一種工業(yè)生產(chǎn)條件下聚烯烴分子量分布快速建模方法
【專利摘要】本發(fā)明涉及一種工業(yè)生產(chǎn)條件下聚烯烴分子量分布的快速建模方法，該方法選取影響聚合物產(chǎn)品分子量分布的若干過程關(guān)鍵操作變量作為輸入變量，表征分子量分布的若干參數(shù)作為輸出變量，建立輸入變量和輸出變量之間的數(shù)據(jù)模型，核心技術(shù)為利用烯烴聚合過程催化劑各活性位上參數(shù)化分布函數(shù)加權(quán)疊加擬合產(chǎn)品的分子量分布，并由支持向量機(jī)算法建立催化劑各活性位的分布函數(shù)參數(shù)與過程關(guān)鍵操作之間的數(shù)據(jù)模型。本發(fā)明的方法避開了復(fù)雜的過程機(jī)理分析，現(xiàn)場實(shí)施方便，測量精度高，尤其適用于非線性、高維且過程數(shù)據(jù)非常豐富的工業(yè)場合；本發(fā)明可用于實(shí)時(shí)監(jiān)控或指導(dǎo)實(shí)際生產(chǎn)，能使產(chǎn)品質(zhì)量提高、產(chǎn)量增加、裝置運(yùn)行平穩(wěn)，帶來較大的經(jīng)濟(jì)效益。
【專利說明】一種工業(yè)生產(chǎn)條件下聚烯烴分子量分布快速建模方法

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明涉及工業(yè)生產(chǎn)條件下烯烴聚合反應(yīng)產(chǎn)物分子量分布的建模方法，尤其涉及 聚乙烯產(chǎn)品分子量分布的建模方法。

【背景技術(shù)】
[0002] 聚合物的分子量分布（Molecular Weight Distribution)是與材料的物理性能及 加工性能密切相關(guān)的一個(gè)指標(biāo)，當(dāng)分子量分布達(dá)到一定要求時(shí)，才能使材料表現(xiàn)出應(yīng)有的 性能。因而，聚合物的分子量分布是衡量材料質(zhì)量特征的一個(gè)重要指標(biāo)。
[0003] 對烯烴聚合反應(yīng)分子量分布的建模通?？刹捎没谧杂苫酆戏磻?yīng)機(jī)理、矩方程 法理論以及分布函數(shù)的機(jī)理建模方法。然而，由于聚合反應(yīng)機(jī)理的復(fù)雜性和多樣性，機(jī)理模 型建模繁瑣、規(guī)模龐大、結(jié)構(gòu)復(fù)雜，在實(shí)際應(yīng)用中計(jì)算速度慢且不能全面反映復(fù)雜工業(yè)反應(yīng) 過程的實(shí)際分子量分布情況。將數(shù)據(jù)建模方法應(yīng)用到分子量分布建模，一方面可以利用數(shù) 據(jù)模型的擬合功能彌補(bǔ)機(jī)理模型中缺陷的部分，如模型部分反應(yīng)機(jī)理不明確、反應(yīng)參數(shù)未 知、抗噪聲擾動(dòng)能力弱等問題，另一方面可以降低模型的復(fù)雜度，提高模型的求解速度，提 供更適用于在線控制的模型。劉劍峰等提出利用克里金插值方法獲得基于數(shù)據(jù)的分子量分 布模型。吳海燕等基于改進(jìn)的神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)模型，利用輸出反饋方法對分子量分布矩向量進(jìn)行 控制，實(shí)現(xiàn)對分子量分布的形狀跟蹤。然而上述建模方法是通過建立分子鏈長與相應(yīng)鏈長 下分子量比重值之間的模型，估算各鏈長下的分子量比重值來描述分子量分布。聚合物分 子鏈長大于1〇 5數(shù)量級，因此建立的模型結(jié)構(gòu)復(fù)雜，求解速度慢。本發(fā)明基于聚合物的分子 量分布能由催化劑各活性位的參數(shù)化分布函數(shù)加權(quán)疊加擬合的特性，利用分布函數(shù)的參數(shù) 表征分子量分布，完成工業(yè)生產(chǎn)條件下聚烯烴產(chǎn)品分子量分布的快速建模。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0004] 本發(fā)明是針對烯烴聚合反應(yīng)產(chǎn)物分子量分布機(jī)理模型過于復(fù)雜而難以應(yīng)用于現(xiàn) 場控制的場合，提出的一種解決方案，即，提供一種結(jié)合烯烴聚合反應(yīng)機(jī)理與數(shù)據(jù)建模方法 的在工業(yè)生產(chǎn)條件下分子量分布的快速建模方法。
