کلمات کلیدی: راکتور بستر سیال، پلی اتیلن، کنترل فیدبک، مدل دینامیک، سینتیک پلیمریزاسیون فهرست مطالب عنوان صفحه فصل اول: مقدمه. 11-1- معرفی پلی اتیلن. 21-2- تاریخچه تولید پلی اتیلن. 21-3- انواع پلی اتیلن. 31-4- روش هاي توليد انواع پلي اتيلن 6فصل دوم: مروری بر تحقیقات گذشته. 82-1- پژوهش های انجام شده بر روی مدل سازی راکتورهای پلی اتیلن 92-2- پژوهش های انجام شده بر روی کنترل راکتورهای پلی اتیلن 102-3- هدف. 11فصل سوم: شرح فرآيند توليد پلي اتيلن سبك خطي توسط تكنولوژي Spherilene. 123-1- آماده سازي كاتاليست. 133-2- راكتور پيش تماس. 163-3- راكتورهاي پیش پلیمریزاسیون. 183-4- راكتورهاي پليمريزاسيون در فاز گاز 193-5- بازيافت مونومر. 263-6- بخار زني و خشك كردن پليمر. 283-7- اکستروژن. 323-8- گريدهاي توليدي. 33فصل چهارم:سینتیک. 354-1- روش هاي مدل سازي پليمريزاسيون 364-2- مدلسازي پليمريزاسيون با استفاده از روش ممان 384-3- مدل سازي كوپليمريزاسيون اتيلن و 1- بوتن 424-4- تعيين ثوابت سينتيكي. 46فصل پنجم:مدل سازي راكتورهاي پليمريزاسيون 475-1- مدل سینتیکی فرآیند. 48 5-2- مدل ریاضی فرآیند. 515-1- شرایط عملیاتی راکتورها. 54فصل ششم:مفهوم پایداری و کنترل. 576-1- پایداری. 586-2- معیار پایداری. 586-3- سیستم کنترل در راکتورهای پلیمریزاسیون 606-4- سیستم کنترلی پیشنهادی. 626-5- کنترلرهای PID.. 646-6- تنظیم کنترلر. 65فصل هفتم:نتایج شبیه سازی. 677-1- پایداری. 687-2- نتایج حلقه باز فرآیند. 707-3- کنترل. 707-4- نتایج حلقه بسته فرآیند. 757-5- عملکرد سیستم کنترل در دفع اغتشاشات 777-6- نتیجهگیری و پیشنهادها. 91منابع. 92 فهرست جداولجدول 5-1- مکانیزم سینتیک واکنش کوپلیمریزاسیونالفینها با کاتالیست زیگلر- ناتا. 48جدول 5-2- مقادیر ثوابت سینتیکی. 51جدول 5-3- شرایط عملیاتی راکتورها 55جدول 5-4- شرایط ورودی راکتورها. 56جدول 6-1- پارامترهای تنظیم شونده و تنظیم کننده ی سسیستم کنترلی 63جدول 7-1- مقادیر مقرر برای هر کنترلر 70جدول 7-2- پارامترهای تنظیمی به روش زیگلر نیکولز حلقه باز 73جدول 7-3- روابط تنظیم کنترلر به روش CHR (دفع اغتشاش) 74جدول 7-4- روابط تنظیم کنترلر به روش CHR (ردیابی مقدار مقرر) 74جدول 7-5- تنظیم نهایی کنترلرها. 75 فهرست شکلها عنوان صفحهشکل 1-1- ساختمان مولكولي اتيلن و پلي اتيلن. 3شکل 1-2- ساختار مولکولی انواع پلی اتیلن. 5شکل 3-1- مخزن های روغن و گریس جهت ساخت كاتاليست. 14شکل 3-2-تجهيزات تزريق كاتاليست به راكتور پيش تماس. 16شکل 3-3- راكتور پيش تماس و راكتور پر پليمريزاسيون اول. 20شکل 3-4- راكتور پرپليمريزاسون دوم و بخش مونومر ريكاوري. 21 شکل 3-5- راكتور فاز گازي اول. 23شکل 3-6- راكتور فاز گازي دوم. 24شکل 3-7- برج جداسازي بوتن. 27شکل 3-8- بخار زن. 29شکل 3-9- دراير. 31شکل 3-10- بخش دانه بندي. 33شکل 4-1- نمونه اي از تفكيك منحني GPC با پنج سایت فعال. 46شکل 6-1- تاثیر موقعیت قطب ها روی محور موهومی بر پاسخ سیستم 60شکل 7-1- موقعیت قطب های سیستم بر روی محور موهومی. 