Введение к работе
Актуальность. Управление процессом растворной полимеризации осуществляется по показателям качества (структурно-молекулярные характеристики, концентрация полимера в растворе, мо-лекулярно-массовое распределение (ММР)). Для их оценки в процессе синтеза существует совокупность физико-химических методов.
Недостатками существующих методов непрерывного контроля качества полимеров в растворе является повышение погрешности измерения вследствие высокой адгезии полимера на пробоотборных устройствах, лабораторные методы не обладают достаточной для систем управления оперативностью контроля вследствие длительности лабораторного анализа и имеют высокую стоимость измерительного оборудования. В связи с этим необходим поиск новых подходов, позволяющих оперативно оценивать комплекс показателей качества и концентрации полимера в растворе в ходе процесса полимеризации для обеспечения ' информацией систем управления технологическим процессом.
Опыт применения ультразвуковых (УЗ) методов контроля в технических и технологических системах показал их эффективность и возможность оперативного получения необходимого количества информации по измеренным акустическим свойствам исследуемого образца в рабочем диапазоне частот воздействия и температур. Основной задачей при разработке УЗ методов оперативного контроля спектра показателей качества полимеров является выделение необходимого множества параметров и структур зависимостей, позволяющих синтезировать математические модели качества растворов полимеров как функции акустических свойств и с помощью УЗ измерений получать оперативную и точную информацию о качестве.
В данном направлении сделан соответствующий задел в теоретическом и прикладном плане в работах Дж. Ферри, А. А. Тагер, И. Г. Михайлова, Ю. П. Сырникова, Дж. Хонеркэмпа, Дж. Уиза, С. Я. Френкеля, Г. В. Виноградова, Г. М. Бартенева, А. Я. Малкина, И. И. Перепечко.
Для синтеза методик непрерывного контроля показателей качества и концентрации полимера в растворе акустическими методами необходимо идентифицировать их связи с акустическими свойствами растворов полимеров.
В связи с этим тема работы является актуальной. Исследование было выполнено в рамках госбюджетной НИР «Разработка и совершенствование математических моделей, алгоритмов регулирования, средств
и систем автоматического управления технологическими процессами» (№г.р. 01960007315).
Цель работы: синтез математических моделей для систем ультразвукового контроля физико-химических параметров полимеров в растворах и разработка на их основе многофункциональных методов мониторинга качества в ходе процесса полимеризации.
Для достижения цели поставлены задачи:
На основе системного анализа ультразвуковых методов контроля определение необходимого и достаточного множества физико-химических параметров, однозначно характеризующих показатели качества полимеров;
Разработка молекулярно-кинетической математической модели колебательного процесса макромолекулы в растворе полимера для случая импульсного возмущения ультразвуковым преобразователем;
Идентификация зависимостей между структурно-молекулярными характеристиками, показателями качества, концентрацией полимера в растворе и параметрами колебательного процесса макромолекулы в растворе и их статистическая проверка;
Синтез математической модели функции ММР полимера в растворе как функции его акустических свойств;
Создание методов автоматического ультразвукового контроля показателей качества и функции ММР полимера в растворе для систем управления технологическим процессом полимеризации.
Научная новизна работы:
Математическая модель колебательного движения макромолекулы в акустическом поле, отличающаяся тем, что параметры математической модели связаны со среднечисленной и средневзвешенной молекулярными массами и концентрацией полимера в растворе;
Математическая модель молекулярно-массового распределения полимеров, учитывающая то, что параметры модели связаны с акустическими свойствами полимера в растворе;
Методы автоматического ультразвукового контроля молекулярных масс, ММР и концентрации полимера в растворе в процессе синтеза полимеров, позволяющие получать оперативную информацию о показателях качества.
Практическая значимость. Определен комплекс показателей качества, концентрация и молекулярно-массовое распределение полимеров в растворе акустическим методом в процессе полимеризации.
Математические модели, методы контроля, алгоритмическое и программное обеспечение для определения структурно-молекулярных
характеристик, концентрации, и молекулярно-массового распределения полимера в растворе по данным акустических измерений внедрены на ООО «Совтех» (г. Воронеж).
Апробация работы. Основные положения диссертационной работы были доложены на международной конференции «Математические методы в технике и технологиях-22» (2009 г.) и отчетных конференциях профессорско-преподавательского состава и научных сотрудников ВГТА за 2007 -2009 гг.
Публикации. Основное содержание диссертации изложено в 7 работах, из них 3 статьи в журналах реферируемых ВАК РФ, зарегистрировано 2 программных средства.
Структура и объем работы. Диссертация состоит из введения, четырех глав, основных выводов, списка литературы и приложений. Материал изложен на 124 страницах, содержит 59 рисунков и 24 таблицы. Список литературы из 92 источников.
