專利名稱：雙酚a縮合反應(yīng)中催化劑活性的在線軟測量方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及在線軟測量技術(shù)，具體地說是離子交換樹脂法雙酚A生產(chǎn)過程 中巰基改性離子交換樹脂催化劑活性的在線軟測量方法。
背景技術(shù)：
雙酚A (BPA)是重要的有機化工原料?，F(xiàn)今雙酚A的生產(chǎn)主要采用陽離子 交換樹脂法，以酸性陽離子交換樹脂為催化劑，苯酚和丙酮按物質(zhì)的量比8 10: l加入反應(yīng)器，在相對較高的溫度(70 9(TC)下反應(yīng)生成雙酚A。反應(yīng)一般以巰基 化合物為助催化劑，主要工藝過程包括縮合、分離和異構(gòu)化三個部分。
對于雙酚A反應(yīng)軟測量模型的要求是將雙酚A生產(chǎn)的縮聚反應(yīng)宏觀動力 學(xué)模型與支持向量機回歸等建模技術(shù)相結(jié)合，建立反應(yīng)單元雙酚A縮合反應(yīng)的 軟測量模型，實現(xiàn)在線推理估計主反應(yīng)器相關(guān)質(zhì)量指標，包括反應(yīng)釜出口的BPA 含量、苯酚含量、丙酮含量、水分及雜質(zhì)含量等。
整個縮聚反應(yīng)體系中的陽離子樹脂催化劑和助催化劑的活性是對上述縮 聚反應(yīng)軟測量模型的估計精度影響極大的重要參數(shù)。
反應(yīng)使用陽離子樹脂催化劑(苯乙烯-二乙烯苯交聯(lián)的球粒狀化合物)，每個 樹脂顆粒都由交聯(lián)的立體骨架構(gòu)成，骨架上可離解出氫離子，作為活性中心。 加入助催化劑與離子交換樹脂共同使用，可大大提高催化劑活性及選擇性，加 快反應(yīng)速度。催化劑活性大小對縮聚反應(yīng)速率、反應(yīng)物轉(zhuǎn)化率以及反應(yīng)器出口 產(chǎn)物BPA的含量有著直接影響。
但是，由于多種原因，目前的工藝裝置對催化劑活性這個重要過程參數(shù)一 般無檢測手段，因而也無法與雙酚A縮合反應(yīng)軟測量模型進行有效的結(jié)合，以 致在實際軟測量過程中，由于各種因素的變化導(dǎo)致催化劑活性的波動，使出口 BPA含量產(chǎn)生波動，而軟測量模型無法對催化劑活性影響進行準確的估計。
陽離子樹脂催化劑與助催化劑的活性主要與催化劑累計使用時間、反應(yīng)溫 度和反應(yīng)物流量(生產(chǎn)負荷)等多項因素有關(guān)，目前尚未發(fā)現(xiàn)與各操作條件相 關(guān)的催化劑活性軟測量模型。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于尋求一種雙酚A縮合反應(yīng)中催化劑活性的在線軟測量方 法，以精確估計反應(yīng)器出口BPA含量，從而有利于對反應(yīng)過程的在線監(jiān)測與控 制，為現(xiàn)場操作提供參考依據(jù)，提高生產(chǎn)質(zhì)量。
按照本發(fā)明提供的技術(shù)方案，所述雙酚A縮合反應(yīng)中樹脂催化劑活性的在 線軟測量方法包a、檢測數(shù)據(jù)，利用常規(guī)的檢測裝置檢測操作變量；b、數(shù)據(jù) 預(yù)處理，將檢測到的有關(guān)操作變量做歸一化處理；c、計算，將經(jīng)過預(yù)處理后的 數(shù)據(jù)輸入下述軟測量模型
= /(O + g(加w， ra&， r) 其中"表示催化劑活性，為模型輸出；f、 _/7mv、 r^e、 r為模型輸入向量，
即所述操作變量，經(jīng)過計算得出雙酚A縮合反應(yīng)過程中的離子樹脂催化劑和助 催化劑活性；其中,為催化劑累計使用時間、y cm為催化劑總流量、m&為酚
酮比、r為反應(yīng)溫度；/(o表示催化劑活性",和催化劑累計使用時間^之間的函
數(shù)關(guān)系；g(^nv,m&，r)為采用歷史數(shù)據(jù)進行支持向量機非線性回歸得到的黑箱模 型。
催化劑活性^和催化劑累計使用時間f之間的函數(shù)關(guān)系/(0的具體表達形式