69شکل 7-2- موقعیت قطب های سیستم حول مبدا. 69شکل 7-3- نمودار دمای راکتور اول بر حسب زمان در حالت حلقه باز 71شکل 7-4- نمودار سطح راکتور اول بر حسب زمان در حالت حلقه باز 71شکل 7-5- نمودار دمای راکتور دوم بر حسب زمان در حالت حلقه باز 72شکل 7-6- نمودار سطح راکتور دوم بر حسب زمان در حالت حلقه باز 72شکل 7-7- نمودار سطح راکتور اول بر حسب زمان در حالت حلقه بسته 75شکل 7-8- نمودار دمای راکتور اول بر حسب زمان در حالت حلقه بسته 76شکل 7-9- نمودار سطح راکتور دوم بر حسب زمان در حالت حلقه بسته 76شکل 7-10- نمودار دمای راکتور اول بر حسب زمان در حالت حلقه بسته. 75شکل 7-11- اثر یک تغییر پله ای %20 در غلظت اتیلن راکتور اول بر روی (الف) سطح راکتور اول (متغیر کنترل شونده). (ب) دبی پلیمر خروجی از راکتور اول (متغیر قابل تنظیم) 78شکل 7-12- اثر یک تغییر پله ای %20 در غلظت اتیلن راکتور اول بر روی (الف) سطح راکتور دوم (متغیر کنترل شونده). (ب) دبی پلیمر خروجی از راکتور دوم (متغیر قابل تنظیم) 79شکل 7-13- اثر یک تغییر پله ای %20 در غلظت اتیلن راکتور اول بر روی (الف) دمای راکتور اول (متغیر کنترل شونده). (ب) دبی آب خنک کننده ی مبدل اول (متغیر قابل تنظیم). 80شکل 7-14- اثر یک تغییر پله ای %20 در غلظت اتیلن راکتور اول بر روی (الف) دمایراکتور دوم (متغیر کنترل شونده). (ب) دبی آب خنک کننده ی مبدل اول (متغیر قابل تنظیم). 81شکل 7-15- اثر یک تغییر پله ای %20 در غلظت اتیلن راکتور دوم بر روی سطح راکتور دوم. 82شکل 7-16- اثر یک تغییر پله ای %20 در غلظت اتیلن راکتور دوم بر روی دمای راکتور دوم. 82شکل 7-17- اثر یک تغییر پله ای %20 در دبی کاتالیست ورودی بر روی سطح راکتور اول. 83شکل 7-18- اثر یک تغییر پله ای %20 در دبی کاتالیست ورودی بر روی دمای راکتور اول. 84شکل 7-19- اثر یک تغییر پله ای %20 در دبی کاتالیست ورودی بر روی سطح راکتور دوم. 84شکل 7-20- اثر یک تغییر پله ای %20 در دبی کاتالیست ورودی بر روی دمای راکتور دوم.......................... 85شکل 7-21- اثر یک تغییر پله ای %20 در دمای مونومر ورودی بر روی سطح راکتور اول. 86شکل 7-22- اثر یک تغییر پله ای %20 در دمای مونومر ورودی بر روی دمای راکتور اول. 86شکل 7-23- اثر یک تغییر پله ای %20 در دمای مونومر ورودی بر روی سطح راکتور دوم. 87شکل 7-24- اثر یک تغییر پله ای %20 در دمای مونومر ورودی بر روی دمای راکتور دوم. 87شکل 7-25- اثر یک تغییر پله ای %20 در دمای آب خنک کننده ی ورودی به مبدل بر روی دمای راکتور اول . 88شکل 7-26- اثر یک تغییر پله ای %20 در دمای آب خنک کننده ی ورودی به مبدل بر روی دمای راکتور دوم. 89شکل 7-27- اثر یک تغییر پله ای %20 در دمای آب خنک کننده ی ورودی به مبدل بر روی وزن مولکولی پلیمر خروجی راکتور اول. 90شکل 7-28- اثر یک تغییر پله ای %20 در دمای آب خنک کننده ی ورودی به مبدل بر روی وزن مولکولی پلیمر خروجی راکتور دوم. 90 فهرست نشانههای اختصاری توضیح نشانه سطح مقطعAکسری از فلز که می تواند سایت فعال k تشکیل دهدAsfغلظت کمک کاتالیست[A]غلظت نسبی کاتالیستCcatظرفیت گرمای مخصوص مونومر iCPMiظرفیت گرمای مخصوص پلیمرCP,polyدبی کاتالیست ورودیfcatکسر مولی مونومر ifiارتفاع بسترHغلظت هیدروژن[H2]ثابت سینتیکی واکنش اکتیواسیونKaAثابت سینتیکی واکنش آغاز زنجیرهK0ثابت سینتیکی واکنش غیرفعالسازی خود به خودیKdspثابت سینتیکی واکنش انتشار زنجیرهKpوزن مولکولیMwمیانگین وزنی وزن مولکولیمیانگین عددی وزن مولکولیغلظت فلز فعال (تیتانیوم)[Me]غلظت مونومر[Mi]غلظت کل مونومرها[MT]غلظت سایت فعال خالیP0دبی حجمی محصول خروجیqسرعت کلی ذرات پلیمریزاسیونRpغلظت سایت فعال پتانسیلیSزمانtدماTسرعت ظاهری گازu0ضریب انتقال حرارت مبدلUحجم حروف یونانی Vگرمای واکنشΔHrxnتخلخلεصفرمین ممان از توزیع طول زنجیره از زنجیر کوپلیمر زندهλ0اولین ممان از توزیع طول زنجیره از زنجیر کوپلیمر زندهλ1دومین ممان از توزیع طول زنجیره از زنجیر