聚合過程模擬與優(yōu)化：基于Polymer

1 緒論

1.1 聚合過程流程模擬簡介

1.2 聚合過程的建模方法

1.3 聚合物流程模擬與優(yōu)化應用實例介紹

1.4 我國開展聚合過程模擬與優(yōu)化的意義

2 Aspen Plus使用初步介紹

2.1 Aspen Plus模擬的一般步驟

2.2 圖形界面

2.3 示例

2.3.1 苯乙烯的生產工藝和流程圖

2.3.2 打開Aspen Plus

2.3.3 選擇運行類型

2.3.4 建立空白模擬文件

2.3.5 創(chuàng)建流程

2.3.6 規(guī)定計算的全局信息

2.3.7 規(guī)定組分

2.3.8 選擇物性方法

2.3.9 輸入流股規(guī)定

2.3.10 輸入模塊規(guī)定

2.3.11 運行模型

2.3.12 查看運行結果

2.3.13 模型的驗證與分析

2.3.14 模擬所對應的Input文件

2.3.15 工程提示

3 聚合物的計算機表示

3.1 聚合物體系的分子組成

3.2 聚合物的鏈段表示

3.2.1 鏈段的基本概念

3.2.2 鏈段的種類

3.2.3 鏈段的命名

3.2.4 鏈段數據庫

3.3 聚合物的結構性質

3.3.1 聚合物的矩

3.3.2 聚合度

3.3.3 平均分子量

3.4 低聚物

3.5 計算舉例

3.6 敏感性分析

4 自由基聚合的模擬

4.1 基本知識

4.2 自由基聚合反應動力學的建模

4.3 凝膠效應

4.4 動力學反應組的定義

4.5 聚合物屬性的計算

4.6 聚苯乙烯的模擬

4.6.1 模型運行和計算結果

4.6.2 模型分析

5 離子聚合的模擬

5.1 離子聚合反應動力學的建模

5.1.1 活性中心生成反應

5.1.2 鏈引發(fā)反應

5.1.3 鏈增長反應

5.1.4 締合反應

5.1.5 離子交換反應

5.1.6 活性種電離

5.1.7 鏈轉移反應

5.1.8 鏈終止反應

5.2 離子聚合反應的定義

5.3 離子聚合物屬性的計算

5.4 SBS聚合工序的模擬

5.4.1 SBS簡介

5.4.2 模擬流程

5.4.3 組分與進料

5.4.4 物性和相平衡

5.4.5 聚合動力學

5.4.6 反應器的操作

5.4.7 模型結果和結論

6 配位聚合的模擬

6.1 Z-N聚合的特點

6.2 Z-N聚合動力學簡介

6.3 多活性中心數據解析

6.4 乙烯淤漿聚合熱力學參數的回歸

6.4.1 Sanchez-Lacombe狀態(tài)方程

6.4.2 HDPE聚乙烯SL狀態(tài)參數的回歸

6.5 聚合物本體物性的計算

6.5.1 液相摩爾體積(密度)的計算

6.5.2 Van Krevelen液相摩爾體積模型

6.5.3 Tait模型

6.5.4 混合物的液相摩爾體積

6.5.5 熔體流動速率(MFR)的預測

6.5.6 Bremnei-Rudin熱塑性塑料模型

6.5.7 Quaekenbos關系式

6.5.8 用戶的經驗關系式及其實現(xiàn)

6.6 LLDPE的模擬計算

6.6.1 流程和工藝描述

6.6.2 組分

6.6.3 Properties——物性方法

6.6.4 主要單元的操作條件

6.6.5 聚合動力學機理和參數估計方法

6.6.6 單中心反應動力學模型

6.6.7 GPC曲線的解析

6.6.8 多中心反應動力學模型

6.6.9 收斂算法

6.6.10 全流程模擬

6.6.11 數據回顧和一致性檢驗

6.6.12 模型的應用

7 逐步聚合的模擬

7.1 逐步聚合反應動力學機理

7.2 逐步聚合反應動力學建模

7.3 聚合物非隨機二液相活度系數模型(PolyNRTL)

7.4 PET三釜聚合工藝的模擬

7.4.1 生產工藝流程簡介

7.4.2 組分的定義

7.4.3 定義聚合物

7.4.4 定義低聚物

7.4.5 流股數據

7.4.6 單元操作數據

7.4.7 物性和相平衡

7.4.8 聚合動力學

7.4.9 計算結果

7.4.10 產品性質——特性黏度的建模

7.4.11 模型應用

8 附錄

8.1 Segment數據庫中整理的鏈段列表

8.2 模擬文獻

8.2.1 一般性文獻

8.2.2 乳液聚合的文獻

8.2.3 懸浮聚合的文獻

8.2.4 離子聚合的文獻

8.2.5 聚烯烴的文獻

8.2.6 逐步聚合模擬的文獻

8.2.7 聚合物熱力學的文獻

8.2.8 其他

參考文獻

Polymer Plus是Aspen Tech公司在20世紀90年代推出的主要產品之一，是Aspen Teeh公司聚合物工業(yè)解決方案的重要組成部分。它提出了一套以鏈段為特征的聚合物識別方法；能對自由基均相、懸浮及乳液聚合、離子聚合、Ziegler-Natta聚合、縮聚等動力學模擬；包含了一個完善的聚合物、單體、鏈段、官能團的物性數據庫和大量物性及動力學計算模型；可對部分使用性能，如t、熔融流動速率（流動性）進行預測。

