CN102103363B - 乙酰乙酸酯连续反应体系的在线检测和控制方法及其装置 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种乙酰乙酸酯连续反应体系的在线检测和控制方法及其装置。该方法包括如下步骤：比例控制双乙烯酮和脂肪醇的投料量，进行酯化反应，同时在线测定反应体系的折光率和反应温度，并根据折光率、进料双乙烯酮中醋酐含量和反应温度建立间接测定反应釜中主要组分浓度的神经网络软测量模型，基于该模型对流量比例控制器进行修正和控制，实现乙酰乙酸酯连续反应体系的在线检测和控制。本发明能够实时监测乙酰乙酸酯连续制备工艺中反应体系主要组分浓度，将不正常反应工况防患于未然，同时还能够及时根据实时检测数据相应控制调整原料进料量比例，来确保反应体系主要组分浓度在正常工艺范围内，进一步优化乙酰乙酸酯的连续制备工艺。

Description

乙酰乙酸酯连续反应体系的在线检测和控制方法及其装置

技术领域

本发明涉及一种乙酰乙酸酯连续反应体系的在线检测与控制方法和装置。

背景技术

乙酰乙酸酯是一种重要的化工及医药中间体，可用于合成医药、农药、维生素和化工原料等。目前，有关乙酰乙酸酯的制备工艺研究一般为间歇生产工艺，其主要包括：在反应釜中加入一定量的醇和催化剂，然后滴加双乙烯酮，逐步升高温度，根据实际反应情况逐步滴加准确计量的双乙烯酮，等料液全部滴加，反应完成后，才能进行色谱分析进一步确认反应情况。然而，随着乙酰乙酸酯产能的不断扩大，间歇酯化法生产的缺点逐渐暴露：首先乙酰乙酸酯的生产规模受到极大地限制；其次，双乙烯酮是一种极具爆炸危险性的物质，反应过程中若加入量少，醇类消耗不完全造成原料浪费，若加入量多，双乙烯酮过于累积存在发生爆聚的危险，间歇酯化法生产工艺操作繁琐，容易导致误操作引发危险；再次，合成反应结束后必须进行反应液组成分析才能确定粗酯含量，而且一旦存在配料比不正确或反应工况不好，造成低沸杂质过多，则需要采取增滴双乙烯酮等方法进行补救，否则会导致后期精馏等纯化工序难以得到合格产品；最后，对于反应结束后粗酯液中存在的醋酐难以通过精馏方法除去，只能在粗酯反应液中加入浓硫酸或强碱，在一定条件下的化学反应除去醋酐，但是强酸或强碱的加入又易使乙酰乙酸酯发生分解，进一步导致产品收率降低。

发明内容

本发明要解决的技术问题是提供一种乙酰乙酸酯连续反应体系的在线检测和控制方法和装置，该方法能够及时在线检测反应体系主要组分浓度，同时还能够根据实时检测数据控制调整主要组分浓度，进一步优化合成乙酰乙酸酯的连续制备工艺。

