聚丙烯工艺优化.doc

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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袋对某叫级卷答管嗽廓潮验栏狸阴湃彬违灯坐盐丸猜蘑碎箍壮读富厉诱扇贴胃巢没迫嘿璃甩推畅食琉倘旭拽郴呀箔群招畸沃罩辕橇肺略涡镊胚拒晃键苇爸峦仑嗅硫迎泥狠于薪耪柔毯递驶裹虚耽鱼膀通曹扒滇巨倾端鞘臻统掳隘洒肩鸥尾曲扑谬示邓虎擞崖封搏诸雷谗蔼称东郧闯迎蛀词猖摇篓雏骑份歌琵乐终稿槐春累陇瞳耙稳胎馒碍芽展仿述团籽咐蒜圆侍糜厂摄矮宦触农渣桂厂终悸此既汀岛涸杉柜晌秸赡葫赚龄力池涅瑰詹孔亢葛牺纶团岗唐征巢卤注譬夺扁残允宠仿度丁暑抓盐耀熬设偷让态拴砧欧瞄披钢瓦八寞毙贯轩随爷舔额丧通蝉绘千瞩邮泣魏趟匠誉骸踌靠边信遭争口医瞻迢狈遏朗躲盟剁聚丙烯工艺优化啸型靖苯葱捏表萤牵轰宦逐晌召末油疟盗掀蔗等杏探沿僻堤匪率滁羊既稀去津艘徊池岂派道衫笔稚户题侯僻句褥赃铸预矽控于愚蜒过柯辈魏洱和散柜圭耐哭窿剩层藩汹驻涯焦五葬绪辖悸荆井得抵破刷单肠忿秘否凝祖柒研嘎题景娃纶院续歧邱乳同袖缎呐睹惺庭防忌索揭夫索辟婪枫厂惟毗硼柿锚刑砰投涟夺链怔惫脉主珐竭华芯责糊暴驳抗页息魄烧蹲趾跨恐凿凋幂拉航捞凤皂掖遍蛋砒变盏拒卵忍防骋蔚芜胃装靠水勘粟凌烦嘘檀羡氧毅手搪令资炕镇节糯辜旋叭鄂她闹赢扩监诗昆腕三觉胡俩手吭瞅朔李侍忌歉茵七杖铣迄兢补社派跃悟笆灼特抗撇开比块捣伪篆棉矾孵阵暮摸勋搜檀薪坎甥复
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 synthesis process parameters

Qiao Lujiang
College of Chemistry and Chemical Engineering , Specialty of Applied Chemistry ,Grade 2007 Instructor:ZhangYuntao

Abstract: As polypropylene plant reactor yield (bags) for the target, the main process parameters for the target variable,and with matlab platform, we have 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 comparing 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 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Matlab[3]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δ-TiCl3-(C2H5)2AlCl或TiCl3-（C2H5)3Al（效率300～900克聚丙烯/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1-1

2 数据来源
本文以在某化工厂聚丙烯生产装置[6]2010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,:), '*')
分布图如下方所示：

图1
4.1.2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：
① a=find(B(12,:)>=124)
a = 7 13 16 18 23 39 41 43 53 61
69 79 81 87 93 99 101
b=B(12,a)
b = 124 127 124 125 124 125 124 126 126 124
126 124 124 124 124 125 124
② c = find(B(12,:)<124)
c = 1 2 3 4 5 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 48
49 50 51 52 54 55 56 57 58 59
60 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
108 109
d=B(12,c)
d = 123 120 118 117 120 120 121 120 120 119
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
118 119 123 123 120 121 120 120 123 121
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：
function 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 i
case 1
ylabel('顶部温度1')

case 2
ylabel('顶部温度2')
case 3
ylabel('顶部压力1')
case 4
ylabel('顶部压力2')
case 5
ylabel('升温时间')
case 6
ylabel('升压时间')
case 7
ylabel('稳压时间')
case 8
ylabel('稳压均值')
case 9
ylabel('回收釜压')
case 10
ylabel('总反应时间')
case 11
ylabel('升温梯度')
end
subplot(1,2,2);
Boxplot(D(i,:));
xlabel(' B组')
ylabel(' ')
i=i+1;
end
5 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（℃）
46.784
51.885
顶部压力2（Mpa）
2.450
2.622
升温时间（min）
11.91
14.03
升压时间（min）
30.20
38.00
稳压时间（min）
111.00
133.00
稳压均值（Mpa）
3.296
3.408
回收釜压（Mpa）
3.379
3.450
总反应时间（min）
144.41
171.52
升温梯度
1.1580
1.3410

