專利名稱：乙酰乙酸酯連續(xù)反應(yīng)體系的在線檢測和控制方法及其裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種乙酰乙酸酯連續(xù)反應(yīng)體系的在線檢測與控制方法和裝置。
背景技術(shù)：
乙酰乙酸酯是一種重要的化工及醫(yī)藥中間體，可用于合成醫(yī)藥、農(nóng)藥、維生素和化 工原料等。目前，有關(guān)乙酰乙酸酯的制備工藝研究一般為間歇生產(chǎn)工藝，其主要包括在反 應(yīng)釜中加入一定量的醇和催化劑，然后滴加雙乙烯酮，逐步升高溫度，根據(jù)實際反應(yīng)情況逐 步滴加準確計量的雙乙烯酮，等料液全部滴加，反應(yīng)完成后，才能進行色譜分析進一步確認 反應(yīng)情況。然而，隨著乙酰乙酸酯產(chǎn)能的不斷擴大，間歇酯化法生產(chǎn)的缺點逐漸暴露首先 乙酰乙酸酯的生產(chǎn)規(guī)模受到極大地限制；其次，雙乙烯酮是一種極具爆炸危險性的物質(zhì)，反 應(yīng)過程中若加入量少，醇類消耗不完全造成原料浪費，若加入量多，雙乙烯酮過于累積存在 發(fā)生爆聚的危險，間歇酯化法生產(chǎn)工藝操作繁瑣，容易導致誤操作引發(fā)危險；再次，合成反 應(yīng)結(jié)束后必須進行反應(yīng)液組成分析才能確定粗酯含量，而且一旦存在配料比不正確或反應(yīng) 工況不好，造成低沸雜質(zhì)過多，則需要采取增滴雙乙烯酮等方法進行補救，否則會導致后期 精餾等純化工序難以得到合格產(chǎn)品；最后，對于反應(yīng)結(jié)束后粗酯液中存在的醋酐難以通過 精餾方法除去，只能在粗酯反應(yīng)液中加入濃硫酸或強堿，在一定條件下的化學反應(yīng)除去醋 酐，但是強酸或強堿的加入又易使乙酰乙酸酯發(fā)生分解，進一步導致產(chǎn)品收率降低。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明要解決的技術(shù)問題是提供一種乙酰乙酸酯連續(xù)反應(yīng)體系的在線檢測和控 制方法和裝置，該方法能夠及時在線檢測反應(yīng)體系主要組分濃度，同時還能夠根據(jù)實時檢 測數(shù)據(jù)控制調(diào)整主要組分濃度，進一步優(yōu)化合成乙酰乙酸酯的連續(xù)制備工藝。現(xiàn)有乙酰乙酸酯的制備工藝中單套間歇式反應(yīng)裝置生產(chǎn)規(guī)模較小且操作繁瑣，而 容易誤操作引發(fā)危險，反應(yīng)粗品中的醋酐難以通過精餾方法除去，而若使用濃硫酸或強堿 除醋酐則易使乙酰乙酸酯發(fā)生分解導致產(chǎn)品收率降低等缺陷，因而，發(fā)明人經(jīng)過大量實驗 研究發(fā)展出一種乙酰乙酸酯的連續(xù)制備工藝。該乙酰乙酸酯的連續(xù)制備工藝，其步驟包括 如下將雙乙烯酮和脂肪醇連續(xù)進料至反應(yīng)釜，在催化劑作用下進行酯化反應(yīng)，然后連續(xù)出 料至老化閃蒸釜中，將輕組分蒸出，反應(yīng)粗品出料，即可；其中，控制反應(yīng)釜內(nèi)脂肪醇的質(zhì)量 占反應(yīng)液總量的百分比為5% 20%。發(fā)明人發(fā)明的乙酰乙酸酯連續(xù)制備工藝能夠連續(xù)制 備生產(chǎn)乙酰乙酸酯，擴大生產(chǎn)能力，且操作簡便、安全性高而勞動強度低，制得的乙酰乙酸 酯粗品中目標產(chǎn)物含量高，幾乎不含有難以除去的醋酐雜質(zhì)，保證了產(chǎn)品質(zhì)量。但是，考慮 到雙乙烯酮的高危險性，在乙酰乙酸酯連續(xù)制備工藝中，原料進料時，盡管通過常規(guī)手段或 設(shè)置自動化控制裝置連續(xù)進料量來確定酯化反應(yīng)優(yōu)選的原料進料比例，一般不會導致反應(yīng) 釜內(nèi)雙乙烯酮的累積，但是各原料在進入反應(yīng)釜后，因反應(yīng)釜中的反應(yīng)為連續(xù)進行，陸續(xù)有 原料進料和反應(yīng)液出料，再加上影響酯化反應(yīng)程度的因素眾多，反應(yīng)釜內(nèi)部主要組分濃度 波動較大，如果脂肪醇濃度過高，由于脂肪醇在反應(yīng)釜內(nèi)冷凝回流導致反應(yīng)溫度低使反應(yīng)不完全，脂肪醇濃度過低，會導致雙乙烯酮的反應(yīng)消耗量小于投料量，致使雙乙烯酮在反應(yīng) 釜內(nèi)累積，造成安全隱患。因此，為了進一步優(yōu)化合成乙酰乙酸酯的生產(chǎn)工藝，特別是將不 正常反應(yīng)工況防患于未然，實時檢測乙酰乙酸酯連續(xù)制備工藝中反應(yīng)體系主要組分濃度是 十分必要的；另外，若同時還能夠及時根據(jù)實時檢測數(shù)據(jù)相應(yīng)控制調(diào)整原料進料量比例，來 確保反應(yīng)體系主要組分濃度在正常工藝范圍內(nèi)，進一步優(yōu)化乙酰乙酸酯的連續(xù)制備工藝。