本發(fā)明涉及碳酸二甲酯制取，具體涉及一種利用碳酸丙烯酯與甲醇制取碳酸二甲酯的控制系統(tǒng)及方法。

背景技術(shù)：

1、碳酸二甲酯（dmc）是一種重要的化工中間體，廣泛應(yīng)用于有機合成、涂料、塑料、農(nóng)藥、溶劑等領(lǐng)域。它不僅是一種環(huán)保型的溶劑，還在合成高分子材料、醫(yī)藥及農(nóng)業(yè)化學(xué)品等方面有著廣泛的應(yīng)用。傳統(tǒng)上，碳酸二甲酯的合成方法多依賴于氯甲烷和氧化反應(yīng)等途徑，但這些方法存在反應(yīng)條件苛刻、副產(chǎn)物較多、環(huán)境污染等問題。而利用碳酸丙烯酯（cpc）與甲醇反應(yīng)制備碳酸二甲酯是一種較為環(huán)保和高效的合成路線，因為碳酸丙烯酯作為反應(yīng)物本身是一種較為綠色的化學(xué)物質(zhì)，其與甲醇反應(yīng)可以在溫和條件下高效生成碳酸二甲酯，同時副產(chǎn)物少，對環(huán)境影響小。為了進一步提高該反應(yīng)的生產(chǎn)效率、降低能耗并提高碳酸二甲酯的產(chǎn)率，反應(yīng)過程的精確控制顯得尤為重要。由于反應(yīng)過程中溫度、壓力、原料流量等因素對反應(yīng)速率和產(chǎn)率有著顯著影響，因此需要通過智能化的控制方法來實時監(jiān)控和調(diào)整這些關(guān)鍵參數(shù)，確保反應(yīng)在最優(yōu)狀態(tài)下進行，避免過高的能耗或副產(chǎn)物的生成，同時提升產(chǎn)品的純度與生產(chǎn)的穩(wěn)定性。因此，對該反應(yīng)過程進行精確控制，不僅能夠優(yōu)化生產(chǎn)效率，還能提高經(jīng)濟性和環(huán)境友好性。

2、現(xiàn)有的利用碳酸丙烯酯與甲醇制取碳酸二甲酯的控制技術(shù)，通常通過先進的自動化控制系統(tǒng)和優(yōu)化算法對反應(yīng)過程中的關(guān)鍵參數(shù)進行實時監(jiān)控與調(diào)整。具體來說，該控制系統(tǒng)會集成溫度、壓力、原料流量、反應(yīng)物濃度等多項數(shù)據(jù)，通過傳感器和執(zhí)行器實時采集反應(yīng)環(huán)境的數(shù)據(jù)，并通過控制算法（如pid控制、模糊控制或機器學(xué)習(xí)優(yōu)化算法）自動調(diào)整反應(yīng)條件，以確保反應(yīng)在最優(yōu)狀態(tài)下進行。例如，溫度控制系統(tǒng)可以根據(jù)反應(yīng)溫度的變化自動調(diào)節(jié)加熱或冷卻裝置，保持反應(yīng)溫度在最佳范圍內(nèi)，避免溫度過高導(dǎo)致副產(chǎn)物生成或者溫度過低導(dǎo)致反應(yīng)速率過慢；壓力控制系統(tǒng)則通過調(diào)節(jié)反應(yīng)器內(nèi)的壓力，確保反應(yīng)速率和產(chǎn)物選擇性達到最佳狀態(tài)；而原料流量控制則根據(jù)反應(yīng)進程自動調(diào)整甲醇和碳酸丙烯酯的投料量，以實現(xiàn)反應(yīng)的高效進行。該控制系統(tǒng)還可以通過實時反饋和預(yù)測模型，對反應(yīng)過程中的變化進行自適應(yīng)調(diào)整，確保在生產(chǎn)過程中始終保持高效穩(wěn)定，從而提高碳酸二甲酯的產(chǎn)率，減少副產(chǎn)物生成，降低能耗，并提升產(chǎn)品純度。這些控制過程的集成與優(yōu)化不僅使反應(yīng)過程更加精準和可控，還大大提高了生產(chǎn)過程的自動化程度和安全性。

