專利名稱：乙酰乙酸酯連續反應體系的在線檢測和控制方法及其裝置的制作方法
技術領域：
本發明涉及一種乙酰乙酸酯連續反應體系的在線檢測與控制方法和裝置。
背景技術：
乙酰乙酸酯是一種重要的化工及醫藥中間體，可用于合成醫藥、農藥、維生素和化 工原料等。目前，有關乙酰乙酸酯的制備工藝研究一般為間歇生產工藝，其主要包括在反 應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，根據實際反應情況逐 步滴加準確計量的雙乙烯酮，等料液全部滴加，反應完成后，才能進行色譜分析進一步確認 反應情況。然而，隨著乙酰乙酸酯產能的不斷擴大，間歇酯化法生產的缺點逐漸暴露首先 乙酰乙酸酯的生產規模受到極大地限制；其次，雙乙烯酮是一種極具爆炸危險性的物質，反 應過程中若加入量少，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 發生爆聚的危險，間歇酯化法生產工藝操作繁瑣，容易導致誤操作引發危險；再次，合成反 應結束后必須進行反應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 工況不好，造成低沸雜質過多，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品；最后，對于反應結束后粗酯液中存在的醋酐難以通過 精餾方法除去，只能在粗酯反應液中加入濃硫酸或強堿，在一定條件下的化學反應除去醋 酐，但是強酸或強堿的加入又易使乙酰乙酸酯發生分解，進一步導致產品收率降低。
發明內容
本發明要解決的技術問題是提供一種乙酰乙酸酯連續反應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體系主要組分濃度，同時還能夠根據實時檢 測數據控制調整主要組分濃度，進一步優化合成乙酰乙酸酯的連續制備工藝。現有乙酰乙酸酯的制備工藝中單套間歇式反應裝置生產規模較小且操作繁瑣，而 容易誤操作引發危險，反應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生分解導致產品收率降低等缺陷，因而，發明人經過大量實驗 研究發展出一種乙酰乙酸酯的連續制備工藝。該乙酰乙酸酯的連續制備工藝，其步驟包括 如下將雙乙烯酮和脂肪醇連續進料至反應釜，在催化劑作用下進行酯化反應，然后連續出 料至老化閃蒸釜中，將輕組分蒸出，反應粗品出料，即可；其中，控制反應釜內脂肪醇的質量 占反應液總量的百分比為5% 20%。發明人發明的乙酰乙酸酯連續制備工藝能夠連續制 備生產乙酰乙酸酯，擴大生產能力，且操作簡便、安全性高而勞動強度低，制得的乙酰乙酸 酯粗品中目標產物含量高，幾乎不含有難以除去的醋酐雜質，保證了產品質量。但是，考慮 到雙乙烯酮的高危險性，在乙酰乙酸酯連續制備工藝中，原料進料時，盡管通過常規手段或 設置自動化控制裝置連續進料量來確定酯化反應優選的原料進料比例，一般不會導致反應 釜內雙乙烯酮的累積，但是各原料在進入反應釜后，因反應釜中的反應為連續進行，陸續有 原料進料和反應液出料，再加上影響酯化反應程度的因素眾多，反應釜內部主要組分濃度 波動較大，如果脂肪醇濃度過高，由于脂肪醇在反應釜內冷凝回流導致反應溫度低使反應不完全，脂肪醇濃度過低，會導致雙乙烯酮的反應消耗量小于投料量，致使雙乙烯酮在反應 釜內累積，造成安全隱患。因此，為了進一步優化合成乙酰乙酸酯的生產工藝，特別是將不 正常反應工況防患于未然，實時檢測乙酰乙酸酯連續制備工藝中反應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實時檢測數據相應控制調整原料進料量比例，來 確保反應體系主要組分濃度在正常工藝范圍內，進一步優化乙酰乙酸酯的連續制備工藝。為了能夠實時檢測乙酰乙酸酯連續制備工藝中反應體系主要組分濃度，發明人嘗 試借鑒現有工業化連續生產中在線測定方法，使用色譜在線檢測反應體系中主要組分濃 度，經過實驗研究發現，使用色譜在線檢測反應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。經過多方面考察乙酰乙酸酯連續制備工藝的實際工 況，不斷實驗研究摸索，終于研發出如下所述的一種乙酰乙酸酯連續反應體系的在線檢測 與控制方法和裝置。本發明是通過下述技術方案來解決上述技術問題的本發明的乙酰乙酸酯連續反應體系在線檢測和控制裝置，其包括一反應釜、一老 化閃蒸釜和一神經網絡軟測量模型控制器，該反應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，該第一管道上設有一循環泵，該循環泵上還設有一循環管路與該反 應釜相連接，該循環管路上設有一閥門、一冷卻器和一在線折光儀，該在線折光儀與該神經 網絡軟測量模型控制器相連接，該反應釜上還設有一溫度檢測器，該溫度檢測器與該神經 網絡軟測量模型控制器相連接，該神經網絡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，該反應釜的第一進料管道上還設有一第一流量控制器，該反應釜的第二 進料管道上還設有一第二流量控制器。