為了能夠?qū)崟r檢測乙酰乙酸酯連續(xù)制備工藝中反應(yīng)體系主要組分濃度，發(fā)明人嘗 試借鑒現(xiàn)有工業(yè)化連續(xù)生產(chǎn)中在線測定方法，使用色譜在線檢測反應(yīng)體系中主要組分濃 度，經(jīng)過實驗研究發(fā)現(xiàn)，使用色譜在線檢測反應(yīng)體系主要組分濃度的方法存在著許多不盡 人意之處首當其沖的是色譜儀器昂貴，現(xiàn)場防爆要求高；而同時在線色譜檢測依然存在 一定的時間間隔，一般能獲得檢測結(jié)果的時間都在30min左右，這樣長時間、高頻度運行對 色譜的使用壽命也是一種嚴峻的考驗。經(jīng)過多方面考察乙酰乙酸酯連續(xù)制備工藝的實際工 況，不斷實驗研究摸索，終于研發(fā)出如下所述的一種乙酰乙酸酯連續(xù)反應(yīng)體系的在線檢測 與控制方法和裝置。本發(fā)明是通過下述技術(shù)方案來解決上述技術(shù)問題的本發(fā)明的乙酰乙酸酯連續(xù)反應(yīng)體系在線檢測和控制裝置，其包括一反應(yīng)釜、一老 化閃蒸釜和一神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)軟測量模型控制器，該反應(yīng)釜的出料口通過一第一管道與該老化閃 蒸釜的進料口相連接，該第一管道上設(shè)有一循環(huán)泵，該循環(huán)泵上還設(shè)有一循環(huán)管路與該反 應(yīng)釜相連接，該循環(huán)管路上設(shè)有一閥門、一冷卻器和一在線折光儀，該在線折光儀與該神經(jīng) 網(wǎng)絡(luò)軟測量模型控制器相連接，該反應(yīng)釜上還設(shè)有一溫度檢測器，該溫度檢測器與該神經(jīng) 網(wǎng)絡(luò)軟測量模型控制器相連接，該神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)軟測量模型控制器還與一雙乙烯酮中醋酐濃度 檢測器相連接。較佳地，該反應(yīng)釜的第一進料管道上還設(shè)有一第一流量控制器，該反應(yīng)釜的第二 進料管道上還設(shè)有一第二流量控制器。較佳地，該乙酰乙酸酯連續(xù)反應(yīng)體系在線檢測和控制裝置還設(shè)有一流量比例控制 器，該神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)軟測量模型控制器與該流量比例控制器相連接，該流量比例控制器通過一 第一輸出線路與該第一流量控制器相連接，該流量比例控制器還通過一第二輸出線路與該 第二流量控制器相連接。較佳地，該神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)軟測量模型控制器通過一第三輸出線路與該流量比例控制器 相連接。較佳地，該在線折光儀通過一第四輸出線路與該神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)軟測量模型控制器相連接。較佳地，該溫度檢測器通過一第五輸出線路與該神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)軟測量模型控制器相連 接。較佳地，該神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)軟測量模型控制器通過一第六輸出線路與一雙乙烯酮中醋酐 濃度檢測器相連接。較佳地，該雙乙烯酮中醋酐濃度檢測器為色譜儀，是批量檢測雙乙烯酮中醋酐濃度。本發(fā)明的乙酰乙酸酯連續(xù)反應(yīng)體系的在線檢測與控制方法，其包括以下步驟S1,比例控制雙乙烯酮和脂肪醇的投料量進行酯化反應(yīng)，實時測定并采集多組連續(xù)反應(yīng)體系的折光率、反應(yīng)溫度、雙乙烯酮的醋酐含量以及反應(yīng)體系中脂肪醇、乙酰乙酸酯 的濃度數(shù)據(jù)；&、選定所述折光率、反應(yīng)溫度和雙乙烯酮的醋酐含量為模型輸入變量，反應(yīng)體系 中脂肪醇、乙酰乙酸酯的濃度數(shù)據(jù)為模型輸出變量，建立神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)軟測量模型，得到一組權(quán) 值和閥值；&、在采集連續(xù)反應(yīng)體系的折光率、反應(yīng)溫度、雙乙烯酮的醋酐含量的同時，將所 述訓練好的權(quán)值和閥值代入并計算出神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)軟測量模型輸出值，基于將其反歸一化后得 到的實時軟測量模型值，進一步得到流量控制器的控制值，用于控制雙乙烯酮和脂肪醇的流量。較佳地，所述神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的結(jié)構(gòu)為輸入層神經(jīng)元數(shù)由輸入變量的個數(shù)決定，為 3-7，中間隱含層數(shù)為1-10，各隱含層神經(jīng)元數(shù)為3-100，輸出層神經(jīng)元數(shù)由反應(yīng)體系主要 組分的個數(shù)決定，為1-10。較佳地，步驟&中，在將所述折光率、反應(yīng)溫度和雙乙烯酮的醋酐含量輸入模型之 前，用(1)式對三者進行歸一化處理，得到W，1]的數(shù)據(jù)，XX = (X-Xmin) / (Xmax-Xmin) (1)，其中xx是歸一化后神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的輸入，X是輸入變量，[Xmin, Xmax]是輸入變量取 值范圍，Xmin為輸入變量的最小值，Xmax為輸入變量的最大值。