3、現(xiàn)有技術(shù)存在以下不足：

4、在碳酸丙烯酯與甲醇反應(yīng)制取碳酸二甲酯的過程中，反應(yīng)器內(nèi)壁可能會逐漸積累一些副產(chǎn)物、雜質(zhì)或未完全反應(yīng)的物質(zhì)，這些物質(zhì)在反應(yīng)過程中通過熱交換系統(tǒng)的流動會形成微小的結(jié)垢層。隨著反應(yīng)的持續(xù)進行，這些結(jié)垢層會逐步增加，尤其是在高溫、高壓的條件下，結(jié)垢的現(xiàn)象更加明顯。初期，結(jié)垢層可能非常薄，且不會對熱交換效率產(chǎn)生明顯影響，因此溫度控制系統(tǒng)無法及時察覺。然而，隨著結(jié)垢層的增厚，熱交換效率開始出現(xiàn)輕微下降，導(dǎo)致熱交換器的溫度調(diào)節(jié)反應(yīng)變得遲緩。由于現(xiàn)有的控制系統(tǒng)通常只依據(jù)溫度傳感器的讀數(shù)進行調(diào)控，當(dāng)溫度出現(xiàn)波動時，控制系統(tǒng)難以精準地識別這種溫度波動是否由結(jié)垢引起，也無法通過實時計算來補償這種溫差變化。因此，在結(jié)垢的初期和微小階段，控制系統(tǒng)無法有效感知并實時校準熱交換效率，導(dǎo)致反應(yīng)器的溫度控制出現(xiàn)偏差。這種偏差會影響反應(yīng)速率和反應(yīng)的均勻性，最終降低碳酸二甲酯的產(chǎn)量和質(zhì)量，甚至可能導(dǎo)致反應(yīng)過程的不穩(wěn)定，從而影響整體生產(chǎn)效率和產(chǎn)品的質(zhì)量。

5、在所述背景技術(shù)部分公開的上述信息僅用于加強對本公開的背景的理解，因此它可以包括不構(gòu)成對本領(lǐng)域普通技術(shù)人員已知的現(xiàn)有技術(shù)的信息。

技術(shù)實現(xiàn)思路

1、本發(fā)明的目的是提供利用碳酸丙烯酯與甲醇制取碳酸二甲酯的控制系統(tǒng)及方法，以解決上述背景技術(shù)中的問題。

2、為了實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明提供如下技術(shù)方案：利用碳酸丙烯酯與甲醇制取碳酸二甲酯的控制方法，具體包括以下步驟：

3、一、在碳酸丙烯酯與甲醇反應(yīng)制取碳酸二甲酯的過程中，對用于制取碳酸二甲酯的反應(yīng)器的內(nèi)壁是否出現(xiàn)結(jié)垢層進行實時檢測，并在檢測到出現(xiàn)結(jié)垢層的情況下，構(gòu)建基于結(jié)垢層檢測的數(shù)學(xué)模型；

4、二、實時獲取反應(yīng)器內(nèi)壁出現(xiàn)的結(jié)垢層的結(jié)垢影響信息，并在獲取后進行分析，分別生成結(jié)垢影響系數(shù)和熱交換效率敏感度指數(shù)；

5、生成結(jié)垢影響系數(shù)和熱交換效率敏感度指數(shù)的具體步驟如下：

6、實時獲取反應(yīng)器內(nèi)壁出現(xiàn)的結(jié)垢層的結(jié)垢影響信息，并在獲取后進行預(yù)處理；

7、提取經(jīng)過預(yù)處理的反應(yīng)器內(nèi)壁出現(xiàn)的結(jié)垢層的結(jié)垢影響信息中的結(jié)垢層特性信息和熱交換性能敏感度信息；

