软测量方法检测聚酯酯化率
范加强
摘要：酯化率是聚酯行业的一个重要质量指标，它反映了聚酯生产进行的程度。由于各种原因，酯化率检测基本停留在实验室离线化验、人工操作、经验调整阶段，严重制约了聚酯工业的发展。现通过软测量技术，分析聚酯工艺构建软测量模型，在线估计聚酯酯化率。该方法方便快捷、模型泛化性能良好，可以实现酯化率的在线检测，对整个聚酯生产过程的操作运行和自动控制具有十分重要的意义。
关键词：聚酯酯化率；自动化；软测量技术；热量衡算法；沸点升高法
0引言
近年来，随着科学技术的迅猛发展和市场竞争的日益激烈，为了保证产品的质量和经济效益，先进控制和优化控制纷纷被应用于工业过程中。软测量技术正是为了解决这类变量的实时测量和控制问题而逐渐发展起来的。根源于推理控制中的推理估计器，即采集某些容易测量的变量，并构造一个以这些易测变量为输入的数学模型来估计难测的主要变量，从而为过程控制、质量控制、过程管理与决策等提供支持，也为进一步实现质量控制和过程优化奠定基础。
软测量技术已是现代流程工业和过程控制领域关键技术之一，它的成功应用将极大地推动在线质量控制和各种先进控制策略的实施，使生产过程控制得更加理想。
1聚酯酯化率检测现状
目前聚酯行业由于各种原因，酯化率检测还是由离线人工化验检测，该检测手段存在很大局限性，制约了企业的进一步发展。
（1）生产过程中特别是过程工业，其一般具有着高温、高压、低温、真空、高粉尘和高湿度的特点，有时甚至存在易燃、易爆或有毒物质。对物料取样必须采取特殊方法，往往需要设备停产、降压等作业方式。
（2）物料取样送至实验室化验分析一般采用化学试剂检测或者采用专门的检测设备，对实验室化验人员的专业素质有一定的要求。
（3）实验室化验数据存在几个小时以上的时间滞后，检测结果往往不能代表现有时间的生产情况，过程工业中强调生产过程的实时性、整体性，各生产装置间存在复杂的关系，要求从全局协调，以求整个生产装置运行平稳、高效。
2软测量技术原理
酯化反应通常涉及到4种物质，例如，对苯二甲酸（PTA）和乙二醇（EG）在一定条件下进行酯化反应，生成对苯二甲酸乙二酯（PET）和水。这4种物质的密度存在较大的差异，其中，反应物PTA为1.55，EG为1.1155，生成物PET为1.089，水为1.000。很显然，在进料配比一定（已知）的情况下，随着反应进行程度的不同，整个反应物系的密度也将不同，因此，可通过对物系密度的在线检测，并结合进料配比，就可以由模型计算得到酯化反应的酯化率。
考虑到酯化反应过程的复杂性，同时利用多种途径对酯化率进行估计，构成所谓的“多传感器信息融合”，以达到提高酯化率检测精度和可靠性的目的。
2.1热量衡算法。
酯化属于吸热反应，反应过程中的热量由通过管道中的热油提供。在一定的条件下，酯化反应的过程进行得越快，酯化率变化越大，则反应吸收的热量也相应越多，因此可由热量衡算推算酯化率。
由上述检测的基本原理可知，酯化率在线检测的关键是求出反应的吸热量，这可由热量衡算来获得，影响吸热量计算的主要因素包括：（1）热油冷却而产生的热量。（2）物料进入和流出反应釜的热量。（3）物料本身温度变化而引起的热量。
（4）反应釜向环境损失的热量。（5）搅拌输入的热量。
通过现场传感器检测或适当的分析、推导，可以检测得知以上热量变化，再由热量平衡计算得到酯化反应过程本身的吸热量，从而计算得出反应酯化率。
2.2沸点升高法。
参与酯化反应的各个物质其性质是不相同的，其中沸点不同也是一个可以利用的特性。当体系中最不易挥发的物质含量增加时，整个体系的沸点将会增加，出现“沸点升高”现象。在酯化反应器中，物料处于气液共存的沸腾状态，因而可通过检测气液相温度及其差异，同时结合进料配比、釜内压力等信息，由模型计算获得酯化率。
3软测量技术优势
软测量技术是根据生产工艺和现场工况情况差异化设计，完全符合厂家自身的情况和要求。同时，该测量方法不对反应釜本体进行改造，对生产没有任何影响；采用已有常规信号，可靠性高，不易损坏，使用寿命长；与常见的分析仪相比，本系统对量程没有限制，可根据实际需要进行调整；响应速度快，测量趋势良好，酯化率的典型精度可达到1.5%；对提高产品质量，减少能耗等也有明显效果。
通过软测量技术可以及地的反应生产过程中的反应酯化率，提供可靠的生产数据指导现场操作人员或者相关设备进行前置控制，方便指导生产。同时减少实验室化验次数，节约化验试剂，保护环境提高工作效率，为企业生产实现自动化打下坚实基础。
4软测量检测数据
采用软测量技术对聚酯酯化率进行在线检测，将化验值与计算值进行对比，软测量技术检测结果与化验值基本符合且跟踪性良好。热量衡算法构建软测量模型检测误差为0.82%；沸点升高法构建软测量模型检测误差为1.40%。
5总结
酯化率是表征产品质量的重要参数。目前，酯化率的检测多用人工分析化验的方法来获得，不仅消耗人力物力，而且滞后时间多在四小时以上，对生产的指导作用有限。所以软测量技术以其方便灵活、稳定精确、适用性广等优势成为在线检测聚酯酯化率的一种有效方式，从而指导生产，提高企业效益。