較佳地，該乙酰乙酸酯連續反應體系在線檢測和控制裝置還設有一流量比例控制 器，該神經網絡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，該神經網絡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網絡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網絡軟測量模型控制器相連 接。較佳地，該神經網絡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。本發明的乙酰乙酸酯連續反應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，實時測定并采集多組連續反應體系的折光率、反應溫度、雙乙烯酮的醋酐含量以及反應體系中脂肪醇、乙酰乙酸酯 的濃度數據；&、選定所述折光率、反應溫度和雙乙烯酮的醋酐含量為模型輸入變量，反應體系 中脂肪醇、乙酰乙酸酯的濃度數據為模型輸出變量，建立神經網絡軟測量模型，得到一組權 值和閥值；&、在采集連續反應體系的折光率、反應溫度、雙乙烯酮的醋酐含量的同時，將所 述訓練好的權值和閥值代入并計算出神經網絡軟測量模型輸出值，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，所述神經網絡的結構為輸入層神經元數由輸入變量的個數決定，為 3-7，中間隱含層數為1-10，各隱含層神經元數為3-100，輸出層神經元數由反應體系主要 組分的個數決定，為1-10。較佳地，步驟&中，在將所述折光率、反應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]的數據，XX = (X-Xmin) / (Xmax-Xmin) (1)，其中xx是歸一化后神經網絡的輸入，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&中得到權值和閥值的步驟進一步包括將步驟S1中采集的多組數 據分為兩部分，一部分作為模型的訓練樣本，另一部分作為模型的預測樣本；通過對樣本的 訓練和仿真，得到誤差滿足預設條件的一組權值和閥值。較佳地，步驟S1中所述的折光率在恒定溫度下測定，在反應釜上設置循環管路和 循環泵，在循環管路上加裝冷卻器和在線折光儀，開啟循環管路閥門和循環泵，循環管路物 料冷卻至恒定溫度，再經由安裝在循環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，再通過反應釜的流量調節閥來控制雙乙烯酮 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的C1-C6脂肪醇酯化反應得到的產 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 進料至反應釜，在催化劑作用下進行酯化反應，然后連續出料至老化閃蒸釜中，將輕組分 蒸出，反應粗品出料，即可；其中，控制反應釜內脂肪醇的質量占反應液總量的百分比為 5% 20%。其中，所述的脂肪醇為本領域常規合成乙酰乙酸酯常規的脂肪醇，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液原料總量的質量百分比較佳的為0. 05% 0. 2%。本發明的反應體系 為均相反應體系，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工藝規模密切 聯系的，本領域的技術人員應該知道針對某個特定規模的生產工藝，可根據生產規模、反應 熱效應以及反應釜的有效體積等參數按本領域工程方法調整原料的進料速率。對于乙酰乙酸酯的制備，一般間歇式生產工藝中，由于原料雙乙烯酮中會帶入醋 酐雜質，這些雜質在反應液中累積，使反應粗品低沸雜質過多，目標產品質量低下。經過仔 細研究乙酰乙酸酯的合成反應，發明人注意到雙乙烯酮與脂肪醇的反應十分迅速，在脂肪 醇原料充足條件下，雙乙烯酮進入反應液中一般立即消耗，在反應體系的含量可忽略不計， 在此基礎上，經過大量實驗研究試圖找到一種除去低沸點雜質的方法，終于發現本發明通 過加入過量脂肪醇，使反應后剩余的脂肪醇占反應釜內反應液中的濃度控制在質量百分比 5 % 20 %，從而使脂肪醇和大部分醋酐反應生成相應的醋酸和醋酸酯，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體系，液相反應粗品中的醋酐基本消除，由此顯著提高產品質量。