如下<formula>formula see original document page 4</formula>黑箱模型的輸入變量由催化劑總流量、酚酮比mfe及反應(yīng)溫度r決定；<formula>formula see original document page 4</formula>(,):苯酚流量；(/2):丙酮流量；(T):反應(yīng)溫度； 其中/、 /2用于計算總流量(y/mv)和酚酮比(mre)。 本發(fā)明的優(yōu)點是
1、 本發(fā)明在不需要添加任何特殊傳感器或檢測儀表等硬件設(shè)備的前提下， 僅僅利用已有的、常規(guī)的流量或溫度等檢測信號，即可實現(xiàn)催化劑活性的檢測， 不需任何硬件成本。
2、 本發(fā)明的軟測量模型算法簡單，對計算機軟件、硬件無特定要求。無論 在什么軟件環(huán)境下，無論是DCS系統(tǒng)或是普通的PC計算機，只要能將各流量 和溫度等操作條件參數(shù)采集輸入，即可編程實現(xiàn)軟測量計算。
3、 由于算法簡單，運算速度很快，本成果非常適合于在線實時運行。
4、 本成果通過模擬在多組不同生產(chǎn)條件下的催化劑活性的實驗數(shù)據(jù)，掌握 了各相關(guān)操作條件對催化劑活性的影響。
5、 運用軟測量方法中，對難以測量或不能測量的重要變量，選擇一些容易 測量的變量，通過構(gòu)成某種非線性數(shù)學(xué)關(guān)系來估計的思路，利用掌握的實驗數(shù) 據(jù)，建立出軟測量模型。因而本成果的最終形式是以實驗數(shù)據(jù)和軟測量混合模 型的形式出現(xiàn)。
6、 本發(fā)明建立的軟測量模型作為雙酚A縮合反應(yīng)軟測量模型的子模型，能 夠較為精確地估計實際生產(chǎn)中陽離子樹脂催化劑和助催化劑的活性變化，十分 有利于縮合反應(yīng)軟測量模型估計精度的提高。
具體實施例方式
本發(fā)明以國內(nèi)外工業(yè)上普遍采用的陽離子交換樹脂法為前提，利用該方法 在實際生產(chǎn)中積累的現(xiàn)場工業(yè)數(shù)據(jù)，研究縮合反應(yīng)體系中催化劑活性與相關(guān)生 產(chǎn)操作條件的關(guān)系，利用數(shù)學(xué)回歸與支持向量機回歸等方法，得到了催化劑活 性與各操作條件間的關(guān)系，最后建立陽離子樹脂催化劑與助催化劑活性的在線 軟測量模型。
(一)通過對雙酚A縮合反應(yīng)過程中苯酚和丙酮在陽離子樹脂催化劑及助 催化劑作用下的工業(yè)現(xiàn)場操作，將得到的現(xiàn)場數(shù)據(jù)進行數(shù)學(xué)回歸，得到催化劑 活性與催化劑累計使用時間之間的定量數(shù)學(xué)表達式
% = /(,) = -7.5362 x 10々2 + 4.4510x10々+ 0.9798 其中A、 ^分別表示催化劑活性和催化劑累計使用時間，/(f)表示其兩者之間的 函數(shù)關(guān)系，為一以時間為變量的單調(diào)下降的二次多項式，其物理含義是隨著使 用時間的增加，催化劑活性不斷下降。
在實際生產(chǎn)中，催化劑活性并不是單調(diào)下降的，有上下波動。因此催化劑 實際活性與由上述二次多項式計算得到的活性",之間存在誤差。導(dǎo)致此誤差產(chǎn)
生的是工業(yè)現(xiàn)場操作條件的變化，分析之后大致有以下三個流過催化劑的反 應(yīng)物流量Ow)、苯酚/丙酮流量比(^e)、反應(yīng)溫度(r)。其中，反應(yīng)物流量即
為生產(chǎn)負荷，其影響表現(xiàn)為對催化劑表明活性單元的沖刷作用，酚酮比越高則 越有利于BPA的生成，反應(yīng)溫度越高則可使催化活性提高，但樹脂型催化劑受 熱穩(wěn)定性性能的影響，可承受的溫度不得高于9(TC。
考慮流量(y 。w)、酚酮比(m&)、反應(yīng)溫度(r)對催化劑活性^的影響，使 用支持向量機方法辨識催化劑活性^和這三者之間的關(guān)系gC/7mv,m&,r)。得到這 幾者之間的非線性關(guān)系gOw，^e，r)，表示流量、酚酮比、反應(yīng)溫度造成催化劑 活性波動的影響。ga ovv,m^r)與/(/)進行疊加，即為催化劑活性軟測量模型
1、 檢領(lǐng) ^!，u用常規(guī)的檢測裝置檢測操作變量，具體的操作變量是苯酚