کوپلیمر زندهλ2صفرمین ممان از توزیع طول زنجیره از زنجیر کوپلیمر بالکξ0اولین ممان از توزیع طول زنجیره از زنجیر کوپلیمر بالکξ1دومین ممان از توزیع طول زنجیره از زنجیر کوپلیمر بالکξ2دانسیتهترکیب کومولتیو کوپلیمر زیروندها ρφ پارامتر راکتور اول1پارامتر راکتور دوم2خواص کاتالیستcatپارامتر مبدل حرارتیexشماره ی مونومرiشرایط ورودیinنوع سایت فعالkخواص پلیمرpolyمقدار مرجعrefخواص آبw مقدمه 1- 1- معرفی پلی اتیلنپلي اتيلن يا پلي اتن يكي از ساده ترين و ارزان ترين پليمرها است. اين ماده از پليمريزاسيون اتيلن بدست مي آيد و بطور خلاصه بصورت PE نشان داده مي شود. مولكول اتيلن C2H4 (داراي يك بند دو گانه C=C ) است. در فرايند پليمريزاسيون بند دوگانه هر يك از مونومرها شكسته شده و بجاي آن پيوند ساده اي بين اتم هاي كربن مونومرها ايجاد مي شود و محصول ايجاد شد ه يك درشت مولكول است. پلي اتيلن ماده اي جامد، بدون بو، مومي، نيمه شفاف و غيرفعال است كه معمولاً به صورت گرانول توليد مي گردد. بنابراين پلي اتيلن مي تواند به طيف گسترده اي از مشتقات اتيلن تبديل گردد . پلي اتيلن يكي از پايدارترين و خنثي ترين پليمرها است و داراي مقاومت بالائي در برابر مواد شيميایي مي باشد. دارابودن خواص متعدد باعث گرديده ، پلي اتيلن در طيف وسيعي از محصولات استفاده شود . رايج ترين مورد استفاده آن در توليد فيلم هاي بسته بندي مي باشد]1[. 1-2-تاریخچه تولید پلی اتیلنپلی اتیلن اولین بار به طور اتفاقی توسط شیمیدان آلمانی هنس وان پكما سنتز شد. او در سال ۱۸۹۸، هنگام حرارت دادن دی آزومتان، تركیب مومی شكل و سفیدی را سنتز كرد كه بعدها پلی اتیلن نام گرفت ]2[.اولین روش سنتز صنعتی، توسط اریك فاوست و رینولدگیبسون انجام شد. این دو دانشمند با حرارت دادن مخلوط اتیلن و بنزالدهید در فشار بالا، ماده ای موم مانند به دست آوردند. علت این واكنش، وجود ناخالصی های اكسیژن دار در دستگاه های مورد استفاده بود كه به عنوان ماده آغازگر پلیمریزاسیون عمل كرده بود. در سال ۱۹۳۵، مایكل پرین این روش را توسعه داد و تحت فشار بالا، پلی اتیلن را سنتز كرد كه برای تولید صنعتی پلی اتیلن، به عنوان روش اساسی در سال ۱۹۳۹ اتخاذ شد. از آن زمان به بعد با از میان برداشتن موانع، پیشرفت های زیادی در زمینه سیستم های پلیمری و ساخت پلیمر صورت گرفت و همه این ها منجر به این شد كه تولید پلیمرها، امروزه به صورت صنعت عظیمی درآمده است ]3[.شکل 1-1. ساختمان مولكولي اتيلن و پلي اتيلن1-3-انواع پلي اتيلنپلي اتيلن ها خانواد ه اي از رزين ها مي باشند كه از طريق پليمريزاسيون گاز اتيلن ( C2H4 ) بدست مي آيند. پلي اتيلن شامل ساختار بسيار ساده اي است، به طوري كه ساده تر از تما م پليمرهاي تجاري مي باشد. يك مولكول پلي اتيلن زنجير بلندي از اتم هاي كربن است كه به هر اتم كربن دو اتم هيدروژن چسبيده است . گاهي اوقات به جاي اتم هاي هيدروژن در مولكول (پلي اتيلن)، يك زنجير بلند از اتيلن به اتم هاي كربن متصل مي شود كه به آنها پلي اتيلن شاخه اي يا پلي اتيلن سبك ( LDPE ) مي گويند، چون وزن مخصوص آن به علت اشغال حجم بيشتر، كاهش يافته است. در اين نوع پلي اتيلن مولكول هاي اتيلن به شكل تصادفي به يكديگر متصل مي شوند و ساختار ملكولي بسيار نامنظمي را ايجاد مي كنند. وزن مخصوص آن بين910/0 تا 925/0 است و تحت فشار و دماي بالا و اغلب با استفاده از پليمريزاسيون راديكال آزاد وينيلي توليد مي شود . البته براي تهية آن مي توان از پليمريزاسيون زيگلر- ناتا نيز استفاده كرد ]4[.