聚丙烯工艺优化

1、聚丙烯合成工艺参数对产量的影响分析谯禄江 化学化工学院应用化学专业07级 指导老师：张运陶摘要：以聚丙烯装置釜产量（袋）为目标值，影响目标值的主要工艺参数为变量，借助matlab平台，设计专门的作图程序，在按单釜产量124袋和单釜产量<124袋对某聚丙烯生产装置的前期生产数据采用图形显示技术进行分类分析，通过比较找出各工艺参数对单釜产量高低的影响，由此获取影响该装置产量的工艺参数信息，从而提供有助于提高单釜产量的分析意见用于指导生产。关键词：聚丙烯；工艺参数；影响效果；Matlab；箱型图。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)简称PP，是以丙烯单体为主聚合而成的,并易于通过共聚、共混、填充、增强等工艺使其具有优异的性能。由于聚丙烯具有比重轻、耐抗冲、耐腐蚀、高透明、无毒性、强度好、电绝缘性能好且易于加工等优良性能,因而被广泛用于轻工、化工、化纤、建材、家电、包装、汽车等领域。在聚丙烯生产2过程中，有很多工艺参数，对这些工艺参数的控制直接或间接地影响着最终的产率，为了提产率，必须将工艺参数控制在比较适宜的范围，即最优工艺指标内。为了找出各工艺参数的最优工艺指标，可以借助Matlab3进行计算、分析处理。Matlab是集数学计算、结果可视化和编程于一身 ,能够方便

6、地进行科学计算和大量工程运算的工程软件。它具有简单易用、人机界面良好,能使繁琐的科学计算和编程变得日益简单和准确有效。本文通过利用Matlab对某工厂间歇式液相本体法聚丙烯装置的前期生产数据完成数据分组、绘图、分析，并获取有用的信息，从而为提高聚丙烯产率的操作提供指导意见。1工艺流程间歇式液相本体法聚丙烯(简称小本体聚丙烯)工艺，是七十年代结合我国炼厂气资源丰富而分散的特点自行开发的聚丙烯生产技术。该工艺具有流程短、设备简单、投资小、建设快、效益好等特点。此工艺中聚丙烯是在金属有机有规立构催化剂4，如-TiCl3-(C2H5)2AlCl或TiCl3-（C2H5)3Al（效率300900克聚丙烯

7、/克TiCl3）作用下，使丙烯单体在控制的温度和压力条件下合成的，其工艺流程为：液态丙烯和氢气在丙烯总管中混合后，与经预聚合反应器处理过的催化剂淤浆一起进入聚合反应器进行聚合反应。氢气用做链转移剂，对聚合物的分子量进行控制。其工艺5流程简图为图1所示：图1-12 数据来源本文以在某化工厂聚丙烯生产装置62010年夏共109组生产数据作为研究数据集。以聚丙烯的单釜产量（袋）为目标值(因变量,以X12表示)，以反应釜顶部顶部温度1()、顶部温度2()、顶部压力1(Mpa)、顶部压力2(Mpa)、升温时间（min）、升压时间(min)、稳压时间(min)、稳压均值(MPa)、回收釜压(MPa)、总反

8、应时间(min)和升温梯度这11个工艺参数为主要影响目标值的自变量(分别以x1，x2，x3，x4，x5，x6，x7，x8，x9，x10，x11表示，其中顶部温度1、顶部温度2以及顶部压力1、顶部压力2分别表示不同时间反应釜顶部的温度和压力)。3 分析方法数据处理7是化工生产工艺参数分析的一个必不可少的步骤，同时也是一个很重要的步骤，通过数据处理可以建立过程模型，找到适当的生产工艺参数来指导生产。对于聚丙烯生产装置而言，在装置设备不做改动的条件下，要想提产品产率，需要控制好反应前的原材料纯度和催化剂的用量，以及控制好装置反应过程中的温度、压力变化和反应时间。在此我们选取反应过程中的温度、压力变化