流量(y;)與丙酮流量(/2)這兩種進入反應(yīng)釜的物料流量，以及反應(yīng)釜的反應(yīng) 溫度(r)，并計算由開始使用之日起的催化劑累計使用時間G);另外計算總 流量和酚酮比(m&)，計算公式
<formula>formula see original document page 5</formula>
2、 數(shù)據(jù)預(yù)處理，將上一步驟計算得到的有關(guān)變量(總流量、酚酮比、反應(yīng)
溫度)做歸一化處理。
3、 計算，將經(jīng)過預(yù)處理后的數(shù)據(jù)輸入上述軟測量模型。即將上述催化劑累
計使用時間、反應(yīng)物流量、酚酮比和反應(yīng)釜的反應(yīng)溫度信號作為軟測量模型的 輸入信號向量，利用該軟測量模型進行計算，即可得到催化劑活性的實時測量結(jié)果。
4、 保存，用一定的格式保存并顯示催化劑活性軟測量結(jié)果。
權(quán)利要求
1、雙酚A縮合反應(yīng)中樹脂催化劑活性的在線軟測量方法，其特征是a、檢測數(shù)據(jù)，利用常規(guī)的檢測裝置檢測操作變量；b、數(shù)據(jù)預(yù)處理，將檢測到的有關(guān)操作變量做歸一化處理；c、計算，將經(jīng)過預(yù)處理后的數(shù)據(jù)輸入下述軟測量模型α＝f(t)+g(flow，rate，T)其中α表示催化劑活性，為模型輸出；t、flow、rate、T為模型輸入向量，即所述操作變量，經(jīng)過計算得出雙酚A縮合反應(yīng)過程中的離子樹脂催化劑和助催化劑活性；其中t為催化劑累計使用時間、flow為催化劑總流量、rate為酚酮比、T為反應(yīng)溫度；f(t)表示催化劑活性α1和催化劑累計使用時間t之間的函數(shù)關(guān)系；g(flow，rate，T)為采用歷史數(shù)據(jù)進行支持向量機非線性回歸得到的黑箱模型。
2、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征是催化劑活性^和催化劑累計使 用時間^之間的函數(shù)關(guān)系/(0的具體表達形式如下<formula>formula see original document page 2</formula>。
3、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征是黑箱模型的輸入變量由催化劑 總流量y cw、酚酮比m&及反應(yīng)溫度r決定；<formula>formula see original document page 2</formula>; (f,):苯酚流量；(f2):丙酮流量；(T):反應(yīng)溫度； 其中f,、f2用于計算總流量(Wow)和酚酮比(mfe)。
全文摘要
本發(fā)明涉及在線軟測量技術(shù)，具體地說是離子交換樹脂法雙酚A縮合反應(yīng)過程中巰基改性離子交換樹脂催化劑活性的在線軟測量方法。通過對雙酚A縮合反應(yīng)過程現(xiàn)場數(shù)據(jù)進行數(shù)學(xué)回歸和支持向量機非線性回歸分析，得到4個操作變量與反應(yīng)體系中的催化劑活性間的軟測量混合模型α＝f(t)+g(flow，rate，T)其中α表示催化劑活性，t為催化劑累計使用時間，f(t)為催化劑隨著使用時間的積累活性單調(diào)下降的數(shù)學(xué)表達式。flow、T、rate分別表示影響催化劑活性的三個重要因素反應(yīng)物流量(負荷)、苯酚/丙酮流量比(酚酮比)、反應(yīng)溫度，g(flow，rate，T)表示這三者對催化劑活性的影響關(guān)系。實際使用中將上述四個操作變量輸入模型，經(jīng)過計算得出雙酚A生產(chǎn)過程中離子交換樹脂催化劑的活性。
文檔編號G01N31/10GK101387623SQ20081019561
公開日2009年3月18日 申請日期2008年8月30日 優(yōu)先權(quán)日2008年8月30日
發(fā)明者何雪飛, 馮雪峰, 成亮鋮, 楊慧中, 石晨曦, 糜雄飛, 薛子敬, 剛 陳 申請人:江南大學(xué);藍星化工新材料股份有限公司無錫樹脂廠