[0005] 本發(fā)明的目的是通過以下技術(shù)方案和步驟來實(shí)現(xiàn)的：
[0006] 一種工業(yè)生產(chǎn)條件下聚烯烴分子量分布的快速建模方法，包括如下步驟：
[0007] (1)以反應(yīng)器溫度T、反應(yīng)器壓力P、單體進(jìn)料量f。和氫氣進(jìn)料量fH為輸入變量， 組合構(gòu)成的數(shù)據(jù)模型輸入變量X為：X=[T P f。fH];
[0008] (2)利用烯烴聚合過程產(chǎn)品分子量分布由催化劑各活性位的參數(shù)化分布函數(shù)加權(quán) 疊加擬合的特性，通過催化劑各活性位的分布函數(shù)參數(shù)表征產(chǎn)品分子量分布，選擇催化劑 各活性位的分布函數(shù)參數(shù)作為數(shù)據(jù)模型的輸出變量Y ;
[0009] 以催化劑各活性位分布函數(shù)參數(shù)f為輸出變量，其中，j = 1…n，n為催化劑的活 性位個(gè)數(shù)；組合構(gòu)成的數(shù)據(jù)模型輸出變量Y為：Y= [P1···?11];
[0010] (3)在工業(yè)生產(chǎn)穩(wěn)定的情況下，從工業(yè)現(xiàn)場的歷史數(shù)據(jù)庫中采集生產(chǎn)過程中主要 反應(yīng)器的相關(guān)操作變量，記為Xi，i = 1，2... NN ;采集多組不同工業(yè)生產(chǎn)條件的數(shù)據(jù)；
[0011] (4)為得到數(shù)據(jù)模型的輸出變量Y，進(jìn)行如下步驟：
[0012] a.利用高溫凝膠色譜儀得到不同工況下的聚烯烴的分子量分布數(shù)據(jù)；假設(shè)聚烯 烴每一個(gè)活性位產(chǎn)生的最可能分子量分布可用下式表示：
[0013] wJ (m) = (pJ) 2mexp (-pJm)
[0014] 其中W(m)表示鏈長m的聚合物在第j個(gè)活性位生產(chǎn)的聚合物中所占的比重，pj 是與活性位j對應(yīng)的參數(shù)。聚合物的分子量分布可以表示為：
[0015]

【權(quán)利要求】
1. 一種工業(yè)生產(chǎn)條件下聚烯烴分子量分布的快速建模方法，其特征在于，包括如下步 驟： (1) 以反應(yīng)器溫度T、反應(yīng)器壓力P、單體進(jìn)料量f。和氫氣進(jìn)料量fH為輸入變量，組合 構(gòu)成的數(shù)據(jù)模型輸入變量X為：X=[T P f。fH]; (2) 以催化劑各活性位分布函數(shù)參數(shù)f為輸出變量，其中，j = 1…η，η為催化劑的活 性位個(gè)數(shù)；組合構(gòu)成的數(shù)據(jù)模型輸出變量Υ為：Υ= [Ρ1···?11]; (3) 在工業(yè)生產(chǎn)穩(wěn)定的情況下，從工業(yè)現(xiàn)場的歷史數(shù)據(jù)庫中采集生產(chǎn)過程中主要反應(yīng) 器的相關(guān)操作變量，記為Xi，i = 1，2... ΝΝ ;采集多組不同工業(yè)生產(chǎn)條件的數(shù)據(jù)； (4) 利用高溫凝膠色譜儀分析相應(yīng)工況下的聚烯烴的分子量分布數(shù)據(jù)。利用烯烴聚合 過程催化劑多個(gè)活性位的分布函數(shù)加權(quán)疊加的方式擬合分子量分布曲線，并將不同工業(yè)生 產(chǎn)條件下催化劑各活性位分布函數(shù)參數(shù)構(gòu)成數(shù)據(jù)模型的輸出變量￥ 1 = [ρ/···?