聚丙烯工藝優(yōu)化

1、聚丙烯合成工藝參數(shù)對(duì)產(chǎn)量的影響分析譙祿江 化學(xué)化工學(xué)院應(yīng)用化學(xué)專(zhuān)業(yè)07級(jí) 指導(dǎo)老師：張運(yùn)陶摘要：以聚丙烯裝置釜產(chǎn)量（袋）為目標(biāo)值，影響目標(biāo)值的主要工藝參數(shù)為變量，借助matlab平臺(tái)，設(shè)計(jì)專(zhuān)門(mén)的作圖程序，在按單釜產(chǎn)量124袋和單釜產(chǎn)量<124袋對(duì)某聚丙烯生產(chǎn)裝置的前期生產(chǎn)數(shù)據(jù)采用圖形顯示技術(shù)進(jìn)行分類(lèi)分析，通過(guò)比較找出各工藝參數(shù)對(duì)單釜產(chǎn)量高低的影響，由此獲取影響該裝置產(chǎn)量的工藝參數(shù)信息，從而提供有助于提高單釜產(chǎn)量的分析意見(jiàn)用于指導(dǎo)生產(chǎn)。關(guān)鍵詞：聚丙烯；工藝參數(shù)；影響效果；Matlab；箱型圖。Influence Analysis of polypropylene yield to synt

2、hesis process parametersQiao LujiangCollege of Chemistry and Chemical Engineering , Specialty of Applied Chemistry ,Grade 2007 Instructor:ZhangYuntaoAbstract:As polypropylene plant reactor yield (bags) for the target, the main process parameters for the target variable,and with matlab platform, we h

3、ave designed specifically for the drawing program.taking the single pot production 124 bags by autoclave bag and autoclave yield <124 bags of the early stage as a polypropylene production plant production data using graphical display techniques for classification analysis, finding out by comparin

4、g the output of process parameters on the level of a single reactor, which could affect the production process of the device parameter information, It can be helpful to improve single reactor output and can be used to guide production.Key words:Polypropylene; Process parameters; effect; Matlab; Box

5、plot.引言 聚丙烯1 (palypropylene)簡(jiǎn)稱(chēng)PP，是以丙烯單體為主聚合而成的,并易于通過(guò)共聚、共混、填充、增強(qiáng)等工藝使其具有優(yōu)異的性能。由于聚丙烯具有比重輕、耐抗沖、耐腐蝕、高透明、無(wú)毒性、強(qiáng)度好、電絕緣性能好且易于加工等優(yōu)良性能,因而被廣泛用于輕工、化工、化纖、建材、家電、包裝、汽車(chē)等領(lǐng)域。在聚丙烯生產(chǎn)2過(guò)程中，有很多工藝參數(shù)，對(duì)這些工藝參數(shù)的控制直接或間接地影響著最終的產(chǎn)率，為了提產(chǎn)率，必須將工藝參數(shù)控制在比較適宜的范圍，即最優(yōu)工藝指標(biāo)內(nèi)。為了找出各工藝參數(shù)的最優(yōu)工藝指標(biāo)，可以借助Matlab3進(jìn)行計(jì)算、分析處理。Matlab是集數(shù)學(xué)計(jì)算、結(jié)果可視化和編程于一身 ,能夠方便

6、地進(jìn)行科學(xué)計(jì)算和大量工程運(yùn)算的工程軟件。它具有簡(jiǎn)單易用、人機(jī)界面良好,能使繁瑣的科學(xué)計(jì)算和編程變得日益簡(jiǎn)單和準(zhǔn)確有效。本文通過(guò)利用Matlab對(duì)某工廠間歇式液相本體法聚丙烯裝置的前期生產(chǎn)數(shù)據(jù)完成數(shù)據(jù)分組、繪圖、分析，并獲取有用的信息，從而為提高聚丙烯產(chǎn)率的操作提供指導(dǎo)意見(jiàn)。1工藝流程間歇式液相本體法聚丙烯(簡(jiǎn)稱(chēng)小本體聚丙烯)工藝，是七十年代結(jié)合我國(guó)煉廠氣資源豐富而分散的特點(diǎn)自行開(kāi)發(fā)的聚丙烯生產(chǎn)技術(shù)。該工藝具有流程短、設(shè)備簡(jiǎn)單、投資小、建設(shè)快、效益好等特點(diǎn)。此工藝中聚丙烯是在金屬有機(jī)有規(guī)立構(gòu)催化劑4，如-TiCl3-(C2H5)2AlCl或TiCl3-（C2H5)3Al（效率300900克聚丙烯

