本文關(guān)鍵詞： 計算流體力學(xué) 自由基聚合反應(yīng) 分子量分布 過程優(yōu)化　出處：《浙江大學(xué)》2017年碩士論文　論文類型：學(xué)位論文

【摘要】：分子量分布(molecular weight distribution,MWD)是聚合物的重要質(zhì)量指標(biāo),它決定了聚合物的加工及使用性能,針對聚合物MWD進行模擬和優(yōu)化研究對控制和提升產(chǎn)品質(zhì)量具有重要作用。目前面向MWD的研究大多基于理想反應(yīng)器假設(shè)。然而對于大規(guī)模的工業(yè)反應(yīng)器這一假設(shè)并不合理。隨著計算機的普及和發(fā)展,計算流體力學(xué)(computational fluid dynamics,CFD)方法逐漸成為針對非理想反應(yīng)器的有力研究手段。但是,CFD方法的空間離散導(dǎo)致的高維問題和MWD計算本身的高維問題結(jié)合后,導(dǎo)致計算復(fù)雜度大增。因此,目前鮮有利用CFD方法進行聚合物MWD分布的研究報道。本文針對上述挑戰(zhàn),結(jié)合非理想反應(yīng)器模型,對聚合反應(yīng)的MWD的模擬和優(yōu)化問題進行了較為深入的研究。具體研究內(nèi)容總結(jié)如下:1.針對非理想聚合反應(yīng)器進行了 MWD空間分布的模擬。首先建立了自由基聚合反應(yīng)的機理模型,通過引入矩方法,將無窮維的MWD求解問題轉(zhuǎn)化為有限維問題,并引入Flory分布理論,獲得MWD的求解方法。隨后在CFD軟件中通過編寫用戶自定義函數(shù)程序引入聚合反應(yīng)描述,利用CFD計算獲取反應(yīng)器內(nèi)的濃度分布。最后建立接口技術(shù),實現(xiàn)從外部平臺讀取濃度分布,再通過矩模型計算方法獲得整個反應(yīng)器內(nèi)MWD的空間分布。論文通過管式和釜式兩種反應(yīng)器算例,展示了該求解方法的可行性和有效性,并比較了理想反應(yīng)器與非理想反應(yīng)器的差異。2.利用直接搜索算法求解給定MWD約束下最大化產(chǎn)品轉(zhuǎn)化率的優(yōu)化命題。首先以產(chǎn)品特定的MWD曲線為約束,以最大化轉(zhuǎn)化率為優(yōu)化目標(biāo)建立了優(yōu)化命題。該優(yōu)化命題中自變量為入口引發(fā)劑質(zhì)量分數(shù)、入口溫度、和進料流率,因變量為產(chǎn)物轉(zhuǎn)化率。然后針對非理想反應(yīng)器,利用上述CFD計算方法和接口技術(shù)進行轉(zhuǎn)化率和MWD誤差的自動計算。最后,建立了優(yōu)化平臺與CFD模擬平臺的接口,進一步采用無梯度算法一Nelder-Mead單純形方法進行自動優(yōu)化求解。論文分別對管式和釜式反應(yīng)器進行了MWD優(yōu)化研究,展示了方法的可行性,并對優(yōu)化結(jié)果進行了系統(tǒng)分析。3.鑒于直接搜索算法的效率問題,進一步提出了結(jié)合信賴域方法的組合優(yōu)化算法。利用信賴域方法代替Nelder-Mead單純形法求解MWD優(yōu)化命題可以顯著提升求解速度,但是在可行域邊界附近收斂變慢,易于陷入局部最優(yōu)解。結(jié)合信賴域方法與單純形方法的各自優(yōu)點,論文進一步提出了組合優(yōu)化方法,即先使用信賴域方法進行可行域的搜索,再利用Nelder-Mead單純形算法搜索最優(yōu)解。以管式聚合反應(yīng)器的優(yōu)化命題為例,測試了組合優(yōu)化的改進效果。論文針對非理想反應(yīng)器內(nèi)聚合反應(yīng)MWD的模擬和優(yōu)化提出了有效解決方案,設(shè)計開發(fā)了不同平臺之間的接口技術(shù),通過典型工業(yè)實例驗證了計算方法的可行性和有效性,并對進一步的工作研究進行了展望。
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【學(xué)位授予單位】：浙江大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2017
【分類號】：O631.61;O35

【參考文獻】

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1 丘坤元;;控制/活性自由基聚合的進展[J];大學(xué)化學(xué);2006年04期

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本文編號：1473996