聚丙烯合成工艺参数对产量的影响分析

1目录引言.................................................21工艺流程...........................................32数据来源...........................................33分析方法...........................................44数据分析讨论......................................44.1聚丙烯装置前期生产数据的分组.....................44.2分组样本数据的图形分析........................65结果与讨论.........................................76结语..............................................132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，设计专门的作图软件，在按釜产量≥124袋和釜产量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，通过比较找出各变量对釜产量高低的影响，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。TheimpactanalysisontheyieldofpolypropylenesynthesisprocessparametersQiaoLujiangChemistryandChemicalInstitute,EnvironmentEngineeringSpecialField,Grade2007Instructor:ZhangYuntaoAbstract:Polypropyleneplantreactoryield(bags)forthetarget,themainprocessparametersaffectthetargetvariable,withmatlabplatform,designedspecificallyforthemappingsoftware,theoutputof≥124byautoclavebagandautoclaveyield124bagsofapolypropyleneproductionunitofthepre-productiondataareclassifiedusingthegraphicaldisplayanalysistoidentifythevariablesbycomparingthelevelofproductionofreactor,whichcouldaffecttheproductionprocessofthedeviceparameterinformation,providinghelptoimprovetheyieldofasinglereactorofanalysisusedtoguideproduction.Keywords:Polypropylene;Processparameters;effect;Matlab;Boxplot.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。3在聚丙烯生产[2]过程中，有很多过程参数，对这些过程参数的控制直接或间接地影响着最终的产率，为了提产率，必须将过程参数控制在比较适宜的范围，即最优工艺指标内。为了找出各过程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1-12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个过程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、4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：5图4-14.1.2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：①a=find(B(12,:)=124)a=7131618233941435361697981879399101b=B(12,a)b=124127124125124125124126126124126124124124124125124②c=find(B(12,:)124)c=123456891011121415171920212224252627282930313233343536373840424445464748495051525455565758596062636465666768707172737475767778808283848586888990919294959697981001021031041051061071081096d=B(12,c)d=123120118117120120121120120119120120122123123117120119123119118120121105122121123121121117118112120120121120120122121121122122119123121120123120122119123122122120122122123117123116122123123120120121123123122122123119119123122123119122122119118119123123120121120120123121122122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：functionnput(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')switchicase1ylabel('顶部温度1')case2ylabel('顶部温度2')7case3ylabel('顶部压力1')case4ylabel('顶部压力2')case5ylabel('升温时间')case6ylabel('升压时间')case7ylabel('稳压时间')case8ylabel('稳压均值')case9ylabel('回收釜压')case10ylabel('总反应时间')case11ylabel('升温梯度')endsubplot(1,2,2);Boxplot(D(i,:));xlabel('B组')ylabel('')i=i+1;end5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组的对比结果如下：8图5-1A组与B组反应釜的顶部温度2略有差异，A组的顶部压力1主要集中在46.784℃到51.885℃之间，中值约为48.132℃，B组的主要集中在45.960℃至50.553℃之间，中值约为47.998℃，见图5-1。图5-2A组与B组反应釜的顶部压力2相差很明显，A组的顶部压力2主要集中在2.450Mpa至2.622Mpa之间，中值约为2.560Mpa，B组的主要集中在2.298Mpa至2.533Mpa之间，中值约为2.421Mpa，见图5-2。9图5-3A组与B组反应釜的升温时间相差有点明显，A组的顶部压力2主要集中在11.91min至14.03min之间，中值约为12.80min，B组的主要集中在10.52min至14.01min之间，中值约为12.01min，见图5-3。图5-4A组与B组反应釜的升压时间相差很大，A组的升压时间主要集中在30.20min至38.00min之间，中值约为35.80min，B组的主要集中在36.50min至46.80min之间，中值约为40.70min，见图5-410图5-5A组与B组反应釜的稳压时间略有相差，A组的升压时间主要集中在111.00min至133.00min之间，中值约为120.50min，B组的主要集中在108.00min至130.50min之间，中值约为117.50min，见图5-5图5-6A组与B组反应釜的稳压均值略有差异，A组的升压时间主要集中在3.2960Mpa至3.408Mpa之间，中值约为3.360Mpa，B组的主要集中在3.321Mpa至3.402Mpa之间，中值约为3.352Mpa，见图5-611图7A组与B组反应釜的回收釜压相差明显，A组的升压时