軟測(cè)量方法檢測(cè)聚酯酯化率

范加強(qiáng)

摘要：酯化率是聚酯行業(yè)的一個(gè)重要質(zhì)量指標(biāo)，它反映了聚酯生產(chǎn)進(jìn)行的程度。由于各種原因，酯化率檢測(cè)基本停留在實(shí)驗(yàn)室離線化驗(yàn)、人工操作、經(jīng)驗(yàn)調(diào)整階段，嚴(yán)重制約了聚酯工業(yè)的發(fā)展?，F(xiàn)通過軟測(cè)量技術(shù)，分析聚酯工藝構(gòu)建軟測(cè)量模型，在線估計(jì)聚酯酯化率。該方法方便快捷、模型泛化性能良好，可以實(shí)現(xiàn)酯化率的在線檢測(cè)，對(duì)整個(gè)聚酯生產(chǎn)過程的操作運(yùn)行和自動(dòng)控制具有十分重要的意義。

關(guān)鍵詞：聚酯酯化率；自動(dòng)化；軟測(cè)量技術(shù)；熱量衡算法；沸點(diǎn)升高法

0引言

近年來，隨著科學(xué)技術(shù)的迅猛發(fā)展和市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)的日益激烈，為了保證產(chǎn)品的質(zhì)量和經(jīng)濟(jì)效益，先進(jìn)控制和優(yōu)化控制紛紛被應(yīng)用于工業(yè)過程中。軟測(cè)量技術(shù)正是為了解決這類變量的實(shí)時(shí)測(cè)量和控制問題而逐漸發(fā)展起來的。根源于推理控制中的推理估計(jì)器，即采集某些容易測(cè)量的變量，并構(gòu)造一個(gè)以這些易測(cè)變量為輸入的數(shù)學(xué)模型來估計(jì)難測(cè)的主要變量，從而為過程控制、質(zhì)量控制、過程管理與決策等提供支持，也為進(jìn)一步實(shí)現(xiàn)質(zhì)量控制和過程優(yōu)化奠定基礎(chǔ)。

軟測(cè)量技術(shù)已是現(xiàn)代流程工業(yè)和過程控制領(lǐng)域關(guān)鍵技術(shù)之一，它的成功應(yīng)用將極大地推動(dòng)在線質(zhì)量控制和各種先進(jìn)控制策略的實(shí)施，使生產(chǎn)過程控制得更加理想。

1聚酯酯化率檢測(cè)現(xiàn)狀

目前聚酯行業(yè)由于各種原因，酯化率檢測(cè)還是由離線人工化驗(yàn)檢測(cè)，該檢測(cè)手段存在很大局限性，制約了企業(yè)的進(jìn)一步發(fā)展。

（1）生產(chǎn)過程中特別是過程工業(yè)，其一般具有著高溫、高壓、低溫、真空、高粉塵和高濕度的特點(diǎn)，有時(shí)甚至存在易燃、易爆或有毒物質(zhì)。對(duì)物料取樣必須采取特殊方法，往往需要設(shè)備停產(chǎn)、降壓等作業(yè)方式。

（2）物料取樣送至實(shí)驗(yàn)室化驗(yàn)分析一般采用化學(xué)試劑檢測(cè)或者采用專門的檢測(cè)設(shè)備，對(duì)實(shí)驗(yàn)室化驗(yàn)人員的專業(yè)素質(zhì)有一定的要求。

（3）實(shí)驗(yàn)室化驗(yàn)數(shù)據(jù)存在幾個(gè)小時(shí)以上的時(shí)間滯后，檢測(cè)結(jié)果往往不能代表現(xiàn)有時(shí)間的生產(chǎn)情況，過程工業(yè)中強(qiáng)調(diào)生產(chǎn)過程的實(shí)時(shí)性、整體性，各生產(chǎn)裝置間存在復(fù)雜的關(guān)系，要求從全局協(xié)調(diào)，以求整個(gè)生產(chǎn)裝置運(yùn)行平穩(wěn)、高效。

2軟測(cè)量技術(shù)原理

酯化反應(yīng)通常涉及到4種物質(zhì)，例如，對(duì)苯二甲酸（PTA）和乙二醇（EG）在一定條件下進(jìn)行酯化反應(yīng)，生成對(duì)苯二甲酸乙二酯（PET）和水。這4種物質(zhì)的密度存在較大的差異，其中，反應(yīng)物PTA為1.55，EG為1.1155，生成物PET為1.089，水為1.000。很顯然，在進(jìn)料配比一定（已知）的情況下，隨著反應(yīng)進(jìn)行程度的不同，整個(gè)反應(yīng)物系的密度也將不同，因此，可通過對(duì)物系密度的在線檢測(cè)，并結(jié)合進(jìn)料配比，就可以由模型計(jì)算得到酯化反應(yīng)的酯化率。