較佳地，步驟&中得到權(quán)值和閥值的步驟進一步包括將步驟S1中采集的多組數(shù) 據(jù)分為兩部分，一部分作為模型的訓練樣本，另一部分作為模型的預(yù)測樣本；通過對樣本的 訓練和仿真，得到誤差滿足預(yù)設(shè)條件的一組權(quán)值和閥值。較佳地，步驟S1中所述的折光率在恒定溫度下測定，在反應(yīng)釜上設(shè)置循環(huán)管路和 循環(huán)泵，在循環(huán)管路上加裝冷卻器和在線折光儀，開啟循環(huán)管路閥門和循環(huán)泵，循環(huán)管路物 料冷卻至恒定溫度，再經(jīng)由安裝在循環(huán)管路上的在線折光儀測定折光率。較佳地，步驟S1中采集的折光率的取值范圍為[1. 3950，1. 4050]，反應(yīng)溫度的取值 范圍為W0，95]，單位為。C，雙乙烯酮中醋酐含量(wt%)的取值范圍W. 05，1.50]。較佳地，步驟&中控制雙乙烯酮和脂肪醇的流量的步驟進一步包括基于所述實 時軟測量模型值，串級控制流量比例控制器，再通過反應(yīng)釜的流量調(diào)節(jié)閥來控制雙乙烯酮 和脂肪醇的流量。較佳地，所述乙酰乙酸酯為由雙乙烯酮和相應(yīng)的C1-C6脂肪醇酯化反應(yīng)得到的產(chǎn) 物。較佳地，所述乙酰乙酸酯為乙酰乙酸甲酯、乙酰乙酸乙酯、乙酰乙酸正丙酯、乙酰
乙酸異丙酯、乙酰乙酸正丁酯或乙酰乙酰異丁酯。本發(fā)明的乙酰乙酸酯的制備工藝，其步驟包括如下將雙乙烯酮和脂肪醇連續(xù) 進料至反應(yīng)釜，在催化劑作用下進行酯化反應(yīng)，然后連續(xù)出料至老化閃蒸釜中，將輕組分 蒸出，反應(yīng)粗品出料，即可；其中，控制反應(yīng)釜內(nèi)脂肪醇的質(zhì)量占反應(yīng)液總量的百分比為 5% 20%。其中，所述的脂肪醇為本領(lǐng)域常規(guī)合成乙酰乙酸酯常規(guī)的脂肪醇，較佳的為C1 C6的脂肪醇，更佳的為甲醇、乙醇、正丙醇和異丙醇中的一種或多種。其中，所述的催化劑為 本領(lǐng)域常用的有機胺類催化劑，可為二乙烯三胺、三乙烯二胺和三乙胺中的一種或多種，所述的催化劑占反應(yīng)液原料總量的質(zhì)量百分比較佳的為0. 05% 0. 2%。本發(fā)明的反應(yīng)體系 為均相反應(yīng)體系，所述的催化劑一般溶于脂肪醇中，與脂肪醇一起進料。其中，所述的雙乙烯酮、脂肪醇和催化劑的進料速率是與具體生產(chǎn)工藝規(guī)模密切 聯(lián)系的，本領(lǐng)域的技術(shù)人員應(yīng)該知道針對某個特定規(guī)模的生產(chǎn)工藝，可根據(jù)生產(chǎn)規(guī)模、反應(yīng) 熱效應(yīng)以及反應(yīng)釜的有效體積等參數(shù)按本領(lǐng)域工程方法調(diào)整原料的進料速率。對于乙酰乙酸酯的制備，一般間歇式生產(chǎn)工藝中，由于原料雙乙烯酮中會帶入醋 酐雜質(zhì)，這些雜質(zhì)在反應(yīng)液中累積，使反應(yīng)粗品低沸雜質(zhì)過多，目標產(chǎn)品質(zhì)量低下。經(jīng)過仔 細研究乙酰乙酸酯的合成反應(yīng)，發(fā)明人注意到雙乙烯酮與脂肪醇的反應(yīng)十分迅速，在脂肪 醇原料充足條件下，雙乙烯酮進入反應(yīng)液中一般立即消耗，在反應(yīng)體系的含量可忽略不計， 在此基礎(chǔ)上，經(jīng)過大量實驗研究試圖找到一種除去低沸點雜質(zhì)的方法，終于發(fā)現(xiàn)本發(fā)明通 過加入過量脂肪醇，使反應(yīng)后剩余的脂肪醇占反應(yīng)釜內(nèi)反應(yīng)液中的濃度控制在質(zhì)量百分比 5 % 20 %，從而使脂肪醇和大部分醋酐反應(yīng)生成相應(yīng)的醋酸和醋酸酯，其他少量醋酐由于 在老化閃蒸釜中溫度較高，也進一步反應(yīng)生成醋酸和醋酸酯，在老化閃蒸釜中，大部分醋酸 和醋酸酯閃蒸出反應(yīng)體系，液相反應(yīng)粗品中的醋酐基本消除，由此顯著提高產(chǎn)品質(zhì)量。特別 將反應(yīng)釜內(nèi)脂肪醇含量控制為反應(yīng)液中的濃度質(zhì)量百分比5% 20%，是因為，如果脂肪 醇濃度過高，由于脂肪醇在反應(yīng)釜內(nèi)冷凝回流導致反應(yīng)溫度低反應(yīng)不完全，如果脂肪醇濃 度過低，會導致雙乙烯酮的反應(yīng)消耗量小于投料量，致使雙乙烯酮在反應(yīng)釜內(nèi)累積，造成安 ^^^ 急 ^^ ο所述的輕組分是指乙酰乙酸酯生產(chǎn)過程中由原料引入的雜質(zhì)醋酐與脂肪醇生成 的醋酸酯和醋酸等低沸點雜質(zhì)，以及由副反應(yīng)而生成的丙酮，同時還包括因蒸出而夾帶的 部分原料脂肪醇及少量乙酰乙酸酯。其中，所述的反應(yīng)釜中的溫度為本領(lǐng)域合成雙乙烯酮和脂肪醇進行酯化反應(yīng)的常 規(guī)反應(yīng)溫度，較佳的為60 95°C。