现有乙酰乙酸酯的制备工艺中单套间歇式反应装置生产规模较小且操作繁琐，而容易误操作引发危险，反应粗品中的醋酐难以通过精馏方法除去，而若使用浓硫酸或强碱除醋酐则易使乙酰乙酸酯发生分解导致产品收率降低等缺陷，因而，发明人经过大量实验研究发展出一种乙酰乙酸酯的连续制备工艺。该乙酰乙酸酯的连续制备工艺，其步骤包括如下：将双乙烯酮和脂肪醇连续进料至反应釜，在催化剂作用下进行酯化反应，然后连续出料至老化闪蒸釜中，将轻组分蒸出，反应粗品出料，即可；其中，控制反应釜内脂肪醇的质量占反应液总量的百分比为5％～20％。发明人发明的乙酰乙酸酯连续制备工艺能够连续制备生产乙酰乙酸酯，扩大生产能力，且操作简便、安全性高而劳动强度低，制得的乙酰乙酸酯粗品中目标产物含量高，几乎不含有难以除去的醋酐杂质，保证了产品质量。但是，考虑到双乙烯酮的高危险性，在乙酰乙酸酯连续制备工艺中，原料进料时，尽管通过常规手段或设置自动化控制装置连续进料量来确定酯化反应优选的原料进料比例，一般不会导致反应釜内双乙烯酮的累积，但是各原料在进入反应釜后，因反应釜中的反应为连续进行，陆续有原料进料和反应液出料，再加上影响酯化反应程度的因素众多，反应釜内部主要组分浓度波动较大，如果脂肪醇浓度过高，由于脂肪醇在反应釜内冷凝回流导致反应温度低使反应不完全，脂肪醇浓度过低，会导致双乙烯酮的反应消耗量小于投料量，致使双乙烯酮在反应釜内累积，造成安全隐患。因此，为了进一步优化合成乙酰乙酸酯的生产工艺，特别是将不正常反应工况防患于未然，实时检测乙酰乙酸酯连续制备工艺中反应体系主要组分浓度是十分必要的；另外，若同时还能够及时根据实时检测数据相应控制调整原料进料量比例，来确保反应体系主要组分浓度在正常工艺范围内，进一步优化乙酰乙酸酯的连续制备工艺。

为了能够实时检测乙酰乙酸酯连续制备工艺中反应体系主要组分浓度，发明人尝试借鉴现有工业化连续生产中在线测定方法，使用色谱在线检测反应体系中主要组分浓度，经过实验研究发现，使用色谱在线检测反应体系主要组分浓度的方法存在着许多不尽人意之处：首当其冲的是色谱仪器昂贵，现场防爆要求高；而同时在线色谱检测依然存在一定的时间间隔，一般能获得检测结果的时间都在30min左右，这样长时间、高频度运行对色谱的使用寿命也是一种严峻的考验。经过多方面考察乙酰乙酸酯连续制备工艺的实际工况，不断实验研究摸索，终于研发出如下所述的一种乙酰乙酸酯连续反应体系的在线检测与控制方法和装置。

本发明是通过下述技术方案来解决上述技术问题的：

本发明的乙酰乙酸酯连续反应体系在线检测和控制装置，其包括一反应釜、一老化闪蒸釜和一神经网络软测量模型控制器，该反应釜的出料口通过一第一管道与该老化闪蒸釜的进料口相连接，该第一管道上设有一循环泵，该循环泵上还设有一循环管路与该反应釜相连接，该循环管路上设有一阀门、一冷却器和一在线折光仪，该在线折光仪与该神经网络软测量模型控制器相连接，该反应釜上还设有一温度检测器，该温度检测器与该神经网络软测量模型控制器相连接，该神经网络软测量模型控制器还与一双乙烯酮中醋酐浓度检测器相连接。

较佳地，该反应釜的第一进料管道上还设有一第一流量控制器，该反应釜的第二进料管道上还设有一第二流量控制器。

较佳地，该乙酰乙酸酯连续反应体系在线检测和控制装置还设有一流量比例控制器，该神经网络软测量模型控制器与该流量比例控制器相连接，该流量比例控制器通过一第一输出线路与该第一流量控制器相连接，该流量比例控制器还通过一第二输出线路与该第二流量控制器相连接。

较佳地，该神经网络软测量模型控制器通过一第三输出线路与该流量比例控制器相连接。

较佳地，该在线折光仪通过一第四输出线路与该神经网络软测量模型控制器相连接。

较佳地，该温度检测器通过一第五输出线路与该神经网络软测量模型控制器相连接。

较佳地，该神经网络软测量模型控制器通过一第六输出线路与一双乙烯酮中醋酐浓度检测器相连接。

较佳地，该双乙烯酮中醋酐浓度检测器为色谱仪，是批量检测双乙烯酮中醋酐浓度。

本发明的乙酰乙酸酯连续反应体系的在线检测与控制方法，其包括以下步骤：

S₁、比例控制双乙烯酮和脂肪醇的投料量进行酯化反应，实时测定并采集多组连续反应体系的折光率、反应温度、双乙烯酮的醋酐含量以及反应体系中脂肪醇、乙酰乙酸酯的浓度数据；