8、對提取的結(jié)垢層特性信息和熱交換性能敏感度信息進行分析，分別生成結(jié)垢影響系數(shù)和熱交換效率敏感度指數(shù)；

9、三、對生成的結(jié)垢影響系數(shù)和熱交換效率敏感度指數(shù)構(gòu)建結(jié)垢影響評估模型，生成影響評估系數(shù)，并在生成后進行分析，評估反應(yīng)器內(nèi)壁出現(xiàn)的結(jié)垢層對反應(yīng)器熱交換效率的影響程度；

10、四、根據(jù)對反應(yīng)器內(nèi)壁結(jié)垢層對熱交換效率的影響程度的評估結(jié)果，采取對應(yīng)的調(diào)整措施；

11、五、對實施調(diào)整措施后的反應(yīng)器熱交換效率進行實時監(jiān)控，持續(xù)獲取反應(yīng)器熱交換效率的變化數(shù)據(jù)，并根據(jù)實時監(jiān)控結(jié)果動態(tài)調(diào)整評估模型和調(diào)整措施；

12、六、存儲和分析歷史監(jiān)測數(shù)據(jù)，以評估調(diào)整效果并優(yōu)化模型參數(shù)，持續(xù)優(yōu)化控制策略，提升熱交換效率。

13、優(yōu)選的，所述結(jié)垢影響系數(shù)的獲取邏輯如下：

14、提取經(jīng)過預(yù)處理的反應(yīng)器內(nèi)壁出現(xiàn)的結(jié)垢層的結(jié)垢影響信息中的結(jié)垢層特性信息，具體包括在一段時間內(nèi)不同時刻反應(yīng)器內(nèi)壁出現(xiàn)的結(jié)垢層的平均厚度、反應(yīng)器內(nèi)流體的平均溫度以及反應(yīng)器內(nèi)流體的平均粘度，并分別標定為dsm、tfm和nfm，dsm表示在一段時間內(nèi)m時刻反應(yīng)器內(nèi)壁出現(xiàn)的結(jié)垢層的平均厚度，tfm表示在一段時間內(nèi)m時刻反應(yīng)器內(nèi)流體的平均溫度，nfm表示在一段時間內(nèi)m時刻反應(yīng)器內(nèi)流體的平均粘度，m=1、2、3、…、g，g為正整數(shù)；

15、計算結(jié)垢影響系數(shù)，具體的計算公式如下：

16、，

17、式中，sic為結(jié)垢影響系數(shù)。

18、優(yōu)選的，所述熱交換效率敏感度指數(shù)的獲取邏輯如下：

19、提取經(jīng)過預(yù)處理的反應(yīng)器內(nèi)壁出現(xiàn)的結(jié)垢層的結(jié)垢影響信息中的熱交換性能敏感度信息，具體包括在一段時間內(nèi)不同時刻反應(yīng)器內(nèi)部傳遞的熱量值、反應(yīng)器內(nèi)壁與冷卻劑之間的溫差以及反應(yīng)器內(nèi)部的流體的熱導(dǎo)率，并分別標定為qfn、δtwn和kfn，qfn表示在一段時間內(nèi)n時刻反應(yīng)器內(nèi)部傳遞的熱量值，δtwn表示在一段時間內(nèi)n時刻反應(yīng)器內(nèi)壁與冷卻劑之間的溫差，kfn表示在一段時間內(nèi)n時刻反應(yīng)器內(nèi)部的流體的熱導(dǎo)率，n=1、2、3、…、k，k為正整數(shù)；

20、計算熱交換效率敏感度指數(shù)，具體的計算公式如下：

21、，

22、式中，hsec為熱交換效率敏感度指數(shù)。

23、優(yōu)選的，對生成的結(jié)垢影響系數(shù)和熱交換效率敏感度指數(shù)構(gòu)建結(jié)垢影響評估模型，生成影響評估系數(shù)，具體包括以下步驟：