特別 將反應釜內脂肪醇含量控制為反應液中的濃度質量百分比5% 20%，是因為，如果脂肪 醇濃度過高，由于脂肪醇在反應釜內冷凝回流導致反應溫度低反應不完全，如果脂肪醇濃 度過低，會導致雙乙烯酮的反應消耗量小于投料量，致使雙乙烯酮在反應釜內累積，造成安 ^^^ 急 ^^ ο所述的輕組分是指乙酰乙酸酯生產過程中由原料引入的雜質醋酐與脂肪醇生成 的醋酸酯和醋酸等低沸點雜質，以及由副反應而生成的丙酮，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，所述的反應釜中的溫度為本領域合成雙乙烯酮和脂肪醇進行酯化反應的常 規反應溫度，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液內的不穩定的反應 中間體繼續反應生成穩定的反應產物，同時將輕組分蒸出，所述的老化閃蒸釜中的溫度和 壓力可為本領域合成雙乙烯酮和脂肪醇發生酯化反應之后常規的老化反應溫度和壓力，較 佳地優選老化反應的溫度為105 140°C，操作壓力0. 5 Iatm(A)。上述優選的老化閃蒸 釜的反應溫度和壓力條件可以使反應穩定連續進行，進而得到純度較高的粗產品出料，有 利于后期精制分離，進一步保證產品質量。其中，考慮到輕組分中含有的部分反應的原料和目標產品，為了降低原料單耗，較 佳地，將輕組分分流，一路作為循環物料返回酯化釜，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域的技術人員可根據具體工藝原料單 耗和物料平衡調整分流的比例，所述的輕組分分流的循環物料與去脂肪醇回收工序的物料 質量比例較佳的為1 5 5 1。其中，所述的雙乙烯酮和脂肪醇連續進料至反應釜之前較佳的還可按照常規連續 生產工藝方式在反應釜中建立初始反應液位；其中，初始反應液中脂肪醇的質量占反應液 總量的百分比為5% 20%。所述的初始反應液位的建立方式較佳的為在反應釜中加入 一定量的脂肪醇和催化劑，并緩慢滴加雙乙烯酮，控制反應釜溫度為65 85°C，建立初始 反應液位。其中，所述的初始反應液位的高低本領域的技術人員應該知道可按照具體生產規模、反應熱效應以及反應釜的有效體積等參數按本領域常規方式調整原料的初始反應液 位。其中，所述的老化釜中液相反應粗品出料之后，一般經催化劑分離工序脫除催化 劑后，再經脫低沸、脫高沸塔連續精餾等純化工序得到精制乙酰乙酸酯。本發明中，所述的乙酰乙酸酯的連續制備工藝，在符合本領域常識的基礎上，上述 的各制備工藝的技術特征的優選條件可以任意組合得到乙酰乙酸酯的連續制備工藝的較 佳實例。本發明中，在符合本領域常識的基礎上，上述各技術特征的優選條件可以任意組 合得到較佳實例。本發明的積極進步效果在于本發明提供了一種乙酰乙酸酯連續反應體系的在線 檢測和控制方法和裝置。本發明的方法能夠實時監測乙酰乙酸酯連續制備工藝中反應體系 主要組分濃度，將不正常反應工況防患于未然，同時還能夠及時根據實時檢測數據相應控 制調整原料進料量比例，來確保反應體系主要組分濃度在正常工藝范圍內，進一步優化乙 酰乙酸酯的連續制備工藝。
圖1為本發明的乙酰乙酸酯連續反應體系的在線檢測和控制裝置示意圖。圖2神經網絡軟測量模型控制器示意圖。圖中Wm是第i個輸入神經元到j個隱 含層神經元的權值，WWj, k是第j個隱含層神經元到k個輸出層神經元的權值，bj是隱含層 第j神經元的閥值，bbk輸出層第k神經元的閥值。
具體實施例方式下面結合附圖給出本發明較佳實施例，以詳細說明本發明的技術方案。本發明的乙酰乙酸酯連續反應體系的在線檢測和控制裝置，如圖1所示，其包括 反應釜R1、老化閃蒸釜R2和神經網絡軟測量模型控制器ANN，反應釜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上設有循環泵Bi，循環泵Bl上還設 有循環管路2與反應釜Rl相連接，循環管路2上設有閥門3、冷卻器El和在線折光儀XI， 在線折光儀Xl與神經網絡軟測量模型控制器ANN相連接，反應釜Rl上還設有溫度檢測器 TI1，溫度檢測器TIl與神經網絡軟測量模型控制器ANN相連接，神經網絡軟測量模型控制 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優選通過第四 輸出線路4與神經網絡軟測量模型控制器ANN相連接；溫度檢測器TIl優選通過第五輸出 線路5與神經網絡軟測量模型控制器ANN相連接；神經網絡軟測量模型控制器ANN優選通 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優選為色譜儀。其中，反應釜Rl的第一進料管道7上還設有第一流量控制器FCl，反應釜的第二進 料管道8上還設有第二流量控制器FC2由此可根據神經網絡軟測量模型控制器ANN測得的 乙酰乙酸酯連續制備工藝的反應體系中主要組分濃度相應控制調整各原料進料量比例。本 發明的乙酰乙酸酯連續反應體系在線檢測和控制裝置較佳地還設有流量比例控制器FC3， 神經網絡軟測量模型控制器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節各原料進料 量比例。神經網絡軟測量模型控制器ANN優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，本發明的乙酰乙酸酯連續反應體系的在線檢測與控制方法包括 以下步驟。首先在連續酯化法生產乙酰乙酸甲酯工藝中，以一定質量流量Fl滴加雙乙烯 酮，一定質量流量F2滴加甲醇，并保持FC3 = F2/F1 = 1-1. 