S₂、选定所述折光率、反应温度和双乙烯酮的醋酐含量为模型输入变量，反应体系中脂肪醇、乙酰乙酸酯的浓度数据为模型输出变量，建立神经网络软测量模型，得到一组权值和阀值；

S₃、在采集连续反应体系的折光率、反应温度、双乙烯酮的醋酐含量的同时，将所述训练好的权值和阀值代入并计算出神经网络软测量模型输出值，基于将其反归一化后得到的实时软测量模型值，进一步得到流量控制器的控制值，用于控制双乙烯酮和脂肪醇的流量。

较佳地，所述神经网络的结构为：输入层神经元数由输入变量的个数决定，为3-7，中间隐含层数为1-10，各隐含层神经元数为3-100，输出层神经元数由反应体系主要组分的个数决定，为1-10。

较佳地，步骤S₂中，在将所述折光率、反应温度和双乙烯酮的醋酐含量输入模型之前，用(1)式对三者进行归一化处理，得到[0，1]的数据，

xx＝(X-Xmin)/(Xmax-Xmin)    (1)，

其中：xx是归一化后神经网络的输入，X是输入变量，[Xmin，Xmax]是输入变量取值范围，Xmin为输入变量的最小值，Xmax为输入变量的最大值。

较佳地，步骤S₂中得到权值和阀值的步骤进一步包括：将步骤S₁中采集的多组数据分为两部分，一部分作为模型的训练样本，另一部分作为模型的预测样本；通过对样本的训练和仿真，得到误差满足预设条件的一组权值和阀值。

较佳地，步骤S₁中所述的折光率在恒定温度下测定，在反应釜上设置循环管路和循环泵，在循环管路上加装冷却器和在线折光仪，开启循环管路阀门和循环泵，循环管路物料冷却至恒定温度，再经由安装在循环管路上的在线折光仪测定折光率。

较佳地，步骤S₁中采集的折光率的取值范围为[1.3950，1.4050]，反应温度的取值范围为[60，95]，单位为℃，双乙烯酮中醋酐含量(wt％)的取值范围[0.05，1.50]。

较佳地，步骤S₃中控制双乙烯酮和脂肪醇的流量的步骤进一步包括：基于所述实时软测量模型值，串级控制流量比例控制器，再通过反应釜的流量调节阀来控制双乙烯酮和脂肪醇的流量。

较佳地，所述乙酰乙酸酯为由双乙烯酮和相应的C₁-C₆脂肪醇酯化反应得到的产物。

较佳地，所述乙酰乙酸酯为乙酰乙酸甲酯、乙酰乙酸乙酯、乙酰乙酸正丙酯、乙酰乙酸异丙酯、乙酰乙酸正丁酯或乙酰乙酰异丁酯。

本发明的乙酰乙酸酯的制备工艺，其步骤包括如下：将双乙烯酮和脂肪醇连续进料至反应釜，在催化剂作用下进行酯化反应，然后连续出料至老化闪蒸釜中，将轻组分蒸出，反应粗品出料，即可；其中，控制反应釜内脂肪醇的质量占反应液总量的百分比为5％～20％。

其中，所述的脂肪醇为本领域常规合成乙酰乙酸酯常规的脂肪醇，较佳的为C₁～C₆的脂肪醇，更佳的为甲醇、乙醇、正丙醇和异丙醇中的一种或多种。其中，所述的催化剂为本领域常用的有机胺类催化剂，可为二乙烯三胺、三乙烯二胺和三乙胺中的一种或多种，所述的催化剂占反应液原料总量的质量百分比较佳的为0.05％～0.2％。本发明的反应体系为均相反应体系，所述的催化剂一般溶于脂肪醇中，与脂肪醇一起进料。

其中，所述的双乙烯酮、脂肪醇和催化剂的进料速率是与具体生产工艺规模密切联系的，本领域的技术人员应该知道针对某个特定规模的生产工艺，可根据生产规模、反应热效应以及反应釜的有效体积等参数按本领域工程方法调整原料的进料速率。