^]^ = 1··· NN ； (5) 由數(shù)據(jù)模型的樣本集％，YJ，i = 1，2. . . NN構(gòu)成建模樣本矩陣XX和YY ; (6) 對建模樣本矩陣XX和YY進(jìn)行標(biāo)準(zhǔn)化、歸一化處理，使得各變量均值為0、方差為1， 得到歸一化的建模樣本矩陣X〇和Y〇,其中Y〇 = [Yc/…Υ〇η]; (7) 以\為輸入變量矩陣、I為輸出變量矩陣，分別對η個(gè)支持向量機(jī)進(jìn)行訓(xùn)練， 得到支持向量機(jī)回歸的決策函數(shù)戶和對應(yīng)的支持向量，支持向量機(jī)訓(xùn)練中的參數(shù)集為 (C\ σ ;其中，j = 1···η ; (8) 在線運(yùn)行情況下，每次得到新的相關(guān)操作測量值，進(jìn)行標(biāo)準(zhǔn)化、歸一化處理后，利 用所述支持向量機(jī)回歸的決策函數(shù)f"和對應(yīng)的支持向量進(jìn)行預(yù)測計(jì)算，并把預(yù)測結(jié)果 盧C/ = l··./!)進(jìn)行逆標(biāo)準(zhǔn)化、逆歸一化處理，將處理后的結(jié)果分別作為分布函數(shù)參數(shù)代入假 設(shè)的催化劑各活性位分布函數(shù)，再由催化劑各活性位分布函數(shù)與對應(yīng)權(quán)重參數(shù)線性組合得 到所述聚烯烴分子量分布的數(shù)據(jù)。
2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的快速建模方法，其特征在于，所述步驟（4)中，輸出變量的選 擇是不同工業(yè)生產(chǎn)條件下催化劑各活性位分布函數(shù)參數(shù)，由這些參數(shù)和假設(shè)的分布函數(shù)形 式表征分子量分布。
3. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的快速建模方法，其特征在于，所述步驟（5)中，由建模樣本集 (Xi，Yi)所構(gòu)成的建模樣本矩陣為：
其中，Xi是數(shù)據(jù)模型輸入變量X的第i個(gè)樣本點(diǎn)的樣本值，Yi是數(shù)據(jù)模型輸出變量Y的 第i個(gè)樣本點(diǎn)的樣本值，NN是建模樣本集中的樣本點(diǎn)數(shù)，其取值500到1000之間。
4. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的快速建模方法，其特征在于，所述步驟￠)中，對建模樣本矩 陣XX和YY進(jìn)行標(biāo)準(zhǔn)化、歸一化處理時(shí)，所采用的具體公式為： 均值計(jì)算
方差計(jì)算
歸一化計(jì)算
式中，
分別是對應(yīng)于XX和YY的均值和方差，其中
σ yy = [ 〇 yy1…〇 γγη]。按比例將建模樣本矩陣中NN個(gè)樣本點(diǎn)采樣數(shù)據(jù)分成訓(xùn)練樣本和測 試樣本，則得到由訓(xùn)練樣本構(gòu)成的輸入矩陣χ〇和輸出矩陣Υ〇,其中Υ〇 = [Υο1…Υ〇η]。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的快速建模方法，其特征在于，所述步驟（8)中，將支 持向量機(jī)模型預(yù)測的結(jié)果F進(jìn)行逆標(biāo)準(zhǔn)化、逆歸一化處理時(shí)，采用的具體公式為：
式中，
是前面進(jìn)行標(biāo)準(zhǔn)化、歸一化時(shí)的均值和方差。
【文檔編號(hào)】G06F19/00GK104112082SQ201410382446
【公開日】2014年10月22日 申請日期:2014年8月6日 優(yōu)先權(quán)日:2014年8月6日
【發(fā)明者】錢鋒, 羅娜, 田洲, 葉貞成, 趙亮 申請人:華東理工大學(xué)