24、收集在過去一段時間內(nèi)生成的若干個結(jié)垢影響系數(shù)、熱交換效率敏感度指數(shù)以及對應(yīng)的影響評估系數(shù)，并分別標定為sicx、hsecx和iacx，x表示在過去一段時間內(nèi)生成的若干個結(jié)垢影響系數(shù)、熱交換效率敏感度指數(shù)以及對應(yīng)的影響評估系數(shù)的編號，x=3、4、5、…、d，d為正整數(shù)，并將收集的過去一段時間內(nèi)的數(shù)據(jù)形成歷史數(shù)據(jù)集；

25、選擇多元回歸模型作為結(jié)垢影響評估模型，并通過歷史數(shù)據(jù)集進行訓(xùn)練，確定回歸系數(shù)的取值，依據(jù)公式：

26、，

27、式中，β0、β1和β2為回歸系數(shù)；

28、通過最小化預(yù)測值與實際值之間的誤差，優(yōu)化回歸系數(shù)，最終確定回歸系數(shù)β0、β1和β2的取值；

29、使用最終確定的回歸系數(shù)，對構(gòu)建的結(jié)垢影響評估模型，輸入實時生成的結(jié)垢影響系數(shù)sic和熱交換效率敏感度指數(shù)hsec，實時生成影響評估系數(shù)iac。

30、優(yōu)選的，將生成的影響評估系數(shù)iac與預(yù)先設(shè)定的影響評估系數(shù)閾值區(qū)間[iacmin，iacmax]進行比對，根據(jù)比對結(jié)果評估反應(yīng)器內(nèi)壁出現(xiàn)的結(jié)垢層對反應(yīng)器熱交換效率的影響程度，具體比對分析如下：

31、若iac＜iacmin，反應(yīng)器內(nèi)壁出現(xiàn)的結(jié)垢層對反應(yīng)器熱交換效率的影響程度為低影響程度；

32、若iacmin≤iac≤iacmax，反應(yīng)器內(nèi)壁出現(xiàn)的結(jié)垢層對反應(yīng)器熱交換效率的影響程度為中等影響程度；

33、若iac＞iacmax，反應(yīng)器內(nèi)壁出現(xiàn)的結(jié)垢層對反應(yīng)器熱交換效率的影響程度為高影響程度。

34、優(yōu)選的，根據(jù)對反應(yīng)器內(nèi)壁結(jié)垢層對熱交換效率的影響程度的評估結(jié)果，采取對應(yīng)的調(diào)整措施，具體為：

35、若評估結(jié)果為反應(yīng)器內(nèi)壁出現(xiàn)的結(jié)垢層對反應(yīng)器熱交換效率的影響程度為低影響程度，采取的調(diào)整措施為：維持現(xiàn)有操作條件，定期監(jiān)測反應(yīng)器內(nèi)壁結(jié)垢情況；

36、若評估結(jié)果為反應(yīng)器內(nèi)壁出現(xiàn)的結(jié)垢層對反應(yīng)器熱交換效率的影響程度為中等影響程度，采取的調(diào)整措施為：優(yōu)化操作參數(shù)，增強冷卻系統(tǒng)的熱交換效率，降低結(jié)垢對熱交換的負面影響，并增加反應(yīng)器清洗周期；

37、若評估結(jié)果為反應(yīng)器內(nèi)壁出現(xiàn)的結(jié)垢層對反應(yīng)器熱交換效率的影響程度為高影響程度，采取的調(diào)整措施為：立即進行結(jié)垢清除作業(yè)，包括對反應(yīng)器和熱交換器進行全面的清潔，并調(diào)整反應(yīng)器的操作條件，以恢復(fù)熱交換系統(tǒng)的工作效率，并對溫控系統(tǒng)進行升級。

38、優(yōu)選的，利用碳酸丙烯酯與甲醇制取碳酸二甲酯的控制系統(tǒng)，包括結(jié)垢檢測模塊、結(jié)垢影響分析模塊、影響評估模型模塊、調(diào)整措施模塊、動態(tài)監(jiān)控與調(diào)整模塊以及數(shù)據(jù)存儲與優(yōu)化模塊；