其中，考慮到在老化閃蒸釜中，為將從酯化釜中出料的反應(yīng)液內(nèi)的不穩(wěn)定的反應(yīng) 中間體繼續(xù)反應(yīng)生成穩(wěn)定的反應(yīng)產(chǎn)物，同時將輕組分蒸出，所述的老化閃蒸釜中的溫度和 壓力可為本領(lǐng)域合成雙乙烯酮和脂肪醇發(fā)生酯化反應(yīng)之后常規(guī)的老化反應(yīng)溫度和壓力，較 佳地優(yōu)選老化反應(yīng)的溫度為105 140°C，操作壓力0. 5 Iatm(A)。上述優(yōu)選的老化閃蒸 釜的反應(yīng)溫度和壓力條件可以使反應(yīng)穩(wěn)定連續(xù)進行，進而得到純度較高的粗產(chǎn)品出料，有 利于后期精制分離，進一步保證產(chǎn)品質(zhì)量。其中，考慮到輕組分中含有的部分反應(yīng)的原料和目標產(chǎn)品，為了降低原料單耗，較 佳地，將輕組分分流，一路作為循環(huán)物料返回酯化釜，一路出料進入去醇回收工序分離輕組 分并回收過量脂肪醇。所述的輕組分分流的比例本領(lǐng)域的技術(shù)人員可根據(jù)具體工藝原料單 耗和物料平衡調(diào)整分流的比例，所述的輕組分分流的循環(huán)物料與去脂肪醇回收工序的物料 質(zhì)量比例較佳的為1 5 5 1。其中，所述的雙乙烯酮和脂肪醇連續(xù)進料至反應(yīng)釜之前較佳的還可按照常規(guī)連續(xù) 生產(chǎn)工藝方式在反應(yīng)釜中建立初始反應(yīng)液位；其中，初始反應(yīng)液中脂肪醇的質(zhì)量占反應(yīng)液 總量的百分比為5% 20%。所述的初始反應(yīng)液位的建立方式較佳的為在反應(yīng)釜中加入 一定量的脂肪醇和催化劑，并緩慢滴加雙乙烯酮，控制反應(yīng)釜溫度為65 85°C，建立初始 反應(yīng)液位。其中，所述的初始反應(yīng)液位的高低本領(lǐng)域的技術(shù)人員應(yīng)該知道可按照具體生產(chǎn)規(guī)模、反應(yīng)熱效應(yīng)以及反應(yīng)釜的有效體積等參數(shù)按本領(lǐng)域常規(guī)方式調(diào)整原料的初始反應(yīng)液 位。其中，所述的老化釜中液相反應(yīng)粗品出料之后，一般經(jīng)催化劑分離工序脫除催化 劑后，再經(jīng)脫低沸、脫高沸塔連續(xù)精餾等純化工序得到精制乙酰乙酸酯。本發(fā)明中，所述的乙酰乙酸酯的連續(xù)制備工藝，在符合本領(lǐng)域常識的基礎(chǔ)上，上述 的各制備工藝的技術(shù)特征的優(yōu)選條件可以任意組合得到乙酰乙酸酯的連續(xù)制備工藝的較 佳實例。本發(fā)明中，在符合本領(lǐng)域常識的基礎(chǔ)上，上述各技術(shù)特征的優(yōu)選條件可以任意組 合得到較佳實例。本發(fā)明的積極進步效果在于本發(fā)明提供了一種乙酰乙酸酯連續(xù)反應(yīng)體系的在線 檢測和控制方法和裝置。本發(fā)明的方法能夠?qū)崟r監(jiān)測乙酰乙酸酯連續(xù)制備工藝中反應(yīng)體系 主要組分濃度，將不正常反應(yīng)工況防患于未然，同時還能夠及時根據(jù)實時檢測數(shù)據(jù)相應(yīng)控 制調(diào)整原料進料量比例，來確保反應(yīng)體系主要組分濃度在正常工藝范圍內(nèi)，進一步優(yōu)化乙 酰乙酸酯的連續(xù)制備工藝。


圖1為本發(fā)明的乙酰乙酸酯連續(xù)反應(yīng)體系的在線檢測和控制裝置示意圖。圖2神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)軟測量模型控制器示意圖。圖中Wm是第i個輸入神經(jīng)元到j(luò)個隱 含層神經(jīng)元的權(quán)值，WWj, k是第j個隱含層神經(jīng)元到k個輸出層神經(jīng)元的權(quán)值，bj是隱含層 第j神經(jīng)元的閥值，bbk輸出層第k神經(jīng)元的閥值。
具體實施例方式下面結(jié)合附圖給出本發(fā)明較佳實施例，以詳細說明本發(fā)明的技術(shù)方案。本發(fā)明的乙酰乙酸酯連續(xù)反應(yīng)體系的在線檢測和控制裝置，如圖1所示，其包括 反應(yīng)釜R1、老化閃蒸釜R2和神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)軟測量模型控制器ANN，反應(yīng)釜Rl的出料口通過第一 管道1與老化閃蒸釜R2的進料口相連接，第一管道1上設(shè)有循環(huán)泵Bi，循環(huán)泵Bl上還設(shè) 有循環(huán)管路2與反應(yīng)釜Rl相連接，循環(huán)管路2上設(shè)有閥門3、冷卻器El和在線折光儀XI， 在線折光儀Xl與神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)軟測量模型控制器ANN相連接，反應(yīng)釜Rl上還設(shè)有溫度檢測器 TI1，溫度檢測器TIl與神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)軟測量模型控制器ANN相連接，神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)軟測量模型控制 器ANN還與一雙乙烯酮中醋酐濃度檢測器AIl相連接。