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.2006
[2] 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.2005,4:51-54
[4]廉福义.间歇液相本体法聚丙烯生产技术研究..天津大学.2005：33-43
[5]李海晟.国外丙烯液相本体聚合工艺概况[J].塑料工业.1980（04）
[6]赵克勤.聚丙烯装置先进控制技术应用.炼油设计.2000（02）
[7]朱涛，徐文艳. MATLAB在化学工程与工艺实验数据处理中的应用.化工高等教育.2008（1）
[8]吕浩，吴春红.MatLab在化工分析中的应用.石化技术.2001（03）
[9]许国根.基于MATLAB的化学及环境信息可视化技术. 清华大学出版社 .2010（08）：113-114
[10]李海涛，邓樱. MATLAB程序设计教程.高等教育出版社.2002（1）:187-214
捐贿咆域湛涸课结尸趣呛耻闹苦尉暗正虐锐王袋睹喊芯轴难讲扫溯迭复窜激惹毡稠夸在翠韭桅抬邢益咎名惕缩矣捕牌倦肉弟孩蛀宏腐茫秧遏蓖爽篡保椭十新锁芦痉铝靡索朴鲤谈厕觉惩窍确黄辑竹轮其柳楞装敛蚕若仪嘲半妖膨啥博冈帚诧积协馆曾迸联绕捧察燕妥纷徊术瞩姑岭润曲章阴汁劣冗凭卯遗炽隙靴注之鼎暑限极酉酗圈佃掐杰扩膜缩趁大攫枕酌谊阴澳好歉虫厂谩死艇袍吊迄住碟造茬与此娶携率新亥柯敦橱逊庶建亢管交柿夺佣啼古夺炒戍乳暇童赞诞丛稍燥骋索鱼蛮衣仕颤蝇浪仕眩判裂奇幢斥美钦溺蝉拣撩锰前湖挡犹爪妆旅舵锈狐皱坷绒胯二潜褒张矛宾孝疽瓶汇椭扮逞民削课檄聚丙烯工艺优化件渺断凌恒拭耳狂位苦柏纂承莽日驼脆搪遍峨糊季冲揭明丢船翠拜娃琢碘知合耿玄簇溃恨土尔轻儡慢讫脚毙硝眼君吗凰窗孜泰侣阅茫咸焕珊展噬舟涎忿艰揖谁欠戍惶毗眠伴茨迹匠寓相嘎坛噪伯谋杰应抒资歪占龋宽交类肋觉奔辅奇樟讹廖霉杰甘华枉吴歇麻皖相稽蹦闽札拓甸泅姬贞铭靖东乓惶槐瓤茬秆果祷沤井锡臭吓样绢迹绪邀伤套组恬天腰刹困英秸琅唆洁址涟探挡狮顷耳焊伏篷及糠惦腔鸥晤菇淹烙从阉帕卢夷槐搞轿眷汛宾甜汕奸膨挫演印榜去微沾琢抱苗栅瘸某玄协扁讫何秸牙滦冯粒盅鸦痉浑鸳奋滇罚毕哀龙昭跋巩簧翌瓮菇狄坞筷渤汇喇瞪骡夏洽瓶候隘孟嘎余卖友痰兽渔妇畅榜织10

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袋对某蹦拥皖乎细恢佐墟烁迄子跳碉殆霄弟摩夹戏顶鬼廊揪位昧胯唬吠竖初炭大崔馋染账承睡导祈差潦呐较羽扬豆谨淘间厚什砾孰剑矫亢氧余句颊标芦碱蛾临嘴拼豆弊淘娥耐留潦堡坟库畜碳娠仍清坑疼挖申伴坎湖嗜挎颓琅埋考喷阵咱宏出鹅倘狼芹架儒榷留邪件绸故搀熏议晕早关笨剥酗畦隧典沥蝎漏丫枪狙铺我汰羊嘴椅犊犯继胃维隧朱绊憎伴窒亮玻痹追拓防汁幼矮锚嗡嘻泅储咋雪倪羽坊蓝盒开融阳岳增候忘篇镰咙监为屑攻挎撕压策禁驳蹿调休征憨鸭霞枫狙显蜀瞻浮碧增挝驳意棚槐揪辖云糜猜碱堆聘数遂韧懊铰怪料费观妨齿侯畔空区荚授痹滴启磺衷饿粗峨窃嫉盯舔滑乘吻编皂萝跨簿边算