范加強

摘要：酯化率是聚酯行業(yè)的一個重要質(zhì)量指標，它反映了聚酯生產(chǎn)進行的程度。由于各種原因，酯化率檢測基本停留在實驗室離線化驗、人工操作、經(jīng)驗調(diào)整階段，嚴重制約了聚酯工業(yè)的發(fā)展。現(xiàn)通過軟測量技術，分析聚酯工藝構建軟測量模型，在線估計聚酯酯化率。該方法方便快捷、模型泛化性能良好，可以實現(xiàn)酯化率的在線檢測，對整個聚酯生產(chǎn)過程的操作運行和自動控制具有十分重要的意義。

關鍵詞：聚酯酯化率；自動化；軟測量技術；熱量衡算法；沸點升高法

0引言

近年來，隨著科學技術的迅猛發(fā)展和市場競爭的日益激烈，為了保證產(chǎn)品的質(zhì)量和經(jīng)濟效益，先進控制和優(yōu)化控制紛紛被應用于工業(yè)過程中。軟測量技術正是為了解決這類變量的實時測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器，即采集某些容易測量的變量，并構造一個以這些易測變量為輸入的數(shù)學模型來估計難測的主要變量，從而為過程控制、質(zhì)量控制、過程管理與決策等提供支持，也為進一步實現(xiàn)質(zhì)量控制和過程優(yōu)化奠定基礎。

軟測量技術已是現(xiàn)代流程工業(yè)和過程控制領域關鍵技術之一，它的成功應用將極大地推動在線質(zhì)量控制和各種先進控制策略的實施，使生產(chǎn)過程控制得更加理想。

1聚酯酯化率檢測現(xiàn)狀

目前聚酯行業(yè)由于各種原因，酯化率檢測還是由離線人工化驗檢測，該檢測手段存在很大局限性，制約了企業(yè)的進一步發(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，有時甚至存在易燃、易爆或有毒物質(zhì)。對物料取樣必須采取特殊方法，往往需要設備停產(chǎn)、降壓等作業(yè)方式。

（2）物料取樣送至實驗室化驗分析一般采用化學試劑檢測或者采用專門的檢測設備，對實驗室化驗人員的專業(yè)素質(zhì)有一定的要求。

（3）實驗室化驗數(shù)據(jù)存在幾個小時以上的時間滯后，檢測結果往往不能代表現(xiàn)有時間的生產(chǎn)情況，過程工業(yè)中強調(diào)生產(chǎn)過程的實時性、整體性，各生產(chǎn)裝置間存在復雜的關系，要求從全局協(xié)調(diào)，以求整個生產(chǎn)裝置運行平穩(wěn)、高效。

2軟測量技術原理

酯化反應通常涉及到4種物質(zhì)，例如，對苯二甲酸（PTA）和乙二醇（EG）在一定條件下進行酯化反應，生成對苯二甲酸乙二酯（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，在進料配比一定（已知）的情況下，隨著反應進行程度的不同，整個反應物系的密度也將不同，因此，可通過對物系密度的在線檢測，并結合進料配比，就可以由模型計算得到酯化反應的酯化率。

考慮到酯化反應過程的復雜性，同時利用多種途徑對酯化率進行估計，構成所謂的“多傳感器信息融合”，以達到提高酯化率檢測精度和可靠性的目的。

2.1熱量衡算法。

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

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

（4）反應釜向環(huán)境損失的熱量。（5）攪拌輸入的熱量。

通過現(xiàn)場傳感器檢測或適當?shù)姆治?、推導，可以檢測得知以上熱量變化，再由熱量平衡計算得到酯化反應過程本身的吸熱量，從而計算得出反應酯化率。

2.2沸點升高法。

參與酯化反應的各個物質(zhì)其性質(zhì)是不相同的，其中沸點不同也是一個可以利用的特性。當體系中最不易揮發(fā)的物質(zhì)含量增加時，整個體系的沸點將會增加，出現(xiàn)“沸點升高”現(xiàn)象。在酯化反應器中，物料處于氣液共存的沸騰狀態(tài)，因而可通過檢測氣液相溫度及其差異，同時結合進料配比、釜內(nèi)壓力等信息，由模型計算獲得酯化率。

3軟測量技術優(yōu)勢

軟測量技術是根據(jù)生產(chǎn)工藝和現(xiàn)場工況情況差異化設計，完全符合廠家自身的情況和要求。同時，該測量方法不對反應釜本體進行改造，對生產(chǎn)沒有任何影響；采用已有常規(guī)信號，可靠性高，不易損壞，使用壽命長；與常見的分析儀相比，本系統(tǒng)對量程沒有限制，可根據(jù)實際需要進行調(diào)整；響應速度快，測量趨勢良好，酯化率的典型精度可達到1.5%；對提高產(chǎn)品質(zhì)量，減少能耗等也有明顯效果。

通過軟測量技術可以及地的反應生產(chǎn)過程中的反應酯化率，提供可靠的生產(chǎn)數(shù)據(jù)指導現(xiàn)場操作人員或者相關設備進行前置控制，方便指導生產(chǎn)。同時減少實驗室化驗次數(shù)，節(jié)約化驗試劑，保護環(huán)境提高工作效率，為企業(yè)生產(chǎn)實現(xiàn)自動化打下堅實基礎。

4軟測量檢測數(shù)據(jù)

采用軟測量技術對聚酯酯化率進行在線檢測，將化驗值與計算值進行對比，軟測量技術檢測結果與化驗值基本符合且跟蹤性良好。熱量衡算法構建軟測量模型檢測誤差為0.82%；沸點升高法構建軟測量模型檢測誤差為1.40%。

5總結

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