[发明专利]非理想反应器内自由基聚合物分子量分布操作条件的优化方法

权利要求书

1.一种非理想反应器内自由基聚合物分子量分布操作条件的优化方法,其特征在于包括如下步骤：

S01：建立优化模型，以最大单体转化率为优化目标，以分子量分布在采样点上与目标值的误差平方和为约束，并以控制变量的上下限为约束，构建优化命题；

所述的步骤S01具体为：

在已知聚合物目标分子量分布曲线条件下，在链长的对数坐标曲线上，横坐标每隔0.1间隔选取采样点，以采样点上分子量分布的模拟值与目标值的误差平方和为约束，并以入口引发剂浓度x和进料温度T的上下限为约束，构建优化命题如下：

maxconversion(x,T)

x_low≤x≤x_up

T_low≤T≤T_up

conversion(x,T)为单体转化率，MWD为聚合物分子量分布曲线的模拟值，x_low，x_up分别为入口引发剂浓度x的下限和上限，T_low，T_up分别为进料温度T的下限和上限，ε为分子量分布的误差容限；

S02：设置优化参数，优化参数包括：最大迭代次数，约束优化转化为无约束优化的惩罚项系数，优化算法误差容限，分子量分布误差容限，以及单纯形算法的参数值；

S03：优化计算初始化，设定初始反应器入口引发剂浓度x₀和进料温度T₀，分别在入口引发剂浓度和进料温度上进行摄动，通过接口模块调用Fluent软件进行分子量分布求解模拟，得到初始单纯形，开始优化；

S04：进行单纯形顶点排序，判断是否收敛，如果满足收敛准则，优化结束，求解成功，得到最优解；如果不满足收敛准则，进行步骤S05；

S05：根据单纯形算法，对于得到的结果进行反射，膨胀，收缩和塌缩操作，得到新的入口引发剂浓度和进料温度，通过接口模块调用Fluent软件进行分子量分布求解模拟，得到分子量分布的模拟结果，进而得到转化率结果，按照单纯形生成规则，得到新的单纯形，进行步骤S04；

所述步骤S03和S05中所述通过接口模块调用Fluent软件进行分子量分布求解模拟具体为：

基于计算流体力学方法，进行网格划分和建立，利用计算流体力学软件Fluent进行求解模拟，求解过程中需要加载编写好的用户自定义函数程序，将聚合反应方程加载到Fluent软件中，以耦合聚合反应和流体流动，最终得到模拟稳态解，方法具体采用如下步骤：

(1)利用计算流体力学前处理软件Gambit，根据聚合反应器装置绘制装置模型，对模型划分有限元网格；

(2)在计算流体力学软件Fluent中导入反应器模型，进行模拟设置，进行聚合反应的稳态模拟，作为优化过程中的模拟初值，该过程具体包括：1)设置反应条件，所述的反应条件具体包括选择求解器、选择湍流模型、选择反应材料、设置边界条件；2)在Fluent中导入化学反应模型，将用户自定义函数程序加载至Fluent软件中，以此将聚合反应与流体流动耦合起来；3)进行求解相关的设置并迭代求解；

(3)反应器内聚合反应的计算流体力学求解：

通过接口程序，读入入口引发剂浓度和进料温度，求解稳态反应时聚合反应器内的各组分浓度、矩浓度和反应速率的分布，

(4)根据反应器内各组分浓度、矩浓度和反应速率，基于稳态假设经数学推导得到分子量分布：

其中：

其中，W(n)表示链长为n的聚合物在所有聚合物中所占的比例，n表示链长，τ,β,为分子量分布参数，k_td表示链歧化终止的反应速率，k_tc表示链双基终止的反应速率，k_trm表示链向单体转移的反应速率，k_p表示链增长的反应速率，[R]表示总的自由基摩尔浓度，[M]表示单体的摩尔浓度；

(5)将步骤(4)中得到的分子量分布参数τ,β,通过接口程序返回给优化程序，作为一次迭代步的模拟结果。