乙烯淤浆聚合工艺是高密度聚乙烯最主要的生产技术,具有技术成熟、反应条件温和、操作条件易于控制、产品质量较好等优点。乙烯聚合过程最重要的四方面是聚乙烯体系热力学物性计算、聚合反应机理建模、分子量分布计算和过程模型的模拟与优化。聚合物热力学物性计算方法PC-SAFT方程形式复杂且内嵌迭代算法,难以实现联立求解；聚合反应机理十分复杂,建模需要考虑各不同链长的聚合物的衡算,导致模型规模急剧扩张；分子量分布决定了聚合物的加工性能和制品性能,是聚合物最重要最微观的质量指标。乙烯淤浆聚合模型是一个变量耦合严重,非线性强的大规模模型,采用何种求解方法能快速模拟求解至关重要。联立方程法具有模拟优化问题切换容易、求解速度快、收敛性好的优点,在化工过程模拟优化中有着广阔的发展和应用前景。本文针对乙烯聚合过程四个方面的问题,以联立方程法为基础,分别对乙烯聚合过程建模、模拟和优化展开研究。本文的主要贡献包含以下几个方面的内容：1.针对PC-SAFT物性计算方法模型复杂、实现困难的难题,提出了基于Kriging方法的局部物性计算方法来描述物理条件和物性之间的关系。在聚乙烯实际工况范围内建立PC-SAFT物性数据库,对PC-SAFT进行二次建模,使物性计算适用于联立方程求解。多个稳态工况的精确模拟验证了局部物性计算方法的稳健性。2.深入研究乙烯聚合反应机理,基于生成函数理论推导了带5个活性位Ziegler-Natta催化剂催化乙烯聚合反应的粒数衡算模型和矩模型,推导了各活性位的Flory分布,建立了单釜和双釜的稳态分子量分布计算模型。研究了聚合反应单元中其他各模块的建模方法,建立了聚合反应单元的流程模型。3.采用联立方程法模拟了单釜无回流和带回流的多个工况,克服了Aspen Polymers Plus中在回流工况中难以收敛而无法开展稳态优化的难题,模拟了双釜无回流工况。验证了反应机理模型、热力学局部物性计算模型和分子量分布模型的准确性。4.深入分析了分子量分布与催化剂反应动力学常数之间的关系,研究并验证影响分子量分布的过程条件,在理论分析的基础上,构建以分子量分布拟合最佳的三个优化命题,并实现了其中的GPC分子量分布曲线分峰处理和面向产品质量指标的双反应釜操作优化。