專(zhuān)利名稱(chēng)：自由基聚合物分子量分布操作條件優(yōu)化方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及高分子自由基聚合分子量分布的操作條件優(yōu)化方法，尤其涉及一種自 由基聚合物分子量分布操作條件優(yōu)化方法。
背景技術(shù)：
自由基聚合物產(chǎn)品的使用性能和加工性能由聚合物的分子量分布曲線(xiàn)決定，反應(yīng) 物的利用率主要由反應(yīng)物轉(zhuǎn)化率指標(biāo)決定?，F(xiàn)有的自由基聚合機(jī)理模型的模擬可以很好 吻合實(shí)際的反應(yīng)過(guò)程。在模擬優(yōu)化中，通過(guò)給定分子量分布曲線(xiàn)可以確定最終產(chǎn)品的使用 性能及加工性能，此時(shí)根據(jù)最大化反應(yīng)物轉(zhuǎn)化率的目標(biāo)來(lái)得到符合給定的分子量分布曲線(xiàn) 的反應(yīng)操作條件，可以為實(shí)際的工業(yè)生產(chǎn)提供指導(dǎo)。由于自由基聚合反應(yīng)模型維度巨大( IO5 口 IO6 )，模擬困難，通過(guò)引入序貫法(見(jiàn)《自由基聚合產(chǎn)品設(shè)計(jì)及分子量分布大規(guī)模計(jì)算 研究》馮劍一(碩士畢業(yè)論文))，實(shí)現(xiàn)全鏈長(zhǎng)范圍的分子量分布模擬，這為給定分子量分 布條件下的操作條件優(yōu)化提供了可能，在工業(yè)生產(chǎn)中，對(duì)于給定分子量分布的操作條件優(yōu) 化在產(chǎn)品設(shè)計(jì)，離線(xiàn)優(yōu)化方面具備廣闊的前景。動(dòng)態(tài)優(yōu)化一般方法有同時(shí)聯(lián)立法，序貫求解法，變分法。對(duì)于超大規(guī)模模型的動(dòng)態(tài) 優(yōu)化求解策略，采取控制變量離散化方法，將時(shí)間域上的隨時(shí)間變化的變量值離散為時(shí)間 區(qū)間的代數(shù)表達(dá)式，從而將微分變量離散為時(shí)間域上的代數(shù)變量，求解變換后的非線(xiàn)性代 數(shù)優(yōu)化問(wèn)題。需要自由基聚合反應(yīng)模型提供模擬的結(jié)果作為優(yōu)化命題的目標(biāo)和約束。自由基聚合反應(yīng)模型由規(guī)模為IO5CHO6的微分代數(shù)方程組描述。其中包含了反應(yīng) 速率系數(shù)動(dòng)態(tài)變化模型，采用同時(shí)聯(lián)立求解法例如五步后向差分法求解會(huì)出現(xiàn)物理內(nèi)存過(guò) 小從而使得計(jì)算的最大鏈長(zhǎng)值過(guò)小(Dell 2G機(jī)器求解最大鏈長(zhǎng)為7327)，無(wú)法表征完整的 分子量分布曲線(xiàn)。通過(guò)變步長(zhǎng)多尺度變量解耦序貫方法(見(jiàn)《自由基聚合產(chǎn)品設(shè)計(jì)及分子量 分布大規(guī)模計(jì)算研究》馮劍——(碩士畢業(yè)論文))，實(shí)現(xiàn)基于自由基聚合反應(yīng)模型的分子量 分布模擬，鏈長(zhǎng)可以達(dá)到IO5 ,描述整個(gè)分子量分布狀況。從而可以為優(yōu)化提供分子量分布 的信息。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是針對(duì)自由基聚合反應(yīng)分子量分布操作條件優(yōu)化的應(yīng)用場(chǎng)景，提供 一種自由基聚合物分子量分布操作條件優(yōu)化方法。自由基聚合物分子量分布操作條件優(yōu)化方法是在已知聚合物分子量分布曲 線(xiàn)_條件下，選取曲線(xiàn)中的特征點(diǎn)聚合物分子量濃度最大的鏈長(zhǎng)點(diǎn)，聚合物分子量 濃度為最大聚合物分子量濃度一半的鏈長(zhǎng)點(diǎn)，以這三個(gè)特征點(diǎn)的聚合物分子量濃度值 MWDiiI = 1,2,3作為約束，以單體轉(zhuǎn)化率X作為優(yōu)化目標(biāo)，求解符合聚合物分子量分布曲