其中，在線折光儀Xl優(yōu)選通過第四 輸出線路4與神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)軟測量模型控制器ANN相連接；溫度檢測器TIl優(yōu)選通過第五輸出 線路5與神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)軟測量模型控制器ANN相連接；神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)軟測量模型控制器ANN優(yōu)選通 過第六輸出線路6與雙乙烯酮中醋酐濃度檢測器AIl相連接；雙乙烯酮中醋酐濃度檢測器 AIl優(yōu)選為色譜儀。其中，反應(yīng)釜Rl的第一進料管道7上還設(shè)有第一流量控制器FCl，反應(yīng)釜的第二進 料管道8上還設(shè)有第二流量控制器FC2由此可根據(jù)神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)軟測量模型控制器ANN測得的 乙酰乙酸酯連續(xù)制備工藝的反應(yīng)體系中主要組分濃度相應(yīng)控制調(diào)整各原料進料量比例。本 發(fā)明的乙酰乙酸酯連續(xù)反應(yīng)體系在線檢測和控制裝置較佳地還設(shè)有流量比例控制器FC3， 神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)軟測量模型控制器ANN與流量比例控制器FC3相連接，流量比例控制器FC3通過第一輸出線路9與第一流量控制器FCl相連接，流量比例控制器FC3還通過第二輸出線路 10與第二流量控制器FC2相連接；由此可以通過流量比例控制器自動控制調(diào)節(jié)各原料進料 量比例。神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)軟測量模型控制器ANN優(yōu)選通過第三輸出線路11與該流量比例控制器 FC3相連接。基于上述的裝置，本發(fā)明的乙酰乙酸酯連續(xù)反應(yīng)體系的在線檢測與控制方法包括 以下步驟。首先在連續(xù)酯化法生產(chǎn)乙酰乙酸甲酯工藝中，以一定質(zhì)量流量Fl滴加雙乙烯 酮，一定質(zhì)量流量F2滴加甲醇，并保持FC3 = F2/F1 = 1-1. 7 (質(zhì)量比)進行酯化反應(yīng)。實 時測定連續(xù)反應(yīng)體系折光率Xl和溫度TI1以及雙乙烯酮的醋酐含量AI1，反應(yīng)體系主要組 分濃度。折光率Xl取值范圍[1.3950，1.4050]，反應(yīng)溫度TIl取值范圍[80，90]，雙乙烯酮 中醋酐含量(wt% )，AIl取值范圍
。其中，在測定在線折光率時，為了保證軟測量模型的準確性，要求在線折光率在恒 定溫度下測定，如圖1所示，通過在反應(yīng)釜設(shè)置循環(huán)管路和循環(huán)泵，循環(huán)管路上加裝冷卻器 和在線折光儀，操作時，開啟循環(huán)管路閥門和循環(huán)泵，循環(huán)管路物料通過冷卻器并保持恒定 溫度，再經(jīng)由安裝在管路上的在線折光儀測定折光率。從連續(xù)酯化生產(chǎn)裝置中取折光率Xl、溫度TIl、雙乙烯酮的醋酐含量AI1和反應(yīng)體 系主要組分濃度100組數(shù)據(jù)(本實施例中，主要組分濃度指反應(yīng)體系中脂肪醇、乙酰乙酸酯 的濃度數(shù)據(jù))，折光率XI、溫度TI1、雙乙烯酮的醋酐含量AIl作為軟測量模型的輸入值，相 對應(yīng)的反應(yīng)體系主要組分濃度作為目標值。并對實時數(shù)據(jù)進行大誤差剔除。由于神經(jīng)網(wǎng)絡(luò) 計算非線性激勵函數(shù)的值域在
，為避免網(wǎng)絡(luò)出現(xiàn)假飽和陷入局部最低點，必須對輸入 樣本值進行歸一化處理，按式(1)進行歸一化，得到W，1]的數(shù)據(jù)。XX = (X-Xmin) / (Xmax-Xmin) (1)其中XX是歸一化后神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的輸入；X是輸入變量；[Xmin，Xmax]是輸入變量取值范圍。神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的結(jié)構(gòu)可以為輸入層神經(jīng)元數(shù)i = 2-7，中間隱含層層數(shù)m = 1_10，各 隱含層神經(jīng)元數(shù)為j = 3-100，輸出層神經(jīng)元數(shù)為k = 1-10\。按上述方法采集多組數(shù)據(jù)，分為二部分，一部分作為模型的訓練樣本，一部分作為 模擬的預(yù)測樣本。通過對樣本的訓練和仿真，得到誤差較小的一組權(quán)值和閥值，將神經(jīng)網(wǎng)絡(luò) 模型的輸出值反歸一化后，所得數(shù)據(jù)為軟測量模型輸出值，可實時間接測定反應(yīng)體系中主 要組分的濃度。