[发明专利]一种工业聚酯生产过程的智能建模方法

说明书

技术领域

本发明属于化学反应工程领域，涉及一种用于乙二醇和对苯二甲酸直接酯化合成聚酯的工业装置生产过程的智能建模方法。

背景技术

聚酯是制造聚酯纤维、涂料、薄膜以及工程塑料的原料，通常是由二元酸和二元醇经酯化和缩聚反应而制得的一种高分子缩聚物，其大分子的各个链节间以酯基相联。聚酯的制造过程大致可以分成两个阶段。第一阶段是由基本原料对二甲苯(Para-Xylene，简称PX)、甲苯、邻苯二甲酸酐等制取对苯二甲酸(TerePhthalic Acid，简称TPA)；第二阶段是由TPA与乙二醇(Ethylene glycol，简称EG)进行酯化，生成聚酯单体对苯二甲酸双羟乙酯(BHET)，进而缩聚成PET。聚酯装置生产工艺技术现多采用以PTA为原料的直接酯化法(PTA法)连续工艺。PTA法连续工艺，主要有德国吉玛(Zimmer)、日本钟纺(Kanebo)、瑞士伊文达(Inventa)和美国杜邦(DuPont)技术。根据反应釜个数分为三釜流程和五釜流程两种，图1是聚酯五釜工艺流程示意图，整个生产过程分为五个反应釜，图2是聚酯三釜工艺流程示意图，整个生产过程在三个反应釜内完成。聚酯产品的质量指标主要有：产品粘度、凝集粒子含量、端羧基值、色值等。在聚酯生产过程中影响产品质量的因素主要有：催化剂量、PTA/EG比、酯化反应温度、酯化反应釜的压力、酯化反应釜停留时间长短、预缩聚反应温度、预缩聚反应釜的压力、预缩聚反应釜停留时间长短、预缩聚反应釜的搅拌强度、终缩聚反应温度、终缩聚反应釜的压力、终缩聚反应釜停留时间长短、终缩聚反应釜的搅拌强度、反应器中停留时间的分布、TiO2研磨系统操作控制情况等，影响聚酯产品质量的因素很多，给控制聚酯产品的质量稳定，进一步提高产量带来困难。

聚酯的过程建模，特别是针对实际生产过程的建模是一项基础性的工作。由于聚酯中的反应属于复杂的聚合反应，为聚酯工业过程的建模增加了难度。现有的聚酯过程建模方法多针对实验数据进行建模，所建立的模型不能够完全反映生产过程的实际状态。为分析装置瓶颈，找到影响能耗与物耗的关键设备与装置，进行生产过程的先进控制和优化提高生产过程的平稳性，本发明提出了一种适用于实际聚酯生产过程的智能建模方法。

发明内容

本发明的目的是提供一种工业化聚酯生产过程的智能建模方法，包括聚酯生产过程中的酯化反应器、预缩聚反应器、终缩聚反应器等，实现对工业聚酯生产过程的定量描述，计算反应温度、真空度、停留时间、催化剂浓度度等因素对反应过程的影响，求得在指定反应温度、真空度、停留时间、催化剂浓度度下，聚酯产品的端羧基浓度、聚合度指标，认识其反应的规律和机理，从而为生产操作条件的优化，生产工艺的改造等，提供基础和依据。

本发明的目的是这样实现的：首先根据聚酯反应过程的机理，建立基于反应动力学的聚酯生产过程的机理模型。由于实验室条件与工业装置实际运行工况之间存在差异，为准确地描述工业聚酯生产过程的实际操作特性，采用多目标分布估计算法对工艺机理模型中的参数进行优化。同时，考虑到催化剂在预缩聚阶段对反应的影响，在机理模型的反应速率常数中加入催化剂的影响因素，用最小二乘法建立催化剂与反应速率常数之间的模型；在终缩聚反应器中，由于传质速率的减小，对过程速率的影响逐渐增大，采用人工神经网络建立经验模型考虑传质的影响，结合反应速率采用阻力方程的形式表达过程速率。本发明专利给出了一种PTA法生产聚酯的工业过程装置通用建模方法，可用于目前工业聚酯生产过程中采用的三釜、五釜工艺过程的建模。具体技术方案如下所述：

一种工业聚酯生产过程的智能建模方法，其特征在于包括以下步骤：