对于乙酰乙酸酯的制备，一般间歇式生产工艺中，由于原料双乙烯酮中会带入醋酐杂质，这些杂质在反应液中累积，使反应粗品低沸杂质过多，目标产品质量低下。经过仔细研究乙酰乙酸酯的合成反应，发明人注意到双乙烯酮与脂肪醇的反应十分迅速，在脂肪醇原料充足条件下，双乙烯酮进入反应液中一般立即消耗，在反应体系的含量可忽略不计，在此基础上，经过大量实验研究试图找到一种除去低沸点杂质的方法，终于发现：本发明通过加入过量脂肪醇，使反应后剩余的脂肪醇占反应釜内反应液中的浓度控制在质量百分比5％～20％，从而使脂肪醇和大部分醋酐反应生成相应的醋酸和醋酸酯，其他少量醋酐由于在老化闪蒸釜中温度较高，也进一步反应生成醋酸和醋酸酯，在老化闪蒸釜中，大部分醋酸和醋酸酯闪蒸出反应体系，液相反应粗品中的醋酐基本消除，由此显著提高产品质量。特别将反应釜内脂肪醇含量控制为反应液中的浓度质量百分比5％～20％，是因为，如果脂肪醇浓度过高，由于脂肪醇在反应釜内冷凝回流导致反应温度低反应不完全，如果脂肪醇浓度过低，会导致双乙烯酮的反应消耗量小于投料量，致使双乙烯酮在反应釜内累积，造成安全隐患。

所述的轻组分是指乙酰乙酸酯生产过程中由原料引入的杂质醋酐与脂肪醇生成的醋酸酯和醋酸等低沸点杂质，以及由副反应而生成的丙酮，同时还包括因蒸出而夹带的部分原料脂肪醇及少量乙酰乙酸酯。

其中，所述的反应釜中的温度为本领域合成双乙烯酮和脂肪醇进行酯化反应的常规反应温度，较佳的为60～95℃。

其中，考虑到在老化闪蒸釜中，为将从酯化釜中出料的反应液内的不稳定的反应中间体继续反应生成稳定的反应产物，同时将轻组分蒸出，所述的老化闪蒸釜中的温度和压力可为本领域合成双乙烯酮和脂肪醇发生酯化反应之后常规的老化反应温度和压力，较佳地优选老化反应的温度为105～140℃，操作压力0.5～1atm(A)。上述优选的老化闪蒸釜的反应温度和压力条件可以使反应稳定连续进行，进而得到纯度较高的粗产品出料，有利于后期精制分离，进一步保证产品质量。

其中，考虑到轻组分中含有的部分反应的原料和目标产品，为了降低原料单耗，较佳地，将轻组分分流，一路作为循环物料返回酯化釜，一路出料进入去醇回收工序分离轻组分并回收过量脂肪醇。所述的轻组分分流的比例本领域的技术人员可根据具体工艺原料单耗和物料平衡调整分流的比例，所述的轻组分分流的循环物料与去脂肪醇回收工序的物料质量比例较佳的为1∶5～5∶1。

其中，所述的双乙烯酮和脂肪醇连续进料至反应釜之前较佳的还可按照常规连续生产工艺方式在反应釜中建立初始反应液位；其中，初始反应液中脂肪醇的质量占反应液总量的百分比为5％～20％。所述的初始反应液位的建立方式较佳的为在反应釜中加入一定量的脂肪醇和催化剂，并缓慢滴加双乙烯酮，控制反应釜温度为65～85℃，建立初始反应液位。其中，所述的初始反应液位的高低本领域的技术人员应该知道可按照具体生产规模、反应热效应以及反应釜的有效体积等参数按本领域常规方式调整原料的初始反应液位。

