淤浆法高密度聚乙烯生产过程牌号切换优化

论文摘要

目前我国聚乙烯生产存在诸如产品质量不稳定、牌号切换时间长以及切换过渡废料量多等问题,严重影响着我国聚乙烯产品市场,降低了我国聚乙烯的国际竞争力。为解决上述问题,实现聚乙烯装置的自动化,提高聚乙烯工厂经济效益,本文以吉林石化公司采用BASELL聚烯烃公司的HOSTALEN低压淤浆高密度聚乙烯生产工艺为例,研究了高密度聚乙烯(HDPE)连续生产过程的机理建模以及产品牌号间的连线切换问题,主要研究工作如下：首先,阐述了本课题的来源和研究意义,论证了本课题的可行性。对聚乙烯生产工艺以及聚乙烯连续生产过程的牌号切换问题进行了研究,分别从切换模式、影响因素、切换目标和切换策略等方面对牌号切换进行了详细分析。其次,针对HOSTALEN淤浆工艺流程中的生产装置和生产过程,研究反应器压力、反应温度、氢气乙烯比和丁烯乙烯比等因素对聚合反应过程的影响。并在此基础上对聚乙烯产品性能指标做了软测量研究,对聚乙烯主要性能指标及影响其变化的操作变量进行了具体分析。再次,根据HOSTALEN淤浆工艺反应条件和催化剂特点,得出高密度聚乙烯(HDPE)的反应机理方程式,并根据聚合反应机理推导出HDPE的动力学模型框架。通过对工厂现场采集的数据进行时序匹配、缺失值数据处理、异常数据处理和均值滤波等预处理,用处理好的数据样本对动力学模型进行参数拟合,得到熔融指数和密度的半机理半经验的质量软测量模型,并对熔融指数和密度的软测量模型进行校验,同时对该模型进行趋势分析,并和文献的实验结果以及理论分析进行对比。结果显示,模拟和验证误差都在工业要求的误差范围内,模型的趋势分析与实验结果及理论分析结果相符。最后,对HOSTALEN淤浆HDPE牌号切换过程进行建模和构造优化目标函数。运用动态迭代规划算法对目标函数进行仿真计算,得到牌号切换过程HDPE的熔融指数、密度、温度、氢气乙烯比和丁烯乙烯比等变量的优化轨迹。通过分析相关变量的优化轨迹,计算切换时间和切换产生的废料量,以及由此产生的经济效益。优化结果为,切换时间23小时,比工程实际切换时间缩短了17小时,优化切换过渡废料量为874t,比实际减小了626t的废料,约能直接给工厂带来7199000元的经济效益。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 第一章 绪论
• 1.1 课题的来源与研究意义
• 1.2 聚乙烯概述
• 1.2.1 聚乙烯简介
• 1.2.2 聚乙烯生产工艺简介
• 1.2.3 聚乙烯技术进展
• 1.3 牌号切换概述
• 1.3.1 牌号切换模式
• 1.3.2 牌号切换目标与策略
• 1.3.3 前人研究成果
• 1.3.4 最优牌号切换研究存在的问题
• 1.4 课题的主要研究内容
• 1.5 论文的章节安排
• 第二章 淤浆法高密度聚乙烯工艺过程分析
• 2.1 引言
• 2.2 淤浆工艺流程介绍
• 2.2.1 装置简介
• 2.2.2 工艺流程简述
• 2.2.3 工艺生产过程组成
• 2.3 聚乙烯产品性能指标
• 2.3.1 熔融指数M
• 2.3.2 密度ρ
• 2.4 影响性能指标的操作变量
• 2.4.1 反应器压力
• 2.4.2 反应温度
• 2.4.3 反应物组成
• 2.5 小结
• 第三章 产品质量模型的建立
• 3.1 引言
• 3.2 HDPE聚合反应机理及动力学模型
• 3.3 数据预处理
• 3.3.1 时序匹配方法
• 3.3.2 缺失值数据处理方法
• 3.3.3 异常数据检测及处理方法
• 3.3.4 数据均值滤波方法
• 3.3.5 性能参数累积值换算
• 3.4 动力学模型参数回归
• 3.4.1 模型参数拟合方法介绍
• 3.4.2 一反熔融指数MI模型
• 3.4.3 二反熔融指数MI模型
• 3.4.4 二反密度ρ模型
• 3.5 质量模型趋势分析
• 3.6 小结
• 第四章 串联操作过程牌号切换优化
• 4.1 引言
• 4.2 牌号切换模型的建立
• 4.2.1 目标函数建立
• 4.2.2 权因子的确定
• 4.2.3 聚合物规格标准
• 4.3 目标函数求解及结果分析
• 4.3.1 目标函数求解
• 4.3.2 结果分析
• 4.4 小结
• 第五章 结论与展望
• 5.1 结论
• 5.2 展望
• 参考文献
• 致谢
• 研究成果及发表的学术论文
• 作者和导师简介
• 硕士研究生学位论文答辩委员会决议书