7、/克TiCl3）作用下，使丙烯單體在控制的溫度和壓力條件下合成的，其工藝流程為：液態(tài)丙烯和氫氣在丙烯總管中混合后，與經(jīng)預(yù)聚合反應(yīng)器處理過(guò)的催化劑淤漿一起進(jìn)入聚合反應(yīng)器進(jìn)行聚合反應(yīng)。氫氣用做鏈轉(zhuǎn)移劑，對(duì)聚合物的分子量進(jìn)行控制。其工藝5流程簡(jiǎn)圖為圖1所示：圖1-12 數(shù)據(jù)來(lái)源本文以在某化工廠聚丙烯生產(chǎn)裝置62010年夏共109組生產(chǎn)數(shù)據(jù)作為研究數(shù)據(jù)集。以聚丙烯的單釜產(chǎn)量（袋）為目標(biāo)值(因變量,以X12表示)，以反應(yīng)釜頂部頂部溫度1()、頂部溫度2()、頂部壓力1(Mpa)、頂部壓力2(Mpa)、升溫時(shí)間（min）、升壓時(shí)間(min)、穩(wěn)壓時(shí)間(min)、穩(wěn)壓均值(MPa)、回收釜壓(MPa)、總反

8、應(yīng)時(shí)間(min)和升溫梯度這11個(gè)工藝參數(shù)為主要影響目標(biāo)值的自變量(分別以x1，x2，x3，x4，x5，x6，x7，x8，x9，x10，x11表示，其中頂部溫度1、頂部溫度2以及頂部壓力1、頂部壓力2分別表示不同時(shí)間反應(yīng)釜頂部的溫度和壓力)。3 分析方法數(shù)據(jù)處理7是化工生產(chǎn)工藝參數(shù)分析的一個(gè)必不可少的步驟，同時(shí)也是一個(gè)很重要的步驟，通過(guò)數(shù)據(jù)處理可以建立過(guò)程模型，找到適當(dāng)?shù)纳a(chǎn)工藝參數(shù)來(lái)指導(dǎo)生產(chǎn)。對(duì)于聚丙烯生產(chǎn)裝置而言，在裝置設(shè)備不做改動(dòng)的條件下，要想提產(chǎn)品產(chǎn)率，需要控制好反應(yīng)前的原材料純度和催化劑的用量，以及控制好裝置反應(yīng)過(guò)程中的溫度、壓力變化和反應(yīng)時(shí)間。在此我們選取反應(yīng)過(guò)程中的溫度、壓力變化

9、和反應(yīng)時(shí)間等作為影響因數(shù)來(lái)對(duì)聚丙烯的產(chǎn)量高低進(jìn)行研究分析。4 數(shù)據(jù)分析討論4.1 聚丙烯裝置前期生產(chǎn)數(shù)據(jù)的分組化工廠記錄生產(chǎn)數(shù)據(jù)一般都用Excel電子表格。由于MATLAB是以矩陣或數(shù)組的形式進(jìn)行運(yùn)算，所以在利用該軟件將聚丙烯數(shù)據(jù)分組之前還要變換數(shù)據(jù)的形式。校正好數(shù)據(jù)后就可以直接從Excel表格中復(fù)制到文本文檔去，編程時(shí)需要某部分?jǐn)?shù)據(jù)再到文本文檔中轉(zhuǎn)錄。4.1.1 繪制聚丙烯的產(chǎn)量分布圖將聚丙烯的生產(chǎn)數(shù)據(jù)以散點(diǎn)圖8的表達(dá)方式繪制出來(lái)，可以直觀地看出每一個(gè)填料罐的產(chǎn)量分布。利用MATLAB編程如下:A=將聚丙烯的數(shù)據(jù)全部輸入;B=A;plot(B(12,:), '*')分布圖如下

10、方所示：圖1聚丙烯裝置前期生產(chǎn)數(shù)據(jù)的分組基于圖中數(shù)據(jù)分布，按單釜產(chǎn)量的高低進(jìn)行分組，將單釜產(chǎn)量大于等于124袋的分為A組，將小于124袋的分為B組。利用MATLAB中的find( )函數(shù)按照產(chǎn)量高低分組如下： a=find(B(12,:)>=124)a = 7 13 16 18 23 39 41 43 53 61 69 79 81 87 93 99 101b=B(12,a)b = 124 127 124 125 124 125 124 126 126 124 126 124 124 124 124 125 124 c = find(B(12,:)<124)c = 1 2 3 4 5

11、 6 8 9 10 11 12 14 15 17 19 20 21 22 24 25 26 27 28 29 30 31 32 33 34 35 36 37 38 40 42 44 45 46 47 4849 50 51 52 54 55 56 57 58 5960 62 63 64 65 66 67 68 70 71 72 73 74 75 76 77 78 80 82 83 84 85 86 88 89 90 91 92 94 95 96 97 98 100 102 103 104 105 106 107 108 109d=B(12,c)d = 123 120 118 117 120 12

12、0 121 120 120 119 120 120 122 123 123 117 120 119 123 119 118 120 121 105 122 121 123 121 121 117 118 112 120 120 121 120 120 122 121 121 122 122 119 123 121 120 123 120 122 119 123 122 122 120 122 122 123 117 123 116 122 123 123 120 120 121 123 123 122 122 123 119 119 123 122 123 119 122 122 119 11

