聚丙烯价格 [浅谈聚丙烯生产过程的优化控制研究]

时间：2019-04-18 03:29:56　来源：柠檬阅读网本文已影响人

　　摘　要：我国已经成为全球最大的聚丙烯净进口国,聚丙烯未来几年内，表观消费量依然会保持较高增速，进口量将会增大，聚丙烯产业在中国的前景广阔。因此提高聚丙烯的生产水平具有十分重要的理论和现实意义。本文拟从聚丙烯生产过程角度出发，首先介绍了聚丙烯的生产工艺，接着重点阐述了聚丙烯生产过程的优化控制。同时，对聚丙烯生产过程进行了建模研究。
　　关键词：聚丙烯　生产过程　催化剂　优化控制　建模研究
　　一、聚丙烯生产工艺
　　聚丙烯生产工艺的两大重要因素是催化剂和聚合工艺。其中，对聚丙烯产品性能起着关键性的作用是催化剂，同时也是聚丙烯生产技术发展的核心。随着催化剂的更新换代，促进了聚丙烯生产工艺的快速发展。上个世纪中期，齐格勒研制的催化剂经纳塔改进后，成功研制出了结晶性聚丙烯，这大大促进了聚丙烯的发展。到了20世纪80年代后期，又研发出了茂金属催化剂和后过渡金属催化剂。茂金属催化剂在保持之前的催化剂的性能和特点的基础上，增强了树脂的性能；而后过渡金属催化剂在兼具前者性能的同时，还降低了催化剂的生产成本。
　　聚丙烯的聚合工艺是影响聚丙烯生产工艺的另一重要因素，聚合工艺方法包含有溶剂法、溶液法、液相本体法以及气相法。其中，溶剂法和溶液法是在早期工业化时期所采用的方法，前者在使用过程中，要进行溶剂回收，物耗较高，并且生产过程较长且过于复杂，因而这种方法早已不再使用。而后者在现代虽还在使用，但由于其生产成本较溶剂法高，工艺复杂，因此，在生产中溶液法所占的份额很小。随着研究人员对聚丙烯聚合工艺的深入研究，液相本体法和气相法因其能耗低，不需要脱离催化剂残渣、产品牌号新的优势，逐渐在聚丙烯的生产聚合工艺中占据主导地位。
　　二、聚丙烯生产过程的优化控制
　　聚丙烯的生产过程是一个纷繁复杂的系统工程，生产设备庞大，生产过程复杂。聚丙烯的的生产过程包含了聚合反应、分离、单体冲洗以及后期处理等。从聚丙烯产品的生产设备来看，它是一个不确定性、非线性、大纯滞后、强耦合、分布参数等特性的生产装置系统，为实现聚丙烯的的生产过程的优化控制一直是实务界的难点和重点。从控制的角度来讲，在生产工艺和设备已经确定的情况下，实现生产的平衡控制是产品生产最基本的原则和目标。因为生产的平衡、稳定是工厂生产的前提、基础，只有在平衡、稳定的基础上才能为产品生产提供机理模型，实现优化控制。从近十年化工生产过程的控制情况来看，虽早已采用集散型控制系统，但其缺点在实际操作过程中已暴露的愈加明显。因为这种集散型控制系统只是将操作变量和控制变量之间的关系设定为一一映射的关系，从不考虑因变量的变化从而导致它们之间关系的变化。在化工产品的实际生产过程中，正是由于这种一一映射的设定，使得变量之间的关系无法真实反应出生产设备、装置的实际情况，从而也很难实现生产设备的平稳控制。
　　聚丙烯生产过程的优化控制可分为两个层次：一是建立工艺机理模型，这是一种静态的模型优化，是在先进的控制基础上的稳定模型，该种模型是按照目标函数进行的优化计算，计算出的优化值将作为在线经济优化控制范围内的限值；二是在线经济优化控制，是在多变量预估控制的基础上实现的，该控制在预先设定好的目标函数基础上寻找优化值，为实现经济效益而实行优化控制。
　　常见的优化控制主要有：模糊逻辑控制，它是以模糊语言变量和逻辑推理为基础的数字控制技术，本质上是非线性控制，主要特点是具有系统化的理论。其中模糊逻辑控制分为Mamdani模糊模型和Takagi—Stgeno模糊模型两种；预测控制，它不是一种非线性的系统理论控制，而是直接来源于聚丙烯产品的生产实践。经过几十年的快速发展，它已演变出三种形式，分别为基于非参数化模型、参数化模型和结构化模型的预测控制。但是，不管形式如何变化，每种形式的预测控制都包含了预测模型、滚动优化和反馈校正三个部分。
　　三、聚丙烯生产过程控制策略
　　连续法本体聚合工艺按采用的聚合反应器的不同，分为釜式聚合工艺和管式聚合工艺。这种工艺的特点是结构简单，具有单位体积传热面积、总传热系数高、单程转化率高、产品牌号切换时间短的特点。在全世界以及在国内生产聚丙烯的装置中，采用环管法工艺是最多。整个工艺生产过程对丈量及控制系统要求较高的是反应系统及相关流程。它包括预接触罐、预聚合反应器及环管反应器3个部分。整个反应过程对于温度、压力、丙烯进料、氢加进量、环管反应器的缓冲罐液位、聚合物含量的检测控制要求较严格，各参数的控制相互关联。
　　丙烯聚合属于配位阴离子聚合，是一种自由基链式聚合，在丙烯分子里面含有大量活泼的π键，这些π键的作用是被丙烯中的钦系络合物催化剂吸附或配位，让双键极化，从而使得丙烯单体插入到钦、碳键之间，形成活性链，最终实现链增长或是终止。然而对于催化剂的活性中心而言，主要有双金属活性中心模型理论和单金属涪陛中心模型理论两种。
　　釜式聚合装置作为生产聚丙烯产品的主要设备，深入对其研究具有十分重要的现实意义。在实践操作中，装置中的搅拌釜可以单独使用，也有多釜串联、并联使用。为达到提高模型运行效率的目的，一般都将反应器作为动力学控制状态，因而我们在研究该问题时以采取以下一些假设：拟稳态处理，等活性理论，聚丙烯的聚合总速率等于链增长速率等等。在对反应釜进行建模的过程中，反应过程中主要涉及到得物料为丙烯单体、氢气以及催化剂等，并且要充分考虑到热量平衡。
　　聚丙烯生产过程的热点问题是建模研究，而反应釜作为主要生产装置，对聚丙烯生产过程进行优化控制是建模研究的基础性工作。所以因在过程描述时可作进一步简化：当物料进入反应器中时，会发生一级放热不可逆的反应，这些热量会使温度升高，影响到反应物的反应速度和浓度。因此，必须对热量加以控制，可采取冷却两种方式是气相冷凝回流和夹套将热量移走。同时，为了有利于阻止聚合过程中的产物在反应器的内壁上沉积，反应釜内的聚合过程应在液相内搅拌。另外，进入到反应器中的物料由两部分组成，一部分是新鲜物料，另一部分是反应釜中没有反应的物料，经过处理后被再次利用。
　　参考文献
　　[1]张志刚. 聚丙烯生产过程优化控制探析. 化学工程与装备, 2011.
　　[2]帕斯奎尼. 聚丙烯手册. 北京:化学工业出版社,2008.

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