随着聚烯烃产品市场竞争的加剧以及人们消费领域的扩展,聚烯烃产品出现低端牌号过剩、高端牌号稀缺的现状,牌号切换优化策略研究对于聚烯烃连续生产过程中物质和能量资源的优化配置至关重要。乙烯淤浆聚合牌号切换是常见的工业生产过程,其工艺流程和反应机理复杂,反应组分数目多。在聚合物合成和成型过程中,平均分子量是评价聚合物的主要指标。PC-SAFT状态方程法是较适用于乙烯淤浆聚合体系的物性计算方法,但方程复杂,内嵌迭代计算,难以实现联立求解。联立法求解动态模拟和优化问题时将连续(DAE)问题离散为非线性规划(NLP)问题,具有求解效率高、稳定性好的特点。相比于其它求解方法,联立法具有更加广阔的发展和应用前景。乙烯淤浆聚合模型是变量耦合度高、非线性强的大规模问题,而动态离散化更加导致模型的急剧扩张及求解困难,如何改进模型以保证联立模型的求解效率及精度非常关键。现场牌号切换通过复杂的工艺操作流程来实施,优化流程操作并保证生产的安全性和稳定性是非常复杂且不易收敛的优化难题。本文针对以上乙烯淤浆聚合牌号切换过程的动态建模、模拟和优化中的若干计算难题进行了深入研究,主要研究工作和贡献如下：1.基于乙烯淤浆聚合工艺流程及配位聚合机理,以数均分子量、重均分子量和分子量分布指数表征聚合物的质量指标,建立了牌号切换动态过程的大规模机理模型,并模拟实现了反应釜温度、压力和液位的PID控制,探讨了生产操作的稳定性。2.针对PC-SAFT物性方程计算复杂、难以实现联立求解的问题,提出了基于Krigng 函数的局部物性计算方法,并通过多工况的稳态数据验证了其准确性和稳健性。针对联立法动态模型离散化导致的大规模求解难题,推导了Kriging函数回归因变量对自变量的通用导数,开发了可供联立模型调用的通用外部物性计算包,减少了不必要的迭代计算,提高了模拟效率和精度。3.联立模型动态离散化时,必须采用有效、精确的方法才能保证模型模拟和优化的精度。有限元正交配置法具有高阶精度、计算量小和稳定性好等优点。利用有限元法将动态机理方程离散化,建立了全联立方程模型。4.针对乙烯淤浆聚合牌号切换过程,利用联立法进行了多个工况一系列的动态模拟计算,给出了质量指标动态响应和其它状态变量的动态轨迹,并与Aspen Dynamics进行了比较验证。进一步针对现场牌号切换操作进行了动态模拟,并用现场测量数据进行了验证。验证结果均表明联立方程动态模型可以保证生产的安全性和稳定性,并能很好地预测产品的质量指标。5.采用联立法进行了现场牌号切换的工艺操作流程动态优化,并提出了两层结构算法解决了工艺操作流程优化的计算难题。以产品的平均分子量为质量指标,考虑到产品生产的安全性及稳定性,建立并深入分析了切换时间最短的切换工艺流程优化命题,最终成功求解出最优切换工艺操作流程,为进一步指导现场牌号切换奠定了基础。