淤漿法高密度聚乙烯生產過程中牌號切換的優化
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摘 要：歷經多年，高密度聚乙烯以其優良性能逐步發展成為世界上產量和應用最廣泛的合成材料之一，每年全世界范圍內聚乙烯的生產消耗量都十分巨大，于是企業在生產過程中需要不斷的進行牌號切換操作，以盡快生產出滿足市場需求的產品，科學合理的進行牌號切換，一直是高密度聚乙烯生產者研究的重點。
關鍵詞：淤漿法；高密度聚乙烯；牌號切換；廢料量
高密度聚乙烯（HDPE）產品所獨具的優良性能，并以安全環保，方便運輸，應用廣泛等諸多優點，在市場上需求量極大，而在使用淤漿法工藝生產HDPE過程中，解決聚乙烯連續生產的牌號切換問題，就要從切換模式、影響因素、切換目標和切換策略等眾多方面，要對牌號切換詳細分析和研究，從而找到最佳牌號切換方法。
1 淤漿法工藝
淤漿法生產的聚乙烯不溶于溶劑，反應過程呈漿料狀。聚合條件溫和，操作簡便。烷基鋁是常用的催化劑，氫是相對分子質量調節劑。聚合釜中的漿液經閃蒸釜、氣液分離、固液分離、再轉移到干粉機中、最后經過混煉熔融造粒，得到不同相對分子質量分布的產品。料漿工藝是利用高密度聚乙烯料漿工藝消化吸收三井油化的工藝技術。以高純乙烯為主要原料，丙烯或丁烯—1用作共單體，己烷當作溶劑，采用高效催化劑進行低壓法漿液聚合。料漿通過分離干燥、混煉造粒，可獲得性能優良的高密度聚乙烯（HDPE）顆粒產品。
2 牌號切換
石化企業生產不同類型的塑料樹脂要進行牌號切換，這個過程中會導致聚乙烯生產過程產品質量不穩定（即過渡料），牌號切換時間長和過渡廢料量多等問題，比如開車生產不符合所生產牌號產品質量指標，物理性質指標既不符合所生產牌號，也不符合其他牌號中間的過渡產品的產出，這類缺陷型產品，業內通稱這些產品為過度料（也稱副牌料），相對合格品來說其實就是次品。每次生產出的過渡材料雖不很大，當積累到一定的量，只可作為次品銷售。國內石化企業不可避免地生產出過渡料，因此，改進生產工藝，在牌號轉化的過程中，以最短的轉化時間為目標，將轉型的過度材料控制在最小值，避免更大的浪費尤為重要。
3 淤漿法工藝的優化
研究淤漿法工藝生產裝置和生產過程中反應器壓力、反應溫度、H2—乙烯比、丁烯—乙烯比等因素對聚合過程的影響。在此基礎上，采用軟測量方法研究聚乙烯產品的性能指標，詳細分析聚乙烯的主要性能指標及影響性能變化的操作變量。利用動態優化的原理和方法，得到在切換過程中產品性能參數和操作變量的優化軌跡，為短時間高產合格品提供指導。主要創新性工作有四項：
?、籴槍Σ⑿胁僮鬟^程中的牌號切換問題，建立包含后續處理過程的全局優化目標函數，并以切換時間最短為主要目的。采用迭代動態規劃算法求解目標函數，得到各反應器的聚合溫度（T）、共聚物與乙烯的濃度比（C3/C2）、氫烯比（H2/C2）等操作變量以及聚合物產品各項性能指標的變化軌跡。結果表明，在目標函數中加入瞬時性質的研究，加強了對產物分子量分布的控制和瞬時性質超調幅度的約束。在造粒機中加入催化劑進料項和產品熔融指數項，使科研更符合實際。造粒機內產品性能的約束對反應釜內產品性能的制約起著間接的作用。同時，但優化運行是屬于不可逆的，控制過程具有非線性的特點。
?、卺槍Υ撨\行過程中的牌號切換，基于“二次混合”規則，建立全局優化目標函數，包括第二釜產品的累積性能和兩釜產品混合所得聚合物的累積性能。通過對二釜產品性能指標的反演，建立二釜的質量模型。通過使用全局優化目標函數優化計算切換操作，和比較優化結果與實際生產過程中的切換操作，證明本文提到的這種優化方法可以顯著縮短切換時間和減少過渡的一代材料產生，經濟效益非常明顯。串行操作，將直接用于不同類型的目標函數計算結果在少量瞬時性質量的產品，調整時間短，積累平滑過渡自然，切換過程所需時間較短，因此，泥漿系統研究，直接選擇不同類型的優化目標函數是一個更好的選擇。
?、鄹鶕r的變化連續串行并行的來回切換，或改變溫度，操作變量和物流提出人工進行干預優化操作的設計原則，在此為基礎，設計出具體操作時在一些關鍵的制備節點，由人工控制進行干預，減緩操作變量起始過程中急劇性的變化，對系統產生不利影響。優化結果表明，人工干預可以顯著降低操作變量的變化強度和瞬態超調，對生產過程具有很強的指導意義。
?、芡ㄟ^對淤漿聚合工藝的分析和乙烯二元聚合機理的研究，建立產品在反應器中的質量模型，提出改進的產品在造粒機中的質量預測模型。使用目標函數的方法，針對特定數量的模型參數予以分析，并為預測該牌號產品質量提供一個基礎，設計一個合理的泥漿聚乙烯工藝流程圖的方法，制作化學生產過程模型，以指導產品生產，提高企業效益，合理和準確的流程模型可以用來尋找生產的瓶頸，新牌號設計及牌號切換策略優化等。現今這類研究可以運用計算機技術進行模擬演練，極大的節約了成本。通過一系列計算分析相關變量的最優軌跡，得出切換時間和切換產生的浪費量，從而產生經濟效益。
4 結語
隨著高新技術發展，近年淤漿法，也在持續改進，除了牌號切換方面的進步，高活性催化劑生產技術的使用，去除催化劑除灰的步驟，減少隨機聚合物，用于生產均聚物、抗沖共聚物產品及無規共聚物影響，目前國內外采用淤漿法工藝生產高密度聚乙烯方面的生產能力均有顯著提高。
參考文獻：
[1]王平.淤漿法聚乙烯生產中牌號切換策略研究[D].杭州：浙江大學，2006.
[2]李潔華.淤漿法高密度聚乙烯生產過程牌號切換優化[D].北京：北京化工大學，2011.
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