13、8 119 123 123 120 121 120 120 123 121 122 122并將分組后的各個(gè)數(shù)據(jù)分別存入數(shù)組C和D中：C =B(:,a);D =B(:,c);4.2 分組樣本數(shù)據(jù)的圖形分析本文對(duì)分組樣本數(shù)據(jù)采用箱形圖9進(jìn)行分析。箱線圖是利用數(shù)據(jù)中的五個(gè)特征值最小值、第一四分位點(diǎn)、中值、第三四分位點(diǎn)、最大值來(lái)描述數(shù)據(jù)的圖形。箱線圖可以比較清晰地表示數(shù)據(jù)的分布特征,能直觀明了地識(shí)別數(shù)據(jù)批中的異常值。特別適用于對(duì)幾個(gè)樣本進(jìn)行比較。將A組和B組的各變量分別對(duì)應(yīng)作箱線圖進(jìn)行比較分析，找出異同關(guān)系，A組的橫坐標(biāo)設(shè)為“A組”，B組的橫坐標(biāo)設(shè)為“B組”。本文編制的M文件程序10如下：functi

14、on nput(C,D,i)figure('color','white');%定義figue的背景為白色subplot(1,2,1);Boxplot(C(i,:);xlabel('A組')switch icase 1ylabel('頂部溫度1')case 2ylabel('頂部溫度2')case 3ylabel('頂部壓力1')case 4ylabel('頂部壓力2')case 5 ylabel('升溫時(shí)間')case 6ylabel('升壓時(shí)間')c

15、ase 7ylabel('穩(wěn)壓時(shí)間')case 8ylabel('穩(wěn)壓均值')case 9ylabel('回收釜壓')case 10ylabel('總反應(yīng)時(shí)間')case 11ylabel('升溫梯度')endsubplot(1,2,2);Boxplot(D(i,:);xlabel(' B組')ylabel(' ')i=i+1;end5 結(jié)果與討論由于頂部溫度1和頂部壓力1是反應(yīng)系統(tǒng)自動(dòng)生成的，是不可以通過(guò)操作來(lái)改變的，所以在此不作分析和討論。通過(guò)作箱線圖，A組和B組的各工藝參數(shù)對(duì)比

16、圖如下：圖1 A、B組的頂部溫度2對(duì)比圖圖2 A、B組的頂部壓力2對(duì)比圖圖3 A、B組的升溫時(shí)間對(duì)比圖圖4 A、B組的升壓時(shí)間對(duì)比圖圖5 A、B組的穩(wěn)壓時(shí)間對(duì)比圖圖6 A、B組的穩(wěn)壓均值對(duì)比圖圖7 A、B組的回收釜壓對(duì)比圖圖8 A、B組的總反應(yīng)時(shí)間對(duì)比圖圖9 A、B組的升溫梯度對(duì)比圖從以上分析圖可以看出，反應(yīng)釜的A組與B組的頂部溫度2和及穩(wěn)壓均值相差不是很大，說(shuō)明這變量對(duì)目標(biāo)值的影響不存在或者影響很??；而頂部壓力2、升溫時(shí)間、升壓時(shí)間、穩(wěn)壓時(shí)間、回收釜壓、總反應(yīng)時(shí)間及升溫梯度相差明顯，說(shuō)明這變量即工藝參數(shù)對(duì)目標(biāo)值的影響很大。選取A組中各變量箱線圖的25分位和75分位作為工藝指標(biāo)的上、下限作為操

17、作參考，可得出最佳工藝指標(biāo)范圍，列表如下：表1 聚丙烯合成各工藝參數(shù)的工藝指標(biāo)參考表工藝參數(shù)下限上限頂部溫度2（）46.78451.885頂部壓力2（Mpa）2.4502.622升溫時(shí)間（min）11.9114.03升壓時(shí)間（min）30.2038.00穩(wěn)壓時(shí)間（min）111.00133.00穩(wěn)壓均值（Mpa）3.2963.408回收釜壓（Mpa）3.3793.450總反應(yīng)時(shí)間（min）144.41171.52升溫梯度1.15801.3410因此，在生產(chǎn)操作中應(yīng)該將這些工藝參數(shù)值控制在上表各工藝參數(shù)的工藝指標(biāo)內(nèi)，來(lái)實(shí)現(xiàn)提產(chǎn)率的目的。6 結(jié)語(yǔ)本文從某聚丙烯工廠挖掘來(lái)的原始數(shù)據(jù)通過(guò)利用Matlab軟件，對(duì)各變量進(jìn)行作箱形圖分析找出化工生產(chǎn)數(shù)據(jù)中的一些影響規(guī)律，最后從系列的規(guī)律中得出了對(duì)生產(chǎn)有利的分析結(jié)果及意見(jiàn)。參考文獻(xiàn)1 沈倩.聚丙烯生產(chǎn)過(guò)程的建模與運(yùn)行監(jiān)控研究.浙江大學(xué).20062范順杰,徐用懋;聚丙烯反應(yīng)器的動(dòng)態(tài)模擬J;化工自動(dòng)化及儀表;2000（05）3楊憲昆. 基于MATLAB在化工優(yōu)化設(shè)計(jì)中的應(yīng)用.貴州化工.2005,4:51-544廉福義.間歇液相