迭代动态规划在树脂牌号切换最优化模型中的应用

本文运用迭代动态规划求解牌号切换模型的最优化问题,有效地避免了运用一般方法求解系统最优化问题时的Ｈａｍｉｌｔｏｎ－Ｊａｃｏｂｉ－Ｂｅｌｌｍａｎ方程以及高维系统可能出现的计算量激增的问题,成功地解得树脂牌号切换过程产生的过渡料数量最少时聚合温度、氯气和共聚单体的浓度、催化剂流率和料位高度等５个操作变量的最优轨迹。     

基于动态优化和反馈控制的聚合反应过程牌号切换策略

针对单反应器多牌号聚合物生产过程, 提出一种结合动态优化和反馈控制的牌号切换策略。以实验室规模的连续搅拌釜式反应器中苯乙烯聚合牌号切换为对象, 以原料消耗最少为优化目标, 利用迭代动态规划求得切换过程中反应条件和产品性能指标的优化轨迹。引入针对反应温度的路径约束, 使优化后的切换轨迹更易跟踪实现, 防止过渡过程中变量的剧烈波动。仿真结果表明, 这一切换策略可以显著减少牌号切换过渡时间及过渡过程中原料的消耗量, 并能够有效克服进料温度变化的干扰。     

丙烯聚合动态模型在牌号切换过程中的应用

分析聚丙烯牌号切换过程中的过渡策略 ,并在Hypol工艺上 ,利用丙烯聚合动态模型和熔融指数的软测量 ,结合工业实际生产数据 ,对聚丙烯的牌号切换过程进行了模拟 ,结果显示 ,利用丙烯聚合动态模型可以如实地反应聚丙烯的牌号切换过程 ,通过模拟的结果 ,可以找出最佳牌号切换策略 ,制定出最佳的生产过渡方案     

带路径约束的聚烯烃牌号切换操作优化方法

产品多样化需求使得聚烯烃生产过程中经常需要进行牌号切换操作。以往关于牌号切换优化的研究大多只关心切换过程结束后聚合物质量指标是否达到目标牌号值,对过渡过程中质量指标及状态变量的波动情况缺少关注,而过程的波动会影响到最终产物的质量性质和操作平稳性。为此,本文以聚乙烯气相流化床反应器为对象,通过在牌号切换优化命题中加入关于熔融指数等的路径约束,防止过渡过程中的状态变量剧烈波动影响聚合物树脂质量。为求解此类带路径约束的动态优化问题,对常规的控制变量参数化方法进行了改进,通过求解微分代数方程(DAE方程)将路径约束转化为控制变量约束。仿真结果表明,加入路径约束可以有效避免牌号切换中变量的剧烈波动,增强过程平稳性。     

连续聚合过程中牌号调度策略的研究

基于工厂聚乙烯树脂牌号切换产生废料量的设计值,建立了废料量的预测模型,其误差仅为１０．４５％（均聚牌号）和５．０７％（共聚牌号）;并提出了以赢利与否为依据的牌号切换判断模型。     

大型聚丙烯生产装置牌号切换滚动时域控制

基于滚动时域优化控制策略,提出了一种大型双环管聚丙烯生产过程最优牌号切换控制方法。首先结合机理分析,以Hammerstein模型描述聚丙烯牌号切换过程中质量指标动态特性;其次,根据牌号切换的性能指标,滚动优化计算每个时刻各反应器中聚合温度、氢气与丙烯浓度比、共聚单体乙烯与丙烯浓度比等操作变量。进一步结合双层控制结构和状态观测器设计,实现聚丙烯产品牌号切换的滚动优化闭环控制,并预测聚合物产品各质量指标的动态轨迹。最后,通过给出多个牌号切换实例仿真验证本文结果的有效性和实用性。     

聚乙烯牌号切换过程中出现的问题及解决措施

分析了Innovene~(TM) S低压淤浆聚合工艺生产的产品牌号切换的生产过程,探讨了牌号切换的原则,以及牌号切换过程中产生的问题,包括低压闪蒸罐内粉料结块、过渡产品数量远多于给定经验值、转产后产品质量不合格,并分析了问题产生的原因,最后提出了解决问题的措施,包括尽量倒空低压闪蒸罐中粉料及控制系统中1-己烯的浓度等。     

气相法聚乙烯牌号过渡优化策略

介绍了气相法聚乙烯工艺以熔体流动指数和密度为状态变量，以氢气和共聚单体的进料速率、反应温度、系统排放量、催化剂加料速率及床层料位为控制变量的产品过渡优化模型，讨论了利用该模型在最短的切换时间内生产最少数量不合格品的策略，以实现多牌号生产中经济效益的最大化。     

连续聚合过程中产品牌号过渡的优化

以流化床乙烯气相聚合工艺为例建立了产品牌号切换模型 ,通过同时优化聚合温度、氢气和共聚单体的浓度、催化剂流率和料位高度等 5个操作变量的变化轨迹 ,使产品牌号的切换时间最短 ,过渡料数量最少 .研究表明 ,聚合温度、氢气和共聚单体的浓度对树脂性能指标的控制起主要作用 .为了减少过渡料的数量 ,一般均需降低催化剂流率和料位高度 .通过在目标函数中增加熔流比控制项可以抑制操作变量的剧烈调节 ,达到控制分子量分布的目的 .同时发现 ,产品牌号的正向和反向切换所得到的操作变量的最优轨迹很不相同 ,反映了系统的非线性     

