基于神經(jīng)自適應(yīng)模糊控制的聚合釜溫度控制研究

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1、哈爾濱工業(yè)大學(xué)工學(xué)碩士學(xué)位論文第1章緒論1.1課題背景本課題來源于某腈綸廠腈綸生產(chǎn)中聚合釜反應(yīng)溫度控制及仿真研究。腈綸纖維是我國(guó)聚丙烯腈系纖維（纖維組成中丙烯腈含量85%以上）的商品名稱，是當(dāng)今世界上合成纖維生產(chǎn)中得到重點(diǎn)發(fā)展的三大品種之一。因?yàn)榫郾╇娲蠓肿咏Y(jié)構(gòu)的特點(diǎn)，使腈綸纖維具有優(yōu)良的性能，所以腈綸素有“人造羊毛”之稱。由于環(huán)保、可替代各種天然纖維，腈綸產(chǎn)品市場(chǎng)前景廣闊。如2002年我國(guó)腈綸進(jìn)口量為42.31萬噸，腈綸進(jìn)口量占表觀需求量的41.6%，市場(chǎng)潛力巨大[1]。近幾年來，我國(guó)腈綸產(chǎn)能有了很大的擴(kuò)充，2005年聚丙烯腈的總產(chǎn)能為73.8萬噸，年增長(zhǎng)幅度達(dá)到35.9%，但是進(jìn)口

2、依存度仍很大，腈綸進(jìn)口量達(dá)到了43.33萬噸。由此可見，在我國(guó)腈綸市場(chǎng)供不應(yīng)求的形勢(shì)下提高產(chǎn)量和質(zhì)量是首要任務(wù)。聚合釜溫度對(duì)于產(chǎn)品質(zhì)量及生產(chǎn)安全起到極其重要的作用。若聚合釜溫高，分子量將下降，白度也下降，但釜溫高將增加反應(yīng)速率，聚丙烯腈的產(chǎn)量增加，有利于生產(chǎn)，釜溫升高將加快聚合釜的腐蝕速率，聚合釜的使用周期將減少而腐蝕的鋁離子進(jìn)入漿液中，對(duì)聚合物的質(zhì)量影響較大[2][3]。對(duì)于聚合釜反應(yīng)溫度控制以前主要采用人工手動(dòng)調(diào)節(jié)流量閥的方式，這種方式溫度控制精度低，控制效果差。并且，由于加料數(shù)量和品種的影響，聚合反應(yīng)中存在的一系列復(fù)雜的化學(xué)變化，以及聚合反應(yīng)本身強(qiáng)烈的放熱效應(yīng)，使得聚合反應(yīng)溫度的動(dòng)

3、態(tài)特性具有時(shí)變、強(qiáng)烈非線性、大純時(shí)滯的特點(diǎn)，這使得建立精確的聚合反應(yīng)數(shù)學(xué)模型非常困難，一般的控制方法很難實(shí)現(xiàn)反應(yīng)溫度的精確控制，這可能嚴(yán)重影響最終的產(chǎn)品質(zhì)量，還會(huì)危及生產(chǎn)的安全性。所以，現(xiàn)階段急需設(shè)計(jì)出一種適合于聚合釜溫度控制的控制器，使得反應(yīng)溫度得到精確控制。1.1.1聚丙烯腈簡(jiǎn)介聚丙烯腈英文縮寫為PAN或PAC（polyacrylonitrile）。主要制成纖維，其短纖維質(zhì)輕，保溫性能和手感良好，俗稱“人造羊毛”，中國(guó)商品名為“腈綸”。它與聚酰胺纖維、聚酯纖維一起構(gòu)成了當(dāng)今世界合成纖維工業(yè)的-1-哈爾濱工業(yè)大學(xué)工學(xué)碩士學(xué)位論文三大支柱。它是由丙烯腈的均聚合體或丙烯腈與其它乙烯基衍生物

