乙烯工业的发展状况是一个国家工业现代化程度的重要标志，聚丙烯（PP）产业是乙烯工业的重要组成部分，随着经济发展，PP在国民经济及工农业中的地位越来越重要。长期以来，我国的PP装置对引进的依赖度一直较高，缺乏消化吸收和自主创新；近年来，这一状况有所改善，但技术水平仍然较低。实现自主创新的主要内容之一是研究丙烯聚合机理，通过高精度化工模拟建立符合要求的机理模型，解决存在的问题、突破工艺瓶颈，直至在机理模型的基础上设计开发新工艺。鉴于以上背景，本研究使用基于Box-Behnken设计（BBD）的响应面方法对中国石化某公司新建的Spheripol工艺双环管PP装置的工艺流程进行模拟和优化，研究工艺参数对PP质量、产量等指标的影响及响应作用。1.采用Schulz-Flory最可几分布对PP样品的GPC结果进行解析，MgCl2负载型Ziegler-Natta催化剂DQ-III具有5个活性位点，并得出了每种活性位所得到的PP的质量百分比，决定系数即接近1（R2=0.9999793），显示解析结果很好；将催化剂颗粒模型化为均匀球（Polymeric Uniform Ball, PUB），并用Monte-Carlo方法处理，称为均匀球Monte-Carlo模型（Uniform Ball Monte-Carlo Model, UBMCM），利用UBMCM计算催化剂DQ-III催化丙烯聚合的动力学常数，并对Mw和MWD进行计算，结果显示，UBMCM模型对Mw和MWD的模拟结果符合要求，模型模拟丙烯聚合和预测产品性能效果很好。2.利用基于BBD的响应面方法设计实验方案，并使用PC-SAFT状态方程，依设定方案在Aspen Plus上对PP聚合分别模拟，然后对所得数据进行分析，得到多变量的二次响应回归模型，利用多种数学方法对模型的充分性和统计显著性进行校验，并利用帕累托图（Pareto chart）描述工艺条件中因素对指标影响的大小。在允许范围内，PP分子量随聚合温度和压力、催化剂和丙烯流量的增加而增加，随氢气浓度增加而降低；催化剂活性随聚合温度和压力、丙烯流量和氢气浓度增加而增加，随催化剂流量增加而降低；PP产量随聚合温度和压力、丙烯流量增加而增加，随氢气浓度增加而降低，随催化剂流量增加，PP产量先增加，达到一定值后反又降低；反应器内压力随聚合温度和丙烯流量增加而增加；反应器内液态氢含量随聚合压力、丙烯流量和氢气浓度增加而增加，随聚合温度增加而降低。3.采用Newton迭代法对所建立的二次响应回归模型求解，得到优化的聚合工艺条件：R201聚合温度70.58℃、压力3.38MPa、丙烯流量20.39t/hr、催化剂流量0.69kg/hr、氢气浓度3.86×10-4vol%，R202内聚合温度69.98℃、压力3.44MPa、丙烯流量4.35t/hr，与工厂数据对比结果表明，PP分子量没有发生变化，而催化剂活性增加1.5%，PP产量增加4.2%，丙烯流量降低1.2%，转化率增加5.16%，优化效果显著。4.采用过量排出策略（OQV）进行牌号G和牌号T间的双向切换，PP的分子量及产量的稳定时间滞后于切换操作，其中牌号G向牌号T切换，两反应器内PP分子量稳定时间分别出现在3.06hr和2.5hr，整体切换时间为2.5hr，产量的变化时间与分子量一致；牌号T向牌号G切换，两反应器内产品分子量稳定时间分别出现在5.84hr和4.35hr，整体切换时间为4.35hr，产量的变化时间与分子量一致，由低分子量PP向高分子量PP切换时所需的时间较短；牌号G向牌号T切换产生过渡料量小于反向切换切换，两者的过渡料量的分别是29.74t和52.87t。所建立的二次响应回归模型可用于：当PP质量不稳定，Mw、MWD和MFI等偏离设定值时，根据3D响应面图和回归方程判断问题所在并加以修正，或用于生产新牌号PP时对工艺条件的设置。