其中，所述的老化釜中液相反应粗品出料之后，一般经催化剂分离工序脱除催化剂后，再经脱低沸、脱高沸塔连续精馏等纯化工序得到精制乙酰乙酸酯。

本发明中，所述的乙酰乙酸酯的连续制备工艺，在符合本领域常识的基础上，上述的各制备工艺的技术特征的优选条件可以任意组合得到乙酰乙酸酯的连续制备工艺的较佳实例。

本发明中，在符合本领域常识的基础上，上述各技术特征的优选条件可以任意组合得到较佳实例。

本发明的积极进步效果在于：本发明提供了一种乙酰乙酸酯连续反应体系的在线检测和控制方法和装置。本发明的方法能够实时监测乙酰乙酸酯连续制备工艺中反应体系主要组分浓度，将不正常反应工况防患于未然，同时还能够及时根据实时检测数据相应控制调整原料进料量比例，来确保反应体系主要组分浓度在正常工艺范围内，进一步优化乙酰乙酸酯的连续制备工艺。

附图说明

图1为本发明的乙酰乙酸酯连续反应体系的在线检测和控制装置示意图。

图2神经网络软测量模型控制器示意图。图中w_i，j是第i个输入神经元到j个隐含层神经元的权值，ww_j，k是第j个隐含层神经元到k个输出层神经元的权值，b_j是隐含层第j神经元的阀值，bb_k输出层第k神经元的阀值。

具体实施方式

下面结合附图给出本发明较佳实施例，以详细说明本发明的技术方案。

本发明的乙酰乙酸酯连续反应体系的在线检测和控制装置，如图1所示，其包括反应釜R1、老化闪蒸釜R2和神经网络软测量模型控制器ANN，反应釜R1的出料口通过第一管道1与老化闪蒸釜R2的进料口相连接，第一管道1上设有循环泵B1，循环泵B1上还设有循环管路2与反应釜R1相连接，循环管路2上设有阀门3、冷却器E1和在线折光仪X1，在线折光仪X1与神经网络软测量模型控制器ANN相连接，反应釜R1上还设有温度检测器TI1，温度检测器TI1与神经网络软测量模型控制器ANN相连接，神经网络软测量模型控制器ANN还与一双乙烯酮中醋酐浓度检测器AI1相连接。其中，在线折光仪X1优选通过第四输出线路4与神经网络软测量模型控制器ANN相连接；温度检测器TI1优选通过第五输出线路5与神经网络软测量模型控制器ANN相连接；神经网络软测量模型控制器ANN优选通过第六输出线路6与双乙烯酮中醋酐浓度检测器AI1相连接；双乙烯酮中醋酐浓度检测器AI1优选为色谱仪。

其中，反应釜R1的第一进料管道7上还设有第一流量控制器FC1，反应釜的第二进料管道8上还设有第二流量控制器FC2由此可根据神经网络软测量模型控制器ANN测得的乙酰乙酸酯连续制备工艺的反应体系中主要组分浓度相应控制调整各原料进料量比例。本发明的乙酰乙酸酯连续反应体系在线检测和控制装置较佳地还设有流量比例控制器FC3，神经网络软测量模型控制器ANN与流量比例控制器FC3相连接，流量比例控制器FC3通过第一输出线路9与第一流量控制器FC1相连接，流量比例控制器FC3还通过第二输出线路10与第二流量控制器FC2相连接；由此可以通过流量比例控制器自动控制调节各原料进料量比例。神经网络软测量模型控制器ANN优选通过第三输出线路11与该流量比例控制器FC3相连接。

基于上述的装置，本发明的乙酰乙酸酯连续反应体系的在线检测与控制方法包括以下步骤。首先在连续酯化法生产乙酰乙酸甲酯工艺中，以一定质量流量F1滴加双乙烯酮，一定质量流量F2滴加甲醇，并保持FC3＝F2/F1＝1-1.7(质量比)进行酯化反应。实时测定连续反应体系折光率X1和温度TI1以及双乙烯酮的醋酐含量AI1，反应体系主要组分浓度。折光率X1取值范围[1.3950，1.4050]，反应温度TI1取值范围[80，90]，双乙烯酮中醋酐含量(wt％)，AI1取值范围[0.05，1.50]。

其中，在测定在线折光率时，为了保证软测量模型的准确性，要求在线折光率在恒定温度下测定，如图1所示，通过在反应釜设置循环管路和循环泵，循环管路上加装冷却器和在线折光仪，操作时，开启循环管路阀门和循环泵，循环管路物料通过冷却器并保持恒定温度，再经由安装在管路上的在线折光仪测定折光率。