7 (質量比)進行酯化反應。實 時測定連續反應體系折光率Xl和溫度TI1以及雙乙烯酮的醋酐含量AI1，反應體系主要組 分濃度。折光率Xl取值范圍[1.3950，1.4050]，反應溫度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，通過在反應釜設置循環管路和循環泵，循環管路上加裝冷卻器 和在線折光儀，操作時，開啟循環管路閥門和循環泵，循環管路物料通過冷卻器并保持恒定 溫度，再經由安裝在管路上的在線折光儀測定折光率。從連續酯化生產裝置中取折光率Xl、溫度TIl、雙乙烯酮的醋酐含量AI1和反應體 系主要組分濃度100組數據(本實施例中，主要組分濃度指反應體系中脂肪醇、乙酰乙酸酯 的濃度數據)，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 對應的反應體系主要組分濃度作為目標值。并對實時數據進行大誤差剔除。由于神經網絡 計算非線性激勵函數的值域在
，為避免網絡出現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]的數據。XX = (X-Xmin) / (Xmax-Xmin) (1)其中XX是歸一化后神經網絡的輸入；X是輸入變量；[Xmin，Xmax]是輸入變量取值范圍。神經網絡的結構可以為輸入層神經元數i = 2-7，中間隱含層層數m = 1_10，各 隱含層神經元數為j = 3-100，輸出層神經元數為k = 1-10\。按上述方法采集多組數據，分為二部分，一部分作為模型的訓練樣本，一部分作為 模擬的預測樣本。通過對樣本的訓練和仿真，得到誤差較小的一組權值和閥值，將神經網絡 模型的輸出值反歸一化后，所得數據為軟測量模型輸出值，可實時間接測定反應體系中主 要組分的濃度。本實施例中采取三層結構的BP神經網絡模型建立乙酰乙酸酯連續反應體系軟測 量模型，模型見圖2。前述100種數據中的前70組數據做為訓練樣本，后30組數據作為仿 真樣本。本實例中神經網絡模型選用隱層數為1，隱層神經元數為13，輸出變量為2，采用 Levenberg-Maequardt訓練函數。得到訓練和仿真誤差較小的一組權值和閥值。權值和閥 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個輸入神經元到j個隱含層神經元的權值，WWj, k是第j個隱含 層神經元到k個輸出層神經元的權值，bj是隱含層第j個神經元的閥值，bbk輸出層第k個 神經元的閥值。)以上為神經網絡軟測量模型離線仿真和預測過程，在實際生產裝置中，需要在控 制系統上使用過程控制語言編程實現上述過程，并通過控制系統實施對工藝數據的實時、 連續采集，經已經訓練好的權值和閥值代入并計算出神經網絡模型輸出值，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按相應控制規律運算 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 實現乙酰乙酸甲酯連續反應體系的在線檢測和控制。在反應釜進料流量控制良好和連續反應體系主要組分濃度數據準確的前提下，雙 乙烯酮和脂肪醇流量比例控制器根據神經網絡的軟測量值作為比例控制器的設定值來串 級控制流量比例控制器，再通過反應釜的流量調節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定值既可手動輸入，也可來自軟測量模型。本發明實現了對乙酰乙酸酯連續反應體系實時在線檢測和控制，準確間接測定反 應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， 通過神經網絡軟測量模型能夠準確反映反應液體系的組成，從而保證了工藝安全、穩定運 轉，使工藝達到最優化控制。本發明實施例以乙酰乙酸甲酯連續反應體系為例，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 應的C1-C6醇的酯化反應得到的乙酰乙酸酯連續反應體系。因此本領域技術人員可以按照本發明所闡述的內容及實施例實施上述乙酰乙酸酯連續 反應體系的在線檢測和控制。本發 明所要保護的范圍以權利要求書為準。
權利要求
1.一種乙酰乙酸酯連續反應體系在線檢測和控制裝置，其特征在于其包括一反應 釜、一老化閃蒸釜和一神經網絡軟測量模型控制器，該反應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，該第一管道上設有一循環泵，該循環泵上還設有一循環管 路與該反應釜相連接，該循環管路上設有一閥門、一冷卻器和一在線折光儀，該在線折光儀 與該神經網絡軟測量模型控制器相連接，該反應釜上還設有一溫度檢測器，該溫度檢測器 與該神經網絡軟測量模型控制器相連接，該神經網絡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.如權利要求1所述的乙酰乙酸酯連續反應體系在線檢測和控制裝置，其特征在于 該反應釜的第一進料管道上還設有一第一流量控制器，該反應釜的第二進料管道上還設有 一第二流量控制器。
