性较好，仅次于涤纶，比锦纶高2倍，有较好的保形性。2)强度：腈纶的强度虽不及涤纶和锦纶，但比羊毛高1~2.5倍。3)耐热性：纤维的软化温度为190~230℃，在合成纤维中仅次于涤纶。4)耐光性：腈纶的耐光性是所有合成纤维中最好的露天暴晒一年，强度仅下降20%。腈纶耐酸、氧化剂和一般有机溶剂，但不耐碱。腈纶的制成品蓬松性好、保暖性好、手感柔软、有良好的耐气候性和防霉、防蛀性能。腈纶的保暖性比羊毛高15%左右。腈纶可与羊毛混纺，产品大多用于民用方面，如毛线、毛毯、针织运动服、篷布、人造毛皮、长毛绒等。腈纶还是高科技产品—碳

6、纤维的原料[4]。1.1聚丙烯腈的生产现状进入新世纪以来，我国腈纶产量平均年增长率达到两位数，年产量也由1999年的41.0万吨增加到2005年72.5万吨。虽然我国腈纶产量约占世界产量的1/3，是世界最大的腈纶生产国，但也存在产品品种少、差别化率低、毛型品种趋饱和、市场价格下降等问题。而其它品种，例如：不同染色效果、高收缩率、细旦或超细旦、抗静电、抗起球等差别化纤维品种却需要大量的进口，需求缺口仍然很大。-2-哈尔滨工业大学工学硕士学位论文我国腈纶生产稳步增长，腈纶产量将继续从2004年66.2万吨/年、2005年72.8万吨/年增长到2006年83.0万吨/年。2005年表现需求量达

7、118.6万吨，预计今后每年还将以3%至5%的速度递增，至2010年将达到140万吨，届时我国将有40万吨的供应缺口。据预测，2010年世界腈纶纤维的人均消费量将达到1.05公斤，较1998年的0.48公斤增加一倍多。从世界全局看，这无疑预示着我国腈纶发展的巨大潜力。目前，我国腈纶生产企业有11家，品均规模为7.1万吨/年。上海石化总产量现达到15.0万吨/年；吉林化纤集团公司腈纶年产能已达到14.0万吨/年；宁波丽阳化纤有限公司在