考慮到酯化反應(yīng)過程的復(fù)雜性，同時(shí)利用多種途徑對(duì)酯化率進(jìn)行估計(jì)，構(gòu)成所謂的“多傳感器信息融合”，以達(dá)到提高酯化率檢測(cè)精度和可靠性的目的。

2.1熱量衡算法。

酯化屬于吸熱反應(yīng)，反應(yīng)過程中的熱量由通過管道中的熱油提供。在一定的條件下，酯化反應(yīng)的過程進(jìn)行得越快，酯化率變化越大，則反應(yīng)吸收的熱量也相應(yīng)越多，因此可由熱量衡算推算酯化率。

由上述檢測(cè)的基本原理可知，酯化率在線檢測(cè)的關(guān)鍵是求出反應(yīng)的吸熱量，這可由熱量衡算來獲得，影響吸熱量計(jì)算的主要因素包括：（1）熱油冷卻而產(chǎn)生的熱量。（2）物料進(jìn)入和流出反應(yīng)釜的熱量。（3）物料本身溫度變化而引起的熱量。

（4）反應(yīng)釜向環(huán)境損失的熱量。（5）攪拌輸入的熱量。

通過現(xiàn)場(chǎng)傳感器檢測(cè)或適當(dāng)?shù)姆治觥⑼茖?dǎo)，可以檢測(cè)得知以上熱量變化，再由熱量平衡計(jì)算得到酯化反應(yīng)過程本身的吸熱量，從而計(jì)算得出反應(yīng)酯化率。

2.2沸點(diǎn)升高法。

參與酯化反應(yīng)的各個(gè)物質(zhì)其性質(zhì)是不相同的，其中沸點(diǎn)不同也是一個(gè)可以利用的特性。當(dāng)體系中最不易揮發(fā)的物質(zhì)含量增加時(shí)，整個(gè)體系的沸點(diǎn)將會(huì)增加，出現(xiàn)“沸點(diǎn)升高”現(xiàn)象。在酯化反應(yīng)器中，物料處于氣液共存的沸騰狀態(tài)，因而可通過檢測(cè)氣液相溫度及其差異，同時(shí)結(jié)合進(jìn)料配比、釜內(nèi)壓力等信息，由模型計(jì)算獲得酯化率。

3軟測(cè)量技術(shù)優(yōu)勢(shì)

軟測(cè)量技術(shù)是根據(jù)生產(chǎn)工藝和現(xiàn)場(chǎng)工況情況差異化設(shè)計(jì)，完全符合廠家自身的情況和要求。同時(shí)，該測(cè)量方法不對(duì)反應(yīng)釜本體進(jìn)行改造，對(duì)生產(chǎn)沒有任何影響；采用已有常規(guī)信號(hào)，可靠性高，不易損壞，使用壽命長(zhǎng)；與常見的分析儀相比，本系統(tǒng)對(duì)量程沒有限制，可根據(jù)實(shí)際需要進(jìn)行調(diào)整；響應(yīng)速度快，測(cè)量趨勢(shì)良好，酯化率的典型精度可達(dá)到1.5%；對(duì)提高產(chǎn)品質(zhì)量，減少能耗等也有明顯效果。

通過軟測(cè)量技術(shù)可以及地的反應(yīng)生產(chǎn)過程中的反應(yīng)酯化率，提供可靠的生產(chǎn)數(shù)據(jù)指導(dǎo)現(xiàn)場(chǎng)操作人員或者相關(guān)設(shè)備進(jìn)行前置控制，方便指導(dǎo)生產(chǎn)。同時(shí)減少實(shí)驗(yàn)室化驗(yàn)次數(shù)，節(jié)約化驗(yàn)試劑，保護(hù)環(huán)境提高工作效率，為企業(yè)生產(chǎn)實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化打下堅(jiān)實(shí)基礎(chǔ)。

4軟測(cè)量檢測(cè)數(shù)據(jù)

采用軟測(cè)量技術(shù)對(duì)聚酯酯化率進(jìn)行在線檢測(cè)，將化驗(yàn)值與計(jì)算值進(jìn)行對(duì)比，軟測(cè)量技術(shù)檢測(cè)結(jié)果與化驗(yàn)值基本符合且跟蹤性良好。熱量衡算法構(gòu)建軟測(cè)量模型檢測(cè)誤差為0.82%；沸點(diǎn)升高法構(gòu)建軟測(cè)量模型檢測(cè)誤差為1.40%。

5總結(jié)

酯化率是表征產(chǎn)品質(zhì)量的重要參數(shù)。目前，酯化率的檢測(cè)多用人工分析化驗(yàn)的方法來獲得，不僅消耗人力物力，而且滯后時(shí)間多在四小時(shí)以上，對(duì)生產(chǎn)的指導(dǎo)作用有限。所以軟測(cè)量技術(shù)以其方便靈活、穩(wěn)定精確、適用性廣等優(yōu)勢(shì)成為在線檢測(cè)聚酯酯化率的一種有效方式，從而指導(dǎo)生產(chǎn)，提高企業(yè)效益。