3.如權利要求2所述的乙酰乙酸酯連續反應體系在線檢測和控制裝置，其特征在于 該乙酰乙酸酯連續反應體系在線檢測和控制裝置還設有一流量比例控制器，該神經網絡軟 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.如權利要求1所述的乙酰乙酸酯連續反應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.如權利要求1 4任一項所述的乙酰乙酸酯連續反應體系在線檢測和控制裝置， 其特征在于該神經網絡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網絡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網絡軟測量模型控制器相連接；該神經網絡軟測量模型 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反應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，實時測定并采集多組連續反 應體系的折光率、反應溫度、雙乙烯酮的醋酐含量以及反應體系中脂肪醇、乙酰乙酸酯的濃 度數據；&、選定所述折光率、反應溫度和雙乙烯酮的醋酐含量為模型輸入變量，反應體系中脂 肪醇、乙酰乙酸酯的濃度數據為模型輸出變量，建立神經網絡軟測量模型，得到一組權值和 閥值；6.在采集連續反應體系的折光率、反應溫度、雙乙烯酮的醋酐含量的同時，將所述訓 練好的權值和閥值代入并計算出神經網絡軟測量模型輸出值，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.如權利要求6所述的乙酰乙酸酯連續反應體系的在線檢測與控制方法，其特征在 于，所述神經網絡的結構為輸入層神經元數由輸入變量的個數決定，為3-7，中間隱含層 數為1-10，各隱含層神經元數為3-100，輸出層神經元數為1-10。
8.如權利要求6所述的乙酰乙酸酯連續反應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]的數據，XX = (X-Xmin)/(Xmax-Xmin)(1),其中XX是歸一化后神經網絡的輸入，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.如權利要求6所述的乙酰乙酸酯連續反應體系的在線檢測與控制方法，其特征在 于，步驟&中得到權值和閥值的步驟進一步包括將步驟S1中采集的多組數據分為兩部分， 一部分作為模型的訓練樣本，另一部分作為模型的預測樣本；通過對樣本的訓練和仿真，得 到誤差滿足預設條件的一組權值和閥值。
10.如權利要求6所述的乙酰乙酸酯連續反應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，在反應釜上設置循環管路和循環泵，在循環 管路上加裝冷卻器和在線折光儀，開啟循環管路閥門和循環泵，循環管路物料冷卻至恒定 溫度，再經由安裝在循環管路上的在線折光儀測定折光率。
11.如權利要求6所述的乙酰乙酸酯連續反應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.如權利要求6所述的乙酰乙酸酯連續反應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，再通過反應釜的流量調節閥來控制雙乙烯酮和脂肪醇的流 量。
13.如權利要求6所述的乙酰乙酸酯連續反應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的C1-C6脂肪醇酯化反應得到的產物。
14.如權利要求13所述的乙酰乙酸酯連續反應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
本發明提供了一種乙酰乙酸酯連續反應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，同時在線測定反應體系的折光率和反應溫度，并根據折光率、進料雙乙烯酮中醋酐含量和反應溫度建立間接測定反應釜中主要組分濃度的神經網絡軟測量模型，基于該模型對流量比例控制器進行修正和控制，實現乙酰乙酸酯連續反應體系的在線檢測和控制。本發明能夠實時監測乙酰乙酸酯連續制備工藝中反應體系主要組分濃度，將不正常反應工況防患于未然，同時還能夠及時根據實時檢測數據相應控制調整原料進料量比例，來確保反應體系主要組分濃度在正常工藝范圍內，進一步優化乙酰乙酸酯的連續制備工藝。
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 優先權日2009年12月22日
發明者葉小鶴, 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