4、的線性共聚物制得的一種合成纖維。常規(guī)腈綸中丙烯腈含量在85%以上。最早的聚丙烯纖維是由純的PAN制成，因染色困難，且彈性較差，故僅作為工業(yè)用纖維。后來開發(fā)出丙烯腈與烯基化合物組成的二元或三元共聚物，改善了聚合物的可紡性和纖維的染色性。純丙烯腈纖維的產(chǎn)量較低，均作為工業(yè)用途。世界各國(guó)生產(chǎn)的聚丙烯腈纖維大多由三元共聚物制得，其中丙烯腈占88%至95%；第二單體用量為4%至10%；第三單體為0.3%至2.0%。加入第二單體的作用是降低PAN結(jié)晶性，增加纖維柔軟性，提高纖維機(jī)械強(qiáng)度、彈性和手感，提高染料向纖維內(nèi)部的擴(kuò)散速度，在一定程度上改善纖維染色性。常用的第二單體為非離子型單體，如丙烯腈甲酯、

5、甲基丙烯酸甲酯、醋酸乙烯和丙烯酰胺等。腈綸纖維的性質(zhì)：1)彈性：它的彈性較好，僅次于滌綸，比錦綸高2倍，有較好的保形性。2)強(qiáng)度：腈綸的強(qiáng)度雖不及滌綸和錦綸，但比羊毛高1~2.5倍。3)耐熱性：纖維的軟化溫度為190~230℃，在合成纖維中僅次于滌綸。4)耐光性：腈綸的耐光性是所有合成纖維中最好的露天暴曬一年，強(qiáng)度僅下降20%。腈綸耐酸、氧化劑和一般有機(jī)溶劑，但不耐堿。腈綸的制成品蓬松性好、保暖性好、手感柔軟、有良好的耐氣候性和防霉、防蛀性能。腈綸的保暖性比羊毛高15%左右。腈綸可與羊毛混紡，產(chǎn)品大多用于民用方面，如毛線、毛毯、針織運(yùn)動(dòng)服、篷布、人造毛皮、長(zhǎng)毛絨等。腈綸還是高科技產(chǎn)品—碳

6、纖維的原料[4]。1.1聚丙烯腈的生產(chǎn)現(xiàn)狀進(jìn)入新世紀(jì)以來，我國(guó)腈綸產(chǎn)量平均年增長(zhǎng)率達(dá)到兩位數(shù)，年產(chǎn)量也由1999年的41.0萬噸增加到2005年72.5萬噸。雖然我國(guó)腈綸產(chǎn)量約占世界產(chǎn)量的1/3，是世界最大的腈綸生產(chǎn)國(guó)，但也存在產(chǎn)品品種少、差別化率低、毛型品種趨飽和、市場(chǎng)價(jià)格下降等問題。而其它品種，例如：不同染色效果、高收縮率、細(xì)旦或超細(xì)旦、抗靜電、抗起球等差別化纖維品種卻需要大量的進(jìn)口，需求缺口仍然很大。-2-哈爾濱工業(yè)大學(xué)工學(xué)碩士學(xué)位論文我國(guó)腈綸生產(chǎn)穩(wěn)步增長(zhǎng)，腈綸產(chǎn)量將繼續(xù)從2004年66.2萬噸/年、2005年72.8萬噸/年增長(zhǎng)到2006年83.0萬噸/年。2005年表現(xiàn)需求量達(dá)

7、118.6萬噸，預(yù)計(jì)今后每年還將以3%至5%的速度遞增，至2010年將達(dá)到140萬噸，屆時(shí)我國(guó)將有40萬噸的供應(yīng)缺口。據(jù)預(yù)測(cè)，2010年世界腈綸纖維的人均消費(fèi)量將達(dá)到1.05公斤，較1998年的0.48公斤增加一倍多。從世界全局看，這無疑預(yù)示著我國(guó)腈綸發(fā)展的巨大潛力。目前，我國(guó)腈綸生產(chǎn)企業(yè)有11家，品均規(guī)模為7.1萬噸/年。上海石化總產(chǎn)量現(xiàn)達(dá)到15.0萬噸/年；吉林化纖集團(tuán)公司腈綸年產(chǎn)能已達(dá)到14.0萬噸/年；寧波麗陽化纖有限公司在