苯乙烯工业预聚过程牌号切换策略研究

对苯乙烯热引发工业预聚动态过程进行了模拟，反应器出口固含量以及聚合物重均分子量的模拟结果与工业装置采集数据的误差在5％以内。考察了反应温度、进料流量、进料配比对单体转化率和聚合物重均分子量的影响规律，其中反应温度对单体转化率和聚合物重均分子量的影响最大，进料流量次之。据此提出了多个牌号切换过程的策略，并与工业切换方案及温度阶跃变化方案进行比较。结果表明温度过调策略可以使过渡时间缩短和减少过渡料。最优切换策略的过渡时间和过渡料较工业切换方案减少了81．3％而较温度阶跃变化方案减少了47．5％。     

Study on Optimal Strategy of Grade Transition in Industrial Fluidized Bed Gas-Phase Polyethylene Production Process

A model of grade transition is presented for a commercialized fluidized bed gas-phase polyethylene production process. The quantity of off-specification product and the time of grade transition can be minimized by the optimization of operating variables, such as polymerization temperature, the ratio of hydrogen to ethylene, the ratio of co-monomer to ethylene, feed rate of catalyst, and bed level. A new performance index, the ratio of melt flow (MFR), is included in the objective function, for restraining the sharp adjustment of operation variables and narrowing the distribution of molecular weight of the resin. It is recommended that catalyst feed rate and bed level are decreased in order to reduce the grade transition time and the quantity of off-specification product. This optimization problem is solved by an algorithm of sequential quadratic programming (SQP) in MATLAB. There is considerable difference between the forward transition and reverse transition of grade with regard to the operating variab     

基于催化剂颗粒停留时间分布的双峰聚乙烯牌号切换优化

针对环管-流化床串联的Borstar双峰聚乙烯工艺,建立了包括催化剂切换在内的双反应器串联牌号切换模型,使产品牌号的切换时间最短、过渡料数量最少。同时,推导了双反应器串联工艺中,存在催化剂切换时各反应器内聚合物的瞬时与累积性能指标（熔融指数与密度）的模型。研究表明,对于涉及催化剂切换的牌号切换,最优策略是采用催化剂分步进料方式,综合考虑新旧催化剂对操作参数的不同要求及各反应器内残留原催化剂比重对最终产品性能的影响,从而达到明显缩短切换时间、有效抑制操作变量急剧变化、平缓产品性质变化轨迹的优化目的。     

浆液法聚乙烯连续聚合过程中牌号过渡的优化

针对淤浆法乙烯聚合工艺串联生产过程,以切换时间最短和产生废料量最少为目标,对“反应釜-反应釜-造粒机”三者串联过程,建立了包括后处理过程在内的牌号切换优化模型.并利用迭代动态规划法对目标函数求解,得到各反应釜中聚合温度、氢气与乙烯单体浓度比(［H₂］/［C₂］)、共聚单体丁烯与乙烯单体浓度比(［C₄］/［C₂］)、催化剂进料流率4个操作变量和聚合物产品各性能指标的变化轨迹以及造粒机中聚合物熔融指数(MI)的变化轨迹.研究表明,聚合物的性能指标由反应过程和造粒过程共同决定.在目标函数中考虑造粒过程的影响后,能够有效抑制操作变量的剧烈变化,使其变化轨迹趋于平缓,保证切换生产过程的安全进行.     

具有不确定性的聚烯烃牌号切换过程动态优化

聚烯烃生产经常需要进行牌号切换操作,最优牌号切换策略能在保证生产安全的前提下减少切换过程中的经济损失.由于实际生产中存在不确定性,基于理论模型的最优解无法保证最优的切换结果,甚至使牌号切换失败.对此,有学者将最优性条件校正策略引入牌号切换问题中,在克服不确定性方面体现出较好效果.从最优输入轨迹中提取合理的解模型是校正策...     

Optimal grade transition and selection of closed-loop controllers in a gas-phase olefin polymerization fluidized bed reactor

To satisfy the diverse product quality specifications required by the broad range of polyolefin applications, polymerization plants are forced to operate under frequent grade transition policies. Commonly, the optimal solution to this problem is based on the minimization of a suitable objective function defined in terms of the changeover time, product quality specifications, process safety constraints and the amount of off-spec polymer, using dynamic optimization methods. However, considering the great impact that a given control structure configuration can have on the process operability and product quality optimization, the time optimal grade transition problem needs to be solved in parallel with the optimal selection of the closed-loop control pairings between the controlled and manipulated variables. In the present study, a mixed integer dynamic optimization approach is applied to a catalytic gas-phase ethylene-1-butene copolymerization fluidized bed reactor (FBR) to calculate both the “best” closed-loop control configuration and the time optimal grade transition policies. The gPROMS/gOPT computational tools for modelling and dynamic optimization, and the GAMS/CPLEX MILP solver are employed for the solution of the combined optimization problem. Simulation results are presented showing the significant quality and economic benefits that can be achieved through the application of the proposed integrated approach to the optimal grade transition problem for a gas-phase polyolefin FBR.     

Simultaneous process and control system design for grade transition in styrene polymerization

We present a comprehensive approach to the simultaneous design and control of a continuous stirred tank reactor (CSTR) for styrene solution polymerization that must be able to produce different polymer grades. The resulting tool allows simultaneous selection of the polymerization equipment, the multivariable feedforward-feedback controller's structure and tuning parameters, the steady states and the transition paths between them. For this purpose a multiobjective optimization is implemented to minimize the annualized reactor cost, the operating costs, the production of off-specification polymer and the transition time between steady states. Trade-offs between the sometimes conflicting objectives are dealt with by the optimization. Unlike many previous grade transition studies, steady states are not known a priori. The only known parameters are the target molecular weights to be produced at each steady state. We have analyzed three different scenarios, and propose practical criteria for selecting the most reasonable optimum when the solution is not unique.