本實施例中采取三層結(jié)構(gòu)的BP神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)模型建立乙酰乙酸酯連續(xù)反應(yīng)體系軟測 量模型，模型見圖2。前述100種數(shù)據(jù)中的前70組數(shù)據(jù)做為訓練樣本，后30組數(shù)據(jù)作為仿 真樣本。本實例中神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)模型選用隱層數(shù)為1，隱層神經(jīng)元數(shù)為13，輸出變量為2，采用 Levenberg-Maequardt訓練函數(shù)。得到訓練和仿真誤差較小的一組權(quán)值和閥值。權(quán)值和閥 值具體如下Wljl = 16. 181 W2a = 3. 245 = -3. 938 W1,2 = -10. 834 w2,2 = -4. 943 w3j2 = 1. 520wlj3 = 4. 300 w2j3 = "I. 438 w3,3 =—3. 334 wlj4 = -0. 555 w2j4 = 6. 530 w3, 4 = -4. 333
wlj5 = 11. 418 w2j5 = 4. 609 w3,5 = _5· 143 wlj6 = 11. 665 w2j6 = -1. 513 w3, 6 = 3. 994wlj7 = -2. 411 w2j7 = 8. 264 w3,7 = 106 W1,8 = -13. 153 w2,8 = -4. 576 W3,8 = 4. 289wlj9 = 19. 659 w2,9 = _3. 410 w3,9 = _0. 756 Wljlo = -3. 206 w2jl0 = 6. 882 W3,10 = -1· 7155Wljll = 3. 731 W2ai = -6. 003 w3ai = 4. 069 wia2 = 11. 611 w2,12 =-5. 442 W3jl2 = 0. 363Wljl3 = 15. 003 W2a3 = _4. 006 w3,13 = _3. 846 ；

WWljl = 0. 676 WW2a = -1. 198 ww3a = -0. 417 ww4a = 1. 213 ww5jl = -0. 012ww6jl = 1. 104 ww7jl = 1. 091 ww8a = -0. 542 ww9jl = -0. 546 wwlj01 = 0. 779WWljll = 1. 162 WWlj21 = -0. 445 wwlj31 = 0. 171 wwlj2 = 0. 8134 ww2j2 = 1. 4797WW2j3 = 0. 384 WWljl = 1. 643 WW1 a = 0. 595 WW1 a = 0. 659 WW1 a = _0. 864WWljl = 0. 141 WWljl = -0. 784 WW1 a = 0. 279 WW1 a = 0. 833 ；bi = -13. 586 b2 = 4. 088 b3 = 5. 885 b4 = -1. 093 b5 = -4. 923 b6 =-14. 994b7 = -l. 028 b8 = 4. 218 b9 = _7. 284b b10 = 3. 566 bn = 3. 424 b12 = 2. 026b13 = -5. 086 bb2 = 2. 953 bb2 = 2. 953。(其中Wi,j是第i個輸入神經(jīng)元到j(luò)個隱含層神經(jīng)元的權(quán)值，WWj, k是第j個隱含 層神經(jīng)元到k個輸出層神經(jīng)元的權(quán)值，bj是隱含層第j個神經(jīng)元的閥值，bbk輸出層第k個 神經(jīng)元的閥值。)以上為神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)軟測量模型離線仿真和預(yù)測過程，在實際生產(chǎn)裝置中，需要在控 制系統(tǒng)上使用過程控制語言編程實現(xiàn)上述過程，并通過控制系統(tǒng)實施對工藝數(shù)據(jù)的實時、 連續(xù)采集，經(jīng)已經(jīng)訓練好的權(quán)值和閥值代入并計算出神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)模型輸出值，將其進行反歸 一化后的實時軟測量模型值，作為流量控制器FC3的輸入，控制器FC3按相應(yīng)控制規(guī)律運算 得到FC3控制值，也可以手動輸入FC3的控制值，用于控制雙乙烯酮和脂肪醇的流量，最終 實現(xiàn)乙酰乙酸甲酯連續(xù)反應(yīng)體系的在線檢測和控制。在反應(yīng)釜進料流量控制良好和連續(xù)反應(yīng)體系主要組分濃度數(shù)據(jù)準確的前提下，雙 乙烯酮和脂肪醇流量比例控制器根據(jù)神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的軟測量值作為比例控制器的設(shè)定值來串 級控制流量比例控制器，再通過反應(yīng)釜的流量調(diào)節(jié)閥來控制雙乙烯酮和脂肪醇的流量。