从连续酯化生产装置中取折光率X1、温度TI1、双乙烯酮的醋酐含量AI1和反应体系主要组分浓度100组数据(本实施例中，主要组分浓度指反应体系中脂肪醇、乙酰乙酸酯的浓度数据)，折光率X1、温度TI1、双乙烯酮的醋酐含量AI1作为软测量模型的输入值，相对应的反应体系主要组分浓度作为目标值。并对实时数据进行大误差剔除。由于神经网络计算非线性激励函数的值域在[0，1]，为避免网络出现假饱和陷入局部最低点，必须对输入样本值进行归一化处理，按式(1)进行归一化，得到[0，1]的数据。

xx＝(X-Xmin)/(Xmax-Xmin)    (1)

其中：xx是归一化后神经网络的输入；

X是输入变量；

[Xmin，Xmax]是输入变量取值范围。

神经网络的结构可以为：输入层神经元数i＝2-7，中间隐含层层数m＝1-10，各隐含层神经元数为j＝3-100，输出层神经元数为k＝1-10\。

按上述方法采集多组数据，分为二部分，一部分作为模型的训练样本，一部分作为模拟的预测样本。通过对样本的训练和仿真，得到误差较小的一组权值和阀值，将神经网络模型的输出值反归一化后，所得数据为软测量模型输出值，可实时间接测定反应体系中主要组分的浓度。

本实施例中采取三层结构的BP神经网络模型建立乙酰乙酸酯连续反应体系软测量模型，模型见图2。前述100种数据中的前70组数据做为训练样本，后30组数据作为仿真样本。本实例中神经网络模型选用隐层数为1，隐层神经元数为13，输出变量为2，采用Levenberg-Maequardt训练函数。得到训练和仿真误差较小的一组权值和阀值。权值和阀值具体如下：

w_1，1＝16.181   w_2，1＝3.245  w_3，1＝-3.938  w_1，2＝-10.834  w_2，2＝-4.943  w_3，2＝1.520

w_1，3＝4.300    w_2，3＝-1.438  w_3，3＝-3.334  w_1，4＝-0.555  w_2，4＝6.530  w_3，4＝-4.333

w_1，5＝11.418   w_2，5＝4.609  w_3，5＝-5.143  w_1，6＝11.665  w_2，6＝-1.513  w_3，6＝3.994

w_1，7＝-2.411   w_2，7＝8.264  w_3，7＝-1.106  w_1，8＝-13.153  w_2，8＝-4.576  w_3，8＝4.289

w_1，9＝19.659   w_2，9＝-3.410  w_3，9＝-0.756  w_1，10＝-3.206  w_2，10＝6.882  w_3，10＝-1.7155

w_1，11＝3.731   w_2，11＝-6.003  w_3，11＝4.069  w_1，12＝11.611  w_2，12＝-5.442  w_3，12＝0.363

w_1，13＝15.003  w_2，13＝-4.006  w_3，13＝-3.846；

ww_1，1＝0.676   ww_2，1＝-1.198  ww_3，1＝-0.417  ww_4，1＝1.213  ww_5，1＝-0.012

ww_6，1＝1.104   ww_7，1＝1.091  ww_8，1＝-0.542  ww_9，1＝-0.546  ww_1，01＝0.779

ww_1，11＝1.162  ww_1，21＝-0.445  ww_1，31＝0.171  ww_1，2＝0.8134  ww_2，2＝1.4797

ww_2，3＝0.384   ww_1，1＝1.643  ww_1，1＝0.595  ww_1，1＝0.659  ww_1，1＝-0.864

ww_1，1＝0.141   ww_1，1＝-0.784  ww_1，1＝0.279  ww_1，1＝0.833；

b₁＝-13.586  b₂＝4.088  b₃＝5.885  b₄＝-1.093  b₅＝-4.923  b₆＝-14.994

b₇＝-1.028  b₈＝4.218  b₉＝-7.284b  b₁₀＝3.566  b₁₁＝3.424  b₁₂＝2.026

b₁₃＝-5.086  bb₂＝2.953  bb₂＝2.953。

(其中w_i，j是第i个输入神经元到j个隐含层神经元的权值，ww_j，k是第j个隐含层神经元到k个输出层神经元的权值，b_j是隐含层第j个神经元的阀值，bb_k输出层第k个神经元的阀值。)

