基于苯乙烯工业级本体热聚合过程建模与仿真

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1、浙江大学硕士学位论文苯乙烯工业级本体热聚合过程建模与仿真姓名：叶跃昇申请学位级别：硕士专业：化学工程指导教师：冯连芳2002.3.1浙江大学硕士学位论文Y主23《10摘要建立反映聚合过程的数学模型是准确预测聚合物分子特性的基础。建立可靠的数学模型的关键在于对反应体系的物理、化学过程进行全面的定量描述，并推导出相应的质量、能量及动量平衡方程。本文在深入剖析了通用聚苯乙烯(GPPS)*n高抗冲聚苯乙烯(HIPS)生产过程的基础上，采用机理分析建模法对其工业聚台过程进行了模型化研究。f首先分析了反应器的混合模式，研究认为预聚釜可视作全混流(CSTR)反应

2、器，后聚釜可视为一CSTR与平推流(PFR)串联的反应器。通过归纳文献中苯乙烯奉体热聚合机理，建立了三分子引发、同时考虑偶合和歧化终止以及向溶剂链转移的机理模型。利用工业装置的操作参数进行了模拟，并与取样分析结果进行了对比，通过转化率、平均分子量等宏观量，分子量分布等微观量对所选机理模型的考察，选取了合适的动力学参数。对于GPPS聚合过程，利用工业装置采集的数据、专利商提供的模拟数据、物料平衡表数据等多方面进行考核、验证，计算所得的转化率和平均分子量及分布与其吻合。同时也建立了HIPS聚合过程模型，对HIPS动力学参数的确定进行了探讨，提出了确定其

3、动力学参数的思路。对工业生产装置而言，建立反映生产实际的模型并不是最终目的，重要的是应用模型分析现有工况，分析操作参数的敏感性程度，优化操作参数；为装置开发新产品、改造扩建、优化操作方案；从理论上模拟、探讨和分析非稳态过程的非稳态特性，从而指导工业生产，保证牌号切换过程顺利进行，减少过渡料，最终为生产装置提高经济效益发挥出功效。为此，模拟了工业全流程稳态聚合过程，分析了稳态条件下，转化率、平均分子量及分布对各操作参数的敏感性。其中，以反应温度对各指标的影响最大，进料配比的影响次之，进料流量的影响最小。在利用现有工业设备的条件下，对高分子量GPPS生

4、产方案进行了可行性研究，分析了现有操作工况和操作参数的敏感性，优化了工艺操作参数；并探讨了在满足设计条件下所能达到的极限生产能力和平均分子量。设计新的反应器，模拟计算出达到生产要求时所需设备的尺寸以及相应的工艺条件。通过计算表明，运用SIMULINK模型进行仿真不仅可以模拟稳态操作过程，而且还可以用来模拟非稳态过程。用它模拟了开停车、负荷变化、牌号切换四种生产过程中预聚釜的非稳态过渡行为．得到了转化率、平均分子量及分子量分御指数随时间的变化规律，模拟结果与工业取样分析数据吻合较好。研究了预聚釜牌号切换过程，工业切换方案的过渡时问比专利商提供的方案缩

5、短23％。在此基础上，根据转化率、分子量对操作参数的敏感性提出了多种牌号切换策略，从理论上模拟、探讨和分析非稳态过程，使过渡时间比专利浙江大学硕{一学位论文商提供的方案缩短了8l％，减少了过渡料，具有重大的经济效益。／本文建立的苯乙烯聚合过程模型为进一步确定HIPS聚合反应动力学参数，全面分析全流程范围内GPPS和HIPS的牌号切换优化策略以及开停车优化策略进行了有益的探索：为转化率、平均分子量、熔融指数的在线状态估计、优化控制策略提供了模型依据。关键词：聚苯乙烯模型过程模拟牌号切换、^，浙江大学硕士学位论文SUMMARYDevelopingama

6、thematicmodelthatCOX!besuccessfullyappliedtopredictmolecularpropertiesforpolymerizationprocessesdependsonwellunderstandingthewholeprocessinphysicalandchemicalaspectsandonderivingfimctionsofmassbalance，energybalanceandmomentumbalanceaccurately．Onthebasisofthoroughlyanalyzingthe

7、indus订iaibulkpolymerizationprocessofstyrene，modelingiscarriedoutbythewayoftheoreticalanalysis．Firstofa11．theflowbehaviorsintheindustrialreactorsareinvestigated．and吐leresultsindicatethatthepre—polymerizationreactorsmightbesimplifiedasCSTRmodels，andthatthepost-polymerizationmigh

8、tbesimplifiedasCSTRandPFRmodelsinseries，Asforkineticsmechanis