本書基于Aspen Tech公司的聚合物流程模擬軟件Polymer Plus，介紹聚合反應動力學機理的建模、相平衡的計算、最終性質的預測以及聚合過程的模擬與優(yōu)化的方法。

本書按聚合反應機理來進行組織，為了讀者學習的方便，在第2章增加了Aspen Plus軟件使用指南；第3章對流程模擬中聚合物的數字表示方法進行了說明，定義了一系列聚合物的結構屬性，并用一個簡單的實例說明了Polymer Plus建模的基本方法和步驟；第4章對Polymer Plus中內置的自由基聚合反應動力學建模進行了詳細的介紹，并用聚苯乙烯的例子加以說明；第5章對離子聚合反應動力學建模進行了介紹，以SBS為例介紹了間歇聚合過程的模擬；第6章對Ziegler-Natta聚合反應動力學進行了介紹，并以乙烯/聚乙烯的相平衡參數求取為例，說明了參數估計方法；以LLDPE的聚合過程為例，詳細說明了Zie-gler-Natta聚合過程中多活性中心的建模方法。此外，還簡單介紹了聚合物最終性質——熔融指數的預測方法；第7章對逐步聚合反應動力學建模進行了簡單介紹，并詳細解析了Pol-ymer Plus中逐步聚合建模的步驟和內在的化學原理。并以聚酯生產的簡化模型為例進行了說明。在建模中，對相平衡計算的活度系數模型進行了簡單介紹，最后再次對特性黏度、熔融指數的預測進行了說明。

本書由北京石油化工學院顧凱、黃繼紅編寫。筆者在Polymer Plus的學習中得到了美國弗吉尼亞理工學院暨州立大學化工系劉裔安教授的指導。在學習和教學及工業(yè)實踐中，得到了中國石油化工有限公司科技開發(fā)部、燕山仿真培訓中心和石化盈科信息技術有限公司的支持，在此表示感謝！

限于筆者業(yè)務活動范圍和學識水平，書中必有許多不盡如人意之處，誤漏之處在所難免，敬請讀者不吝賜教和指正。2100433B

《聚合過程模擬與優(yōu)化:基于Polymer Plus》是基于Aspen Tech公司的聚合物流程模擬軟件Polymer Plus來介紹聚合過程的模擬與優(yōu)化的方法。全書共分為八部分。分別是：聚合過程流程模擬總論、Aspen Plus使用初步介紹、聚合物的計算機表示、自由基聚合的模擬、離子聚合的模擬、配位聚合的模擬、逐步聚合的模擬以及附錄。《聚合過程模擬與優(yōu)化:基于Polymer Plus》按聚合反應機理來進行組織，并結合工業(yè)大宗高分子樹脂的聚合過程的建模與優(yōu)化過程進行了詳細的說明，對模型的工業(yè)應用進行了初步的介紹?！毒酆线^程模擬與優(yōu)化:基于Polymer Plus》可作為高等院校高分子化工、高分子材料與工程、化學工程與工藝等專業(yè)的本科生教材，也可供相關行業(yè)的工程技術人員參考。

《聚合過程模擬與優(yōu)化:基于Polymer Plus》：高等學校教材。

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本課題圍繞基于過程的城市建筑三維建模技術開展理論方法和關鍵技術研究工作，重點開展了基于單張圖像的建筑物組件重復性檢測與幾何過程建模技術，基于圖像集的建筑建模、組件幾何和反射屬性建模技術，基于GIS數據的城市虛擬場景快速建模技術與工具等研究工作。 在基于單張圖像的建筑物過程建模技術方面，研究了針對單張圖像建筑物重復性組件的檢測算法、建筑規(guī)則和組件生成算法。從分割的單張圖像中自動生成三維建筑組件、建筑規(guī)則及三維建筑模型。通過簡單的人工交互可以生成風格相同、形狀可變的三維建筑模型。在基于圖像集的建筑建模技術方面，以未標定數碼相機拍攝的建筑物多幅照片為輸入，提出了一系列算法，研究了建筑物三維點云數據的恢復與分割、建筑物組件重復性檢測、建筑物前后層結構自動提取等技術，能夠全自動的重構出逼真度較高的建筑物三維模型。在基于圖像集的建筑物組件幾何和反射屬性建模技術方面，研究了基于本征圖像分解的建筑物組件材質反射屬性建模技術、基于徑向基函數的逐像素組件深度插值算法，從而構建出可重光照的建筑物組件模型。在基于GIS數據和過程建模技術的城市場景快速建模方面，通過解析地理信息數據，提取地圖數據中的建筑位置和朝向信息，結合本課題已研究的單個建筑建模方法生成的建筑模型, 快速生成城市局部區(qū)域的三維場景，研制了場景建模工具原型系統(tǒng)。 在本項目資助下，發(fā)表論文10篇（SCI檢索2篇、EI檢索4篇）、專利申請2項、專利授權2項，其中8篇文章發(fā)表在《Computers & Graphics》、《The Visual Computer》、《Computer Graphics Forum》、Graphics Interface (GI2013)、Pacific Graphics (PG2013)、Eurographics Symposium on Geometry Processing (SGP2014)，Asian Conference on Computer Vision (ACCV2014)， IEEE International Conference on Image Processing (ICIP2015)等CCF推薦國際B類、C類期刊與會議上。項目負責人獲2013年教育部技術發(fā)明一等獎1項，排名第7（總發(fā)明人數為9），并晉升副教授。3名碩士在本項目資助下完成畢業(yè)論文，2名博士基本完成論文。 2100433B