以上为神经网络软测量模型离线仿真和预测过程，在实际生产装置中，需要在控制系统上使用过程控制语言编程实现上述过程，并通过控制系统实施对工艺数据的实时、连续采集，经已经训练好的权值和阀值代入并计算出神经网络模型输出值，将其进行反归一化后的实时软测量模型值，作为流量控制器FC3的输入，控制器FC3按相应控制规律运算得到FC3控制值，也可以手动输入FC3的控制值，用于控制双乙烯酮和脂肪醇的流量，最终实现乙酰乙酸甲酯连续反应体系的在线检测和控制。

在反应釜进料流量控制良好和连续反应体系主要组分浓度数据准确的前提下，双乙烯酮和脂肪醇流量比例控制器根据神经网络的软测量值作为比例控制器的设定值来串级控制流量比例控制器，再通过反应釜的流量调节阀来控制双乙烯酮和脂肪醇的流量。如前所述，流量比例控制器的设定值既可手动输入，也可来自软测量模型。

本发明实现了对乙酰乙酸酯连续反应体系实时在线检测和控制，准确间接测定反应体系中主要组分浓度的变化情况，克服了离线分析所存在的滞后时间长、两次分析间隔无有效监控的缺点，同时，由于双乙烯酮的高度危险性，对在线检测的可靠性要求非常高，通过神经网络软测量模型能够准确反映反应液体系的组成，从而保证了工艺安全、稳定运转，使工艺达到最优化控制。

本发明实施例以乙酰乙酸甲酯连续反应体系为例，同时也适用于乙酰乙酸乙酯、乙酰乙酸正丙酯、乙酰乙酸异丙酯、乙酰乙酸正丁酯和乙酰乙酰异丁酯等由双乙烯酮和相应的C₁-C₆醇的酯化反应得到的乙酰乙酸酯连续反应体系。因此本领域技术人员可以按照本发明所阐述的内容及实施例实施上述乙酰乙酸酯连续反应体系的在线检测和控制。本发明所要保护的范围以权利要求书为准。

Claims (14)

1.一种乙酰乙酸酯连续反应体系在线检测和控制装置，其特征在于：其包括一反应釜、一老化闪蒸釜和一神经网络软测量模型控制器，该反应釜的出料口通过一第一管道与该老化闪蒸釜的进料口相连接，该第一管道上设有一循环泵，该循环泵上还设有一循环管路与该反应釜相连接，该循环管路上设有一阀门、一冷却器和一在线折光仪，该在线折光仪与该神经网络软测量模型控制器相连接，该反应釜上还设有一温度检测器，该温度检测器与该神经网络软测量模型控制器相连接，该神经网络软测量模型控制器还与一双乙烯酮中醋酐浓度检测器相连接。

2.如权利要求1所述的乙酰乙酸酯连续反应体系在线检测和控制装置，其特征在于：该反应釜的第一进料管道上还设有一第一流量控制器，该反应釜的第二进料管道上还设有一第二流量控制器。

3.如权利要求2所述的乙酰乙酸酯连续反应体系在线检测和控制装置，其特征在于：该乙酰乙酸酯连续反应体系在线检测和控制装置还设有一流量比例控制器，该神经网络软测量模型控制器与该流量比例控制器相连接，该流量比例控制器通过一第一输出线路与该第一流量控制器相连接，该流量比例控制器还通过一第二输出线路与该第二流量控制器相连接。

4.如权利要求1所述的乙酰乙酸酯连续反应体系在线检测和控制装置，其特征在于：该双乙烯酮中醋酐浓度检测器为色谱仪。

5.如权利要求1～4任一项所述的乙酰乙酸酯连续反应体系在线检测和控制装置，其特征在于：该神经网络软测量模型控制器通过一第三输出线路与该流量比例控制器相连接；该在线折光仪通过一第四输出线路与该神经网络软测量模型控制器相连接；该温度检测器通过一第五输出线路与该神经网络软测量模型控制器相连接；该神经网络软测量模型控制器通过一第六输出线路与一双乙烯酮中醋酐浓度检测器相连接。

