现代高分子化工讲座聚合反应工程控制.ppt

现代高分子化工讲座之二聚合反应控制与进展 2013.4 聚合反应工程内涵的发展 现代聚合反应工程涵盖甚广，发展很快。 由于多种学科的协同、交叉与渗透。近年来，聚合反应工程的界定已从高分子科学、化学与工艺和过程工程原理的结合，演变为强调与控制工程原理的结合。 聚合反应控制工程近期的研究内容 聚合反应动力学 数学模型与仿真 聚合反应器的设计与放大 特殊变送器的研制与过程监控 聚合反应器的优化、状态估计与计算机控制 在研究工作中，人工智能技术的应用正在受到密切关注。当涉及工业生产实践时，还包括计算机网络、管理信息系统与经济品质控制等。 运用跨学科、即多学科综合的方法导出适宜的技术策略，以便更为有效地设计与控制聚合反应器，从而改进聚合物生产过程的研究成为热点。 在一些特定情况下，如增强反应注射成型，由于反应快、几何分布要求高，以及流变学问题复杂等原因，更是难以离开控制工程与计算机技术的运用。 在调查、分析大量文献的基础上，Ray综述了聚合反应器的建模与控制问题，并就聚合反应的一些特有现象、各类模型、变送器、过程监控策略、控制难点以及控制系统的设计方法等做了归纳和讨论。 其后，Embirucu等对聚合反应器先进控制的有关论文做了概括。 相对集中的一些研究内容 反应器的建模与控制 聚合物性质的估计 最优控制与稳态优化 非线性控制 线性预测控制和自适应控制等 尚待深入研究的一些内容 Ray认为，目前在聚合反应器的状态估计方面已发表大量文献，但其覆盖范围依然有限 而将上述先进控制技术用于实际工业聚合环境的研究迄今尚未取得重大成果 Embirucu认为，当务之急是要开发有效的特别是用于测量与识别分子量与分子量分布(MWD)的测量装置与识别方案 精确控制MWD的重要性 聚合物的基本分子参数是直接影响聚合物品质的关键参数。如 MWD通过熔融物熔点和流动性质影响聚合物的加工特性 MWD还对被加工产品的机械性能有决定性作用，如机械强度和抗冲击性能。 因此，在聚合过程中精确控制MWD一直是国际上力求解决的热门课题；只是问题复杂，难点甚多。 1.聚合物质量的间接控制 长期以来，由于缺乏MWD的在线测量仪表以及对聚合反应动力学的了解有限，对MWD的直接控制极为困难 大多数所谓的聚合物质量控制只是控制表征产品某一平均性质的个别参数，如粘度和熔融指数等-间接控制 一个成功的例子-Dupont公司工业聚乙烯装置的模型预估控制 该装置用于溶液聚合，由几个串联的连续流搅拌釜式反应器及一个柱塞流管式反应器所组成，通过反应器的各种搭配以达到产品的指定特性控制。 该控制方案的要点：由于分析器和反应器间有滞后，采用了一种线性的特性估算法，根据当前的反应器条件预估釜内物质的熔融指数和密度。 采用的控制算法可引导工艺过程使之符合工艺规范，同时使能耗减小、产量增加，并能减少切换牌号的过渡时间。 基于模型的非线性反馈控制器 McAuley等研究了一种基于模型的非线性反馈控制器，以控制工业气相聚乙烯反应器的产品性质。 控制器调整瞬时熔融指数与密度，在牌号切换时提供伺服控制，并通过改变氢和丁烯的进料速率使产品性质逼近预期的轨迹。 该非线性控制器以广域输入输出线性化为基础，其性能据称远胜于用于同一目的的线性控制器。 因此，该法是在多种反应器条件下生产多种不同牌号产品时控制聚合物性质的有力工具，并能达到几乎是最佳的牌号切换。 为量化间接质量指标与聚合物基本分子参数之间的关系，Mankar等开发了一组粘度计-反应器成套设备，以甲基丙烯酸甲酯本体聚合为对象进行了研究 在等温条件下，连续测量两个不同温度下聚合混合物的粘度，并在几个不同时刻取出反应物质的样品，进行单体转化率和重均分子量分析。 将所获得的数据用Martin方程进行曲线拟合。其中待定系数按经验参数处理，根据这些实验数据构成了状态估计器(软测量)。 该粘度－反应器成套设备也可用于获取非等温条件下的粘度，以及配合适当的状态变量估计与优化分析，以研究本体聚合的在线优化控制。 人工神经网络（ANN）的应用 作为软仪表，人工神经网络ANN已用于连续聚合过程的粘度预估，其作用有点类似Smith预估器。 即根据在线粘度计的读数及搅拌机的转矩等工艺参数，预估反应釜内粘度的瞬时值，以实现粘度的自动控制。 如果直接使用在线粘度计作为粘度控制系统的变送器，则因粘度计约有3 min的滞后而使控制品质无法达到预定的指标。 什么叫神经网络? 人的思维有逻辑性和直观性两种不同的基本方式 逻辑性思维是指根据逻辑规则进行推理的过程；它先将信息化成概念，并用符号表示。 然后，根据符号运算按串行模式进行逻辑推理 这一过程可以写成串行的指令，让计算机执行。 1.信息通过神经元上的兴奋模式分布储存在网络上 2.信息处理通过神经元之间同时相互作用的动态过程来完成 人工神经