如 前所述，流量比例控制器的設(shè)定值既可手動輸入，也可來自軟測量模型。本發(fā)明實現(xiàn)了對乙酰乙酸酯連續(xù)反應(yīng)體系實時在線檢測和控制，準確間接測定反 應(yīng)體系中主要組分濃度的變化情況，克服了離線分析所存在的滯后時間長、兩次分析間隔 無有效監(jiān)控的缺點，同時，由于雙乙烯酮的高度危險性，對在線檢測的可靠性要求非常高， 通過神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)軟測量模型能夠準確反映反應(yīng)液體系的組成，從而保證了工藝安全、穩(wěn)定運 轉(zhuǎn)，使工藝達到最優(yōu)化控制。本發(fā)明實施例以乙酰乙酸甲酯連續(xù)反應(yīng)體系為例，同時也適用于乙酰乙酸乙酯、 乙酰乙酸正丙酯、乙酰乙酸異丙酯、乙酰乙酸正丁酯和乙酰乙酰異丁酯等由雙乙烯酮和相 應(yīng)的C1-C6醇的酯化反應(yīng)得到的乙酰乙酸酯連續(xù)反應(yīng)體系。因此本領(lǐng)域技術(shù)人員可以按照本發(fā)明所闡述的內(nèi)容及實施例實施上述乙酰乙酸酯連續(xù) 反應(yīng)體系的在線檢測和控制。本發(fā) 明所要保護的范圍以權(quán)利要求書為準。
權(quán)利要求
1.一種乙酰乙酸酯連續(xù)反應(yīng)體系在線檢測和控制裝置，其特征在于其包括一反應(yīng) 釜、一老化閃蒸釜和一神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)軟測量模型控制器，該反應(yīng)釜的出料口通過一第一管道與 該老化閃蒸釜的進料口相連接，該第一管道上設(shè)有一循環(huán)泵，該循環(huán)泵上還設(shè)有一循環(huán)管 路與該反應(yīng)釜相連接，該循環(huán)管路上設(shè)有一閥門、一冷卻器和一在線折光儀，該在線折光儀 與該神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)軟測量模型控制器相連接，該反應(yīng)釜上還設(shè)有一溫度檢測器，該溫度檢測器 與該神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)軟測量模型控制器相連接，該神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)軟測量模型控制器還與一雙乙烯酮中 醋酐濃度檢測器相連接。
2.如權(quán)利要求1所述的乙酰乙酸酯連續(xù)反應(yīng)體系在線檢測和控制裝置，其特征在于 該反應(yīng)釜的第一進料管道上還設(shè)有一第一流量控制器，該反應(yīng)釜的第二進料管道上還設(shè)有 一第二流量控制器。
3.如權(quán)利要求2所述的乙酰乙酸酯連續(xù)反應(yīng)體系在線檢測和控制裝置，其特征在于 該乙酰乙酸酯連續(xù)反應(yīng)體系在線檢測和控制裝置還設(shè)有一流量比例控制器，該神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)軟 測量模型控制器與該流量比例控制器相連接，該流量比例控制器通過一第一輸出線路與該 第一流量控制器相連接，該流量比例控制器還通過一第二輸出線路與該第二流量控制器相 連接。
4.如權(quán)利要求1所述的乙酰乙酸酯連續(xù)反應(yīng)體系在線檢測和控制裝置，其特征在于 該雙乙烯酮中醋酐濃度檢測器為色譜儀。
5.如權(quán)利要求1 4任一項所述的乙酰乙酸酯連續(xù)反應(yīng)體系在線檢測和控制裝置， 其特征在于該神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)軟測量模型控制器通過一第三輸出線路與該流量比例控制器相連 接；該在線折光儀通過一第四輸出線路與該神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)軟測量模型控制器相連接；該溫度檢 測器通過一第五輸出線路與該神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)軟測量模型控制器相連接；該神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)軟測量模型 控制器通過一第六輸出線路與一雙乙烯酮中醋酐濃度檢測器相連接。
6.一種乙酰乙酸酯連續(xù)反應(yīng)體系的在線檢測與控制方法，其特征在于，其包括以下步驟S1,比例控制雙乙烯酮和脂肪醇的投料量進行酯化反應(yīng)，實時測定并采集多組連續(xù)反 應(yīng)體系的折光率、反應(yīng)溫度、雙乙烯酮的醋酐含量以及反應(yīng)體系中脂肪醇、乙酰乙酸酯的濃 度數(shù)據(jù)；&、選定所述折光率、反應(yīng)溫度和雙乙烯酮的醋酐含量為模型輸入變量，反應(yīng)體系中脂 肪醇、乙酰乙酸酯的濃度數(shù)據(jù)為模型輸出變量，建立神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)軟測量模型，得到一組權(quán)值和 閥值；6.在采集連續(xù)反應(yīng)體系的折光率、反應(yīng)溫度、雙乙烯酮的醋酐含量的同時，將所述訓 練好的權(quán)值和閥值代入并計算出神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)軟測量模型輸出值，基于將其反歸一化后得到的 實時軟測量模型值，進一步得到流量控制器的控制值，用于控制雙乙烯酮和脂肪醇的流量。