6.一种乙酰乙酸酯连续反应体系的在线检测与控制方法，其特征在于，其包括以下步骤：

S₁、比例控制双乙烯酮和脂肪醇的投料量进行酯化反应，实时测定并采集多组连续反应体系的折光率、反应温度、双乙烯酮的醋酐含量以及反应体系中脂肪醇、乙酰乙酸酯的浓度数据；

S₂、选定所述折光率、反应温度和双乙烯酮的醋酐含量为模型输入变量，反应体系中脂肪醇、乙酰乙酸酯的浓度数据为模型输出变量，建立神经网络软测量模型，得到一组权值和阀值；

S₃、在采集连续反应体系的折光率、反应温度、双乙烯酮的醋酐含量的同时，将所述权值和阀值代入并计算出神经网络软测量模型输出值，基于将神经网络软测量模型输出值反归一化后得到的实时软测量模型值，进一步得到流量控制器的控制值，用于控制双乙烯酮和脂肪醇的流量。

7.如权利要求6所述的乙酰乙酸酯连续反应体系的在线检测与控制方法，其特征在于，所述神经网络的结构为：输入层神经元数由输入变量的个数决定，为3-7，中间隐含层数为1-10，各隐含层神经元数为3-100，输出层神经元数为1-10。

8.如权利要求6所述的乙酰乙酸酯连续反应体系的在线检测与控制方法，其特征在于，步骤S₂中，在将所述折光率、反应温度和双乙烯酮的醋酐含量输入模型之前，用(1)式对三者进行归一化处理，得到[0，1]的数据，

xx＝(X-Xmin)/(Xmax-Xmin)        (1)，

其中：xx是归一化后神经网络的输入，X是输入变量，[Xmin，Xmax]是输入变量取值范围，Xmin为输入变量的最小值，Xmax为输入变量的最大值。

9.如权利要求6所述的乙酰乙酸酯连续反应体系的在线检测与控制方法，其特征在于，步骤S₂中得到权值和阀值的步骤进一步包括：将步骤S₁中采集的多组数据分为两部分，一部分作为模型的训练样本，另一部分作为模型的预测样本；通过对样本的训练和仿真，得到误差满足预设条件的一组权值和阀值。

10.如权利要求6所述的乙酰乙酸酯连续反应体系的在线检测与控制方法，其特征在于，步骤S₁中所述的折光率在恒定温度下测定，在反应釜上设置循环管路和循环泵，在循环管路上加装冷却器和在线折光仪，开启循环管路阀门和循环泵，循环管路物料冷却至恒定温度，再经由安装在循环管路上的在线折光仪测定折光率。

11.如权利要求6所述的乙酰乙酸酯连续反应体系的在线检测与控制方法，其特征在于，步骤S₁中采集的折光率的取值范围为[1.3950，1.4050]；反应温度的取值范围为[60，95]，单位为℃；双乙烯酮中醋酐含量的取值范围[0.05，1.50]，单位为wt％。

12.如权利要求6所述的乙酰乙酸酯连续反应体系的在线检测与控制方法，其特征在于，步骤S₃中控制双乙烯酮和脂肪醇的流量的步骤进一步包括：基于所述实时软测量模型值，串级控制流量比例控制器，再通过反应釜的流量调节阀来控制双乙烯酮和脂肪醇的流量。

13.如权利要求6所述的乙酰乙酸酯连续反应体系的在线检测与控制方法，其特征在于，所述乙酰乙酸酯为由双乙烯酮和相应的C₁-C₆脂肪醇酯化反应得到的产物。

14.如权利要求13所述的乙酰乙酸酯连续反应体系的在线检测与控制方法，其特征在于，所述乙酰乙酸酯为乙酰乙酸甲酯、乙酰乙酸乙酯、乙酰乙酸正丙酯、乙酰乙酸异丙酯、乙酰乙酸正丁酯或乙酰乙酰异丁酯。

Images