Optimization of the process of butadiene-styrene copolymerization to achieve target product characteristics
https://doi.org/10.35164/0554-2901-2025-03-25-29
Abstract
A methodology for solving optimization problems for complex physical and chemical processes occurring via the free-radical copolymerization mechanism has been developed. The proposed approach is based on the use of a genetic algorithm capable of identifying global optima when working with large search spaces and complex objective functions. A kinetic modeling approach is used to describe the process mathematically, facilitating rapid empirical evaluation of average molecular characteristics. The validation of this approach was carried out to solve the problem of finding the optimal method for feeding the regulator in the process of obtaining SKS-30ARK rubber. Based on the results of the computational experiments, conditions were established that make it possible to maintain the specifi ed relaxation characteristics of the product with an increase in monomer conversion up to 80 %.
Supporting agencies: The study was funded by the Russian Science Foundation grant No. 24-21-00380, https://rscf.ru/project/24-21-00380/
About the Authors
E. N. Miftakhov
Ufa University of Science and Technology
Russian Federation
Russian Federation
Republic of Bashkortostan; Ufa
I. Sh. Nasyrov
SNHZ JSC
Russian Federation
Russian Federation
Republic of Bashkortostan; Sterlitamak
References
1. Васильев В.А., Насыров И.Ш. Отечественные промышленные стереорегулярные каучуки. Исследования и разработки. Монография. Уфа: Башкирская энциклопедия, 2018. 288 с.
2. Папков В.Н., Ривин Э.М., Блинов Е.В. Бутадиен-стирольные каучуки. Синтез и свойства : монография. Воронеж: [б. и.]. 2015. 315 с.
3. Мифтахов Э.Н., Мустафина С.А. Исследование процессов синтеза полимеров методами компьютерного и имитационного моделирования. Монография. Уфа: Изд-во Уфимского университета науки и технологий. 2024. 136 с.
4. Мифтахов Э.Н., Мустафина С.А. Свидетельство о государственной регистрации программы для ЭВМ «Исследование физико-химических процессов с применением облачных технологий» № 2023669318 от 13. 09. 2023.
5. Насыров И.Ш., Шурупов О.К., Капанова Р.А., Фаизова В.Ю., Шелудченко В.А., Данилов А.Г., Никулина Н.С., Никулин С.С., Мисин В.М. Способ получения бутадиен-стирольного каучука / Патент РФ, МПК C08C 1/15 C08F 236/10, RU 2660084 (подано 2017-08-18, опубл. 2018-07-04).
6. Папков В.Н., Тихомиров Г.С., Цырлов М.Я., Кудрявцев Л.Д., Грачев Г.М., Полуместный В.Н., Молодыка А.В., Савченко В.И. Чистоколов Ю.К., Клементьев В.А. Способ регулирования процесса эмульсионной сополимеризации / Патент РФ, МПК C08F 236/10 G05D 27/00, RU 1466516 (подано 1986-05-26, опубл. 1994-12-15).
7. Trigilio A., Marien Y., Van Steenberge P., D’hooge D. Gillespie–Driven kinetic Monte Carlo Algorithms to Model Events for Bulk or Solution (Bio)Chemical Systems Containing Elemental and Distributed Species // Industrial & Engineering Chemistry Research. 2020. V. 59, No. 41. P. 18357–18386. DOI: 10.1021/acs.iecr.0c03888.
8. Мифтахов Э.Н., Михайлова Т.А., Мустафина С.А. Моделирование процессов синтеза полимеров с целью оценки молекулярно-массового распределения // Вестник МГТУ им. Н.Э. Баумана. Сер. Естественные науки. 2024. № 5(116). C. 130–146. DOI: 10.33184/bulletin-bsu-2024.1.7.
9. Янборисов В.М., Козлов В.Г. Моделирование полимеризации изопрена в присутствии каталитической системы TiCl<sub>4</sub>–tBuCl методом Монте-Карло // Вестник Башкирского университета. 2021. Т. 26, № 1. С. 52–57. DOI: 10.33184/bulletin-bsu-2021.1.9.
10. Yang B., Liu S., Ma J., Yang Y., Li J., Jiang B-P., Ji S., Shen X-C. Monte Carlo Simulation of Surface-Initiated Polymerization: Heterogeneous Reaction Environment // Macromolecules. 2022. V. 55(6). P. 1970–1980. DOI: 10.1021/acs.macromol.1c02575.
11. Mavrantzas V.G. Using Monte Carlo to Simulate Complex Polymer Systems: Recent Progress and Outlook // Frontiers in Physics. 2021. V. 9. DOI: 10.3389/fphy.2021.661367.
12. Mustafina S.A., Mikhailova T.A., Miftakhov E.N. Mathematical Study of the butadiene-styrene copolymerization product by the Monte-Carlo method // International Journal of Chemical Sciences. 2015. V. 13(2). P. 849–856. DOI: 10.15507/2658-4123.033.202302.270-287.
13. Подвальный С.Л. Моделирование промышленных процессов полимеризации на основе метода моментов // Вестник ВГТУ. 2015. № 1. С. 11–16.
14. Мифтахов Э.Н., Мустафина С.А., Насыров И.Ш., Морозкин Н.Д. Алгоритм оценки молекулярных характеристик полимерного продукта в условиях многоточечного регулирования // Инженерные технологии и системы. 2023. Т. 33, N 2. С. 270–287. DOI: 10.15507/2658-4123.033.202302.270-287.
15. Подвальный С.Л., Барабанов А.В. Структурно-молекулярное моделирование непрерывных технологических процессов многоцентровой полимеризации. Воронеж: Научная книга, 2011. 115 с.
16. Мифтахов Э.Н., Иванов Д.В. Поиск оптимального состава реакционной смеси с использованием алгоритма имитации отжига // Автометрия. 2024. №5. С. 120–128. DOI: 10.15372/AUT20240514.
17. Simon D. Evolutionary Optimization Algorithms. Wiley, John Wiley & Sons Limited, 2013. 776 p.
18. Мифтахов Э.Н., Кашникова А.П., Иванов Д.В. Использование генетических алгоритмов для решения задачи поиска оптимального состава реакционной смеси // Научно-технический вестник информационных технологий, механики и оптики. 2024. Т. 24, № 4. С. 637–644. DOI: 10.17586/2226-1494-2024-24-4-637-644.
19. Tsutsui S., Yamamura M., Higuchi T. Multi-parent recombination with simplex crossover in real coded genetic algorithms // Proceedings of the Genetic and Evolutionary Computation Conference. 1999. P. 657–664.
20. Антипина Е.В., Мустафина С.А., Антипин А.Ф. Алгоритм решения задачи многоцелевой оптимизации на основе кинетической модели химической реакции // Автометрия. 2021. Т. 57, № 6. С. 124–131. DOI: 10.15372/AUT20210613.
21. Katoch S., Chauhan S. S., Kumar V. A review on genetic algorithm: past, present, and future // Multimedia Tools and Applications. 2021. V. 80. P. 8091–8126. DOI: 10.1007/s11042-020-10139-6.
Review
For citations:
Miftakhov E.N., Nasyrov I.Sh. Optimization of the process of butadiene-styrene copolymerization to achieve target product characteristics. Plasticheskie massy. 2025;(3):25-29. (In Russ.) https://doi.org/10.35164/0554-2901-2025-03-25-29
Views:
63
Email this article 