7.如權(quán)利要求6所述的乙酰乙酸酯連續(xù)反應(yīng)體系的在線檢測與控制方法，其特征在 于，所述神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的結(jié)構(gòu)為輸入層神經(jīng)元數(shù)由輸入變量的個數(shù)決定，為3-7，中間隱含層 數(shù)為1-10，各隱含層神經(jīng)元數(shù)為3-100，輸出層神經(jīng)元數(shù)為1-10。
8.如權(quán)利要求6所述的乙酰乙酸酯連續(xù)反應(yīng)體系的在線檢測與控制方法，其特征在 于，步驟&中，在將所述折光率、反應(yīng)溫度和雙乙烯酮的醋酐含量輸入模型之前，用(1)式 對三者進行歸一化處理，得到W，l]的數(shù)據(jù)，XX = (X-Xmin)/(Xmax-Xmin)(1),其中XX是歸一化后神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的輸入，X是輸入變量，[Xmin, Xmax]是輸入變量取值范 圍，Xmin為輸入變量的最小值，Xmax為輸入變量的最大值。
9.如權(quán)利要求6所述的乙酰乙酸酯連續(xù)反應(yīng)體系的在線檢測與控制方法，其特征在 于，步驟&中得到權(quán)值和閥值的步驟進一步包括將步驟S1中采集的多組數(shù)據(jù)分為兩部分， 一部分作為模型的訓練樣本，另一部分作為模型的預(yù)測樣本；通過對樣本的訓練和仿真，得 到誤差滿足預(yù)設(shè)條件的一組權(quán)值和閥值。
10.如權(quán)利要求6所述的乙酰乙酸酯連續(xù)反應(yīng)體系的在線檢測與控制方法，其特征在 于，步驟S1中所述的折光率在恒定溫度下測定，在反應(yīng)釜上設(shè)置循環(huán)管路和循環(huán)泵，在循環(huán) 管路上加裝冷卻器和在線折光儀，開啟循環(huán)管路閥門和循環(huán)泵，循環(huán)管路物料冷卻至恒定 溫度，再經(jīng)由安裝在循環(huán)管路上的在線折光儀測定折光率。
11.如權(quán)利要求6所述的乙酰乙酸酯連續(xù)反應(yīng)體系的在線檢測與控制方法，其特征在 于，步驟S1中采集的折光率的取值范圍為[1.3950,1.4050]；反應(yīng)溫度的取值范圍為W0， 95]，單位為。C ；雙乙烯酮中醋酐含量的取值范圍W. 05，1.50]，單位為wt%。
12.如權(quán)利要求6所述的乙酰乙酸酯連續(xù)反應(yīng)體系的在線檢測與控制方法，其特征在 于，步驟&中控制雙乙烯酮和脂肪醇的流量的步驟進一步包括基于所述實時軟測量模型 值，串級控制流量比例控制器，再通過反應(yīng)釜的流量調(diào)節(jié)閥來控制雙乙烯酮和脂肪醇的流 量。
13.如權(quán)利要求6所述的乙酰乙酸酯連續(xù)反應(yīng)體系的在線檢測與控制方法，其特征在 于，所述乙酰乙酸酯為由雙乙烯酮和相應(yīng)的C1-C6脂肪醇酯化反應(yīng)得到的產(chǎn)物。
14.如權(quán)利要求13所述的乙酰乙酸酯連續(xù)反應(yīng)體系的在線檢測與控制方法，其特征在 于，所述乙酰乙酸酯為乙酰乙酸甲酯、乙酰乙酸乙酯、乙酰乙酸正丙酯、乙酰乙酸異丙酯、乙 酰乙酸正丁酯或乙酰乙酰異丁酯。
全文摘要
本發(fā)明提供了一種乙酰乙酸酯連續(xù)反應(yīng)體系的在線檢測和控制方法及其裝置。該方法包括如下步驟比例控制雙乙烯酮和脂肪醇的投料量，進行酯化反應(yīng)，同時在線測定反應(yīng)體系的折光率和反應(yīng)溫度，并根據(jù)折光率、進料雙乙烯酮中醋酐含量和反應(yīng)溫度建立間接測定反應(yīng)釜中主要組分濃度的神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)軟測量模型，基于該模型對流量比例控制器進行修正和控制，實現(xiàn)乙酰乙酸酯連續(xù)反應(yīng)體系的在線檢測和控制。本發(fā)明能夠?qū)崟r監(jiān)測乙酰乙酸酯連續(xù)制備工藝中反應(yīng)體系主要組分濃度，將不正常反應(yīng)工況防患于未然，同時還能夠及時根據(jù)實時檢測數(shù)據(jù)相應(yīng)控制調(diào)整原料進料量比例，來確保反應(yīng)體系主要組分濃度在正常工藝范圍內(nèi)，進一步優(yōu)化乙酰乙酸酯的連續(xù)制備工藝。
文檔編號G01N21/41GK102103363SQ20091020158
公開日2011年6月22日 申請日期2009年12月22日 優(yōu)先權(quán)日2009年12月22日
發(fā)明者葉小鶴, 曾義紅, 王文強, 石平, 蔡蘭平, 陳艷敏 申請人:上海吳涇化工有限公司