9、和反应时间等作为影响因数来对聚丙烯的产量高低进行研究分析。4 数据分析讨论4.1 聚丙烯装置前期生产数据的分组化工厂记录生产数据一般都用Excel电子表格。由于MATLAB是以矩阵或数组的形式进行运算，所以在利用该软件将聚丙烯数据分组之前还要变换数据的形式。校正好数据后就可以直接从Excel表格中复制到文本文档去，编程时需要某部分数据再到文本文档中转录。4.1.1 绘制聚丙烯的产量分布图将聚丙烯的生产数据以散点图8的表达方式绘制出来，可以直观地看出每一个填料罐的产量分布。利用MATLAB编程如下:A=将聚丙烯的数据全部输入;B=A;plot(B(12,:), '*')分布图如下

10、方所示：图1聚丙烯装置前期生产数据的分组基于图中数据分布，按单釜产量的高低进行分组，将单釜产量大于等于124袋的分为A组，将小于124袋的分为B组。利用MATLAB中的find( )函数按照产量高低分组如下： 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并将分组后的各个数据分别存入数组C和D中：C =B(:,a);D =B(:,c);4.2 分组样本数据的图形分析本文对分组样本数据采用箱形图9进行分析。箱线图是利用数据中的五个特征值最小值、第一四分位点、中值、第三四分位点、最大值来描述数据的图形。箱线图可以比较清晰地表示数据的分布特征,能直观明了地识别数据批中的异常值。特别适用于对几个样本进行比较。将A组和B组的各变量分别对应作箱线图进行比较分析，找出异同关系，A组的横坐标设为“A组”，B组的横坐标设为“B组”。本文编制的M文件程序10如下：functi

14、on nput(C,D,i)figure('color','white');%定义figue的背景为白色subplot(1,2,1);Boxplot(C(i,:);xlabel('A组')switch icase 1ylabel('顶部温度1')case 2ylabel('顶部温度2')case 3ylabel('顶部压力1')case 4ylabel('顶部压力2')case 5 ylabel('升温时间')case 6ylabel('升压时间')c

15、ase 7ylabel('稳压时间')case 8ylabel('稳压均值')case 9ylabel('回收釜压')case 10ylabel('总反应时间')case 11ylabel('升温梯度')endsubplot(1,2,2);Boxplot(D(i,:);xlabel(' B组')ylabel(' ')i=i+1;end5 结果与讨论由于顶部温度1和顶部压力1是反应系统自动生成的，是不可以通过操作来改变的，所以在此不作分析和讨论。通过作箱线图，A组和B组的各工艺参数对比

16、图如下：图1 A、B组的顶部温度2对比图图2 A、B组的顶部压力2对比图图3 A、B组的升温时间对比图图4 A、B组的升压时间对比图图5 A、B组的稳压时间对比图图6 A、B组的稳压均值对比图图7 A、B组的回收釜压对比图图8 A、B组的总反应时间对比图图9 A、B组的升温梯度对比图从以上分析图可以看出，反应釜的A组与B组的顶部温度2和及稳压均值相差不是很大，说明这变量对目标值的影响不存在或者影响很小；而顶部压力2、升温时间、升压时间、稳压时间、回收釜压、总反应时间及升温梯度相差明显，说明这变量即工艺参数对目标值的影响很大。选取A组中各变量箱线图的25分位和75分位作为工艺指标的上、下限作为操

17、作参考，可得出最佳工艺指标范围，列表如下：表1 聚丙烯合成各工艺参数的工艺指标参考表工艺参数下限上限顶部温度2（）46.78451.885顶部压力2（Mpa）2.4502.622升温时间（min）11.9114.03升压时间（min）30.2038.00稳压时间（min）111.00133.00稳压均值（Mpa）3.2963.408回收釜压（Mpa）3.3793.450总反应时间（min）144.41171.52升温梯度1.15801.3410因此，在生产操作中应该将这些工艺参数值控制在上表各工艺参数的工艺指标内，来实现提产率的目的。6 结语本文从某聚丙烯工厂挖掘来的原始数据通过利用Matlab软件，对各变量进行作箱形图分析找出化工生产数据中的一些影响规律，最后从系列的规律中得出了对生产有利的分析结果及意见。参考文献1 沈倩.聚丙烯生产过程的建模与运行监控研究.浙江大学.20062范顺杰,徐用懋;聚丙烯反应器的动态模拟J;化工自动化及仪表;2000（05）3杨宪昆. 基于MATLAB在化工优化设计中的应用.贵州化工.2005,4:51-544廉福义.间歇液相