線(xiàn)的操作條件反應(yīng)時(shí)間和反應(yīng)溫度；給定一個(gè)隨機(jī)初始溫度~和反應(yīng)時(shí)間&作為控制變量，通過(guò)控制變量的離散化，調(diào)用序列二次規(guī)劃算法求解優(yōu)化命題；自由基聚合反應(yīng)模型通 過(guò)解耦方式分解為小規(guī)模自由基聚合反應(yīng)模型和大規(guī)模自由基聚合反應(yīng)模型，通過(guò)變步長(zhǎng)變 階次后向差分方法求解小規(guī)模自由基聚合反應(yīng)模型，得到單體轉(zhuǎn)化率X和反應(yīng)速率系數(shù)在時(shí) 間離散點(diǎn)的數(shù)值，單體轉(zhuǎn)化率X作為優(yōu)化目標(biāo)值；將各離散時(shí)間點(diǎn)的反應(yīng)速率系數(shù)代入自由 基聚合反應(yīng)模型，變求解自由基聚合反應(yīng)模型為大規(guī)模自由基聚合反應(yīng)模型，通過(guò)序貫法求 解大規(guī)模自由基聚合反應(yīng)模型得到聚合物分子量分布曲線(xiàn)，特征點(diǎn)的分子量濃度值作為約
束方程值；目標(biāo)函數(shù)和約束方程導(dǎo)數(shù)值由差動(dòng)方式提供，設(shè)置擾動(dòng)量？；厶，以差分形式求出 導(dǎo)數(shù)值，序列二次規(guī)劃算法根據(jù)目標(biāo)函數(shù)和約束方程函數(shù)值及導(dǎo)數(shù)值決定下一步尋優(yōu)方向及
步長(zhǎng)，并判斷下一步迭代點(diǎn)是否滿(mǎn)足收斂條件，若收斂，返回最優(yōu)解(7/々)，以最優(yōu)解(7/4)
作為初值計(jì)算自由基聚合反應(yīng)模型聚合物分子量分布曲線(xiàn)
權(quán)利要求
1. 一種自由基聚合物分子量分布操作條件優(yōu)化方法，其特征在于在已知聚合物分子 量分布曲線(xiàn)胃條件下，選取曲線(xiàn)中的特征點(diǎn)聚合物分子量濃度最大的鏈長(zhǎng)點(diǎn)，聚合物 分子量濃度為最大聚合物分子量濃度一半的鏈長(zhǎng)點(diǎn)，以這三個(gè)特征點(diǎn)的聚合物分子量濃度 值= 1, 3作為約束，以單體轉(zhuǎn)化率X作為優(yōu)化目標(biāo)，求解符合聚合物分子量分布曲線(xiàn)的操作條件反應(yīng)時(shí)間和反應(yīng)溫度；給定一個(gè)隨機(jī)初始溫度，和反應(yīng)時(shí)間6作為控制變量，通過(guò)控制變量的離散化，調(diào)用序列二次規(guī)劃算法求解優(yōu)化命題；自由基聚合反應(yīng)模型通 過(guò)解耦方式分解為小規(guī)模自由基聚合反應(yīng)模型和大規(guī)模自由基聚合反應(yīng)模型，通過(guò)變步長(zhǎng) 變階次后向差分方法求解小規(guī)模自由基聚合反應(yīng)模型，得到單體轉(zhuǎn)化率X和反應(yīng)速率系數(shù) 在時(shí)間離散點(diǎn)的數(shù)值，單體轉(zhuǎn)化率X作為優(yōu)化目標(biāo)值；將各離散時(shí)間點(diǎn)的反應(yīng)速率系數(shù)代 入自由基聚合反應(yīng)模型，變求解自由基聚合反應(yīng)模型為大規(guī)模自由基聚合反應(yīng)模型，通過(guò) 序貫法求解大規(guī)模自由基聚合反應(yīng)模型得到聚合物分子量分布曲線(xiàn)，特征點(diǎn)的分子量濃度值作為約束方程值；目標(biāo)函數(shù)和約束方程導(dǎo)數(shù)值由差動(dòng)方式提供，設(shè)置擾動(dòng)量？IA，以差分形式求出導(dǎo)數(shù)值，序列二次規(guī)劃算法根據(jù)目標(biāo)函數(shù)和約束方程函數(shù)值及導(dǎo)數(shù)值決定下一步尋優(yōu)方向及步長(zhǎng)，并判斷下一步迭代點(diǎn)是否滿(mǎn)足收斂條件，若收斂，返回最優(yōu)解而)，以最優(yōu)解(7>而)作為初值計(jì)算自由基聚合反應(yīng)模型聚合物分子量分布曲線(xiàn)MfD ,并計(jì)算與給定的聚合物分子量分布曲線(xiàn)_誤差分布曲線(xiàn)b I，2,···,Ctsx ,若max^}，！ =1,2"·,C^ffi在-5%至5%之間，則認(rèn)為最終的產(chǎn)品符合給定聚合物性能要求，否則產(chǎn)生新的一組初值重新開(kāi)始優(yōu)化，直至最后得到的誤差曲線(xiàn)均在-5% 至5%之間；若求解不收斂，返回改變初值重新優(yōu)化，得到優(yōu)化后的操作條件； 方法具體步驟如下1)讀取聚合物分子量分布曲線(xiàn)_數(shù)據(jù)，找出聚合物分子量濃度最大的鏈長(zhǎng)點(diǎn)‘，得到鏈長(zhǎng)點(diǎn) 對(duì)應(yīng)的聚合物分子量濃度；找出聚合物分子量濃度為鏈長(zhǎng)&對(duì)應(yīng)的聚合物分子量濃度—半的鏈長(zhǎng)點(diǎn)，得到鏈長(zhǎng)點(diǎn)‘4·對(duì)應(yīng)的聚合物分子量濃度MWDiMm.,以這三個(gè)鏈長(zhǎng)點(diǎn)的聚合物分子量濃度作為優(yōu)化命題的不等式約束，令-力 反應(yīng)溫度，t為反應(yīng)時(shí)間，使?jié)M足
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種自由基聚合物分子量分布操作條件優(yōu)化方法， 其特征在于所述的聚合物為由單一單體連鎖聚合反應(yīng)，以自由基為活性中心生成的聚合物。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種自由基聚合物分子量分布操作條件優(yōu)化方法，其特征在 于所述的變求解自由基聚合反應(yīng)模型為大規(guī)模自由基聚合反應(yīng)模型為
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種自由基聚合物分子量分布操作條件優(yōu)化方法，其特征 在于所述的通過(guò)序貫法求解大規(guī)模自由基聚合反應(yīng)模型得到聚合物分子量分布曲線(xiàn)為大規(guī)模自由基聚合反應(yīng)模型未知量為自由基《4 = 2，···,C^ax,和聚合物巧3 = -,C^mx, ,以乓為一組計(jì)算單元，先計(jì)算蔦,馬，按鏈長(zhǎng)增長(zhǎng)方向依次計(jì)算蔦,召，《,乓直至
全文摘要
本發(fā)明公開(kāi)了一種自由基聚合物分子量分布操作條件優(yōu)化方法。本發(fā)明對(duì)于自由基聚合模型，以給定的分子量分布曲線(xiàn)作為產(chǎn)品指標(biāo)，在滿(mǎn)足產(chǎn)品指標(biāo)的前提下，求取使得反應(yīng)物的轉(zhuǎn)化率最大的反應(yīng)溫度條件和反應(yīng)時(shí)間。該方法在目標(biāo)分子量分布曲線(xiàn)上取特定的點(diǎn)，取頂點(diǎn)和濃度大小為頂點(diǎn)一半的點(diǎn)對(duì)應(yīng)的聚合物濃度值作為優(yōu)化命題中的約束，通過(guò)控制變量離散化方法得到優(yōu)化結(jié)果，以結(jié)果為初值模擬計(jì)算分子量分布，與給定的分子量分布曲線(xiàn)比較誤差，若最大誤差超出5%，則可以通過(guò)再次隨機(jī)給初值方式進(jìn)行優(yōu)化，使得最終得到的優(yōu)化結(jié)果滿(mǎn)足最大誤差在5%之內(nèi)。本發(fā)明有益處在于實(shí)現(xiàn)聚合物產(chǎn)品操作條件優(yōu)化，可應(yīng)用于離線(xiàn)優(yōu)化和產(chǎn)品設(shè)計(jì)。
文檔編號(hào)G06F19/00GK102142060SQ20111000049
公開(kāi)日2011年8月3日 申請(qǐng)日期2011年1月4日 優(yōu)先權(quán)日2011年1月4日
發(fā)明者姚臻, 范偉偉, 邵之江, 錢(qián)積新, 陳曦 申請(qǐng)人:浙江大學(xué)