超大规模聚合反应过程分子量分布的动态模拟与优化方法研究

聚合反应是生成高分子聚合物的过程。通过改变操作条件可以在同一装置上生产出不同性能的聚合物。不断推出高性能、高附加值的牌号产品对提高国有石化企业的市场竞争力具有重要作用。动态模拟与优化方法研究可以有效帮助优化控制聚合反应过程的产品质量。分子量分布是表征产品质量的最重要指标。典型聚合物的分子量分布是一个维数高达十的五次方数量级的矢量。它的动态机理模型是一个超大规模的代数微分方程组，凝胶效应等现象又引入了条件建模，使模型存在导数不连续性。各类基元反应速率常数的大小存在着数量级的差异，导致动态系统具有较高的刚性。面向分子量分布的动态模拟与优化研究是近年来工业界和学术界都在努力探索的难点研究方向。本项目拟将模块分解、变步长计算、前馈与反馈思想、大规模优化算法和GPU并行计算等方法与聚合反应过程特性进行有效融合，研究分子量分布的动态模拟与质量优化，形成对生产装置具有指导意义的应用基础理论和方法。

分子量分布是表征聚合物产品质量的重要指标。通过改变聚合反应的操作条件可以在同一装置上生产出不同性能的聚合物。不同的聚合物具有不同的分子量分布。面向分子量分布模型的聚合反应过程模拟与优化研究可以帮助企业生产高性能、高附加值的牌号产品，对提高国有化工企业的市场竞争力具有重要作用。典型聚合物的分子量分布是一个维数高达十的五次方数量级的矢量，导致机理模型的超大规模特征，给工程优化带来了一些新的数值计算科学上的挑战。本项目将模块分解、变步长计算、并行计算等方法与聚合反应过程特性进行了有效融合，提出了面向分子量分布的快速动态模拟方法。基于全联立机理模型，系统性地建立了分子量分布的参数估计、优化设计、牌号切换动态优化的新方法。上述方法应用于乙烯淤浆聚合生产过程，形成了对装置生产具有指导意义的应用基础理论与技术方法。