39、結(jié)垢檢測模塊，在碳酸丙烯酯與甲醇反應(yīng)制取碳酸二甲酯的過程中，對用于制取碳酸二甲酯的反應(yīng)器的內(nèi)壁是否出現(xiàn)結(jié)垢層進行實時檢測，并在檢測到出現(xiàn)結(jié)垢層的情況下，構(gòu)建基于結(jié)垢層檢測的數(shù)學(xué)模型；

40、結(jié)垢影響分析模塊，實時獲取反應(yīng)器內(nèi)壁出現(xiàn)的結(jié)垢層的結(jié)垢影響信息，并在獲取后進行分析，分別生成結(jié)垢影響系數(shù)和熱交換效率敏感度指數(shù)；

41、影響評估模型模塊，對生成的結(jié)垢影響系數(shù)和熱交換效率敏感度指數(shù)構(gòu)建結(jié)垢影響評估模型，生成影響評估系數(shù)，并在生成后進行分析，評估反應(yīng)器內(nèi)壁出現(xiàn)的結(jié)垢層對反應(yīng)器熱交換效率的影響程度；

42、調(diào)整措施模塊，根據(jù)對反應(yīng)器內(nèi)壁結(jié)垢層對熱交換效率的影響程度的評估結(jié)果，采取對應(yīng)的調(diào)整措施；

43、動態(tài)監(jiān)控與調(diào)整模塊，對實施調(diào)整措施后的反應(yīng)器熱交換效率進行實時監(jiān)控，持續(xù)獲取反應(yīng)器熱交換效率的變化數(shù)據(jù)，并根據(jù)實時監(jiān)控結(jié)果動態(tài)調(diào)整評估模型和調(diào)整措施；

44、數(shù)據(jù)存儲與優(yōu)化模塊，存儲和分析歷史監(jiān)測數(shù)據(jù)，以評估調(diào)整效果并優(yōu)化模型參數(shù)，持續(xù)優(yōu)化控制策略，提升熱交換效率。

45、在上述技術(shù)方案中，本發(fā)明的有益效果是：

46、1、本發(fā)明通過實時檢測反應(yīng)器內(nèi)壁的結(jié)垢情況，并基于結(jié)垢層檢測構(gòu)建數(shù)學(xué)模型，能夠?qū)崟r獲取結(jié)垢影響信息并進行分析。這一過程實現(xiàn)了對結(jié)垢層的動態(tài)監(jiān)控，不僅有效避免了溫度控制系統(tǒng)由于結(jié)垢引發(fā)的延遲反應(yīng)，還能精準識別結(jié)垢對熱交換效率的潛在影響。與傳統(tǒng)控制系統(tǒng)依賴單一的溫度傳感器不同，本發(fā)明通過建立結(jié)垢影響系數(shù)和熱交換效率敏感度指數(shù)的數(shù)學(xué)模型，使系統(tǒng)可以實時評估結(jié)垢對熱交換效率的具體影響，從而提升了溫控系統(tǒng)的響應(yīng)速度和準確性。通過這一動態(tài)監(jiān)控和實時反饋機制，系統(tǒng)能夠在結(jié)垢初期即采取有效措施，避免因結(jié)垢積累而引起的熱交換效率下降及其帶來的生產(chǎn)波動，確保反應(yīng)過程的穩(wěn)定性和均勻性，進而提升了碳酸二甲酯的產(chǎn)量和質(zhì)量；

47、2、本發(fā)明中的結(jié)垢影響系數(shù)和熱交換效率敏感度指數(shù)被用于構(gòu)建結(jié)垢影響評估模型，生成的影響評估系數(shù)能夠與預(yù)設(shè)的閾值區(qū)間進行比對，實時評估結(jié)垢對熱交換效率的影響程度。該評估模型能夠精確判斷反應(yīng)器內(nèi)壁結(jié)垢的具體影響，并依據(jù)評估結(jié)果靈活調(diào)整操作參數(shù)。通過該機制，系統(tǒng)可根據(jù)實際情況采取不同的調(diào)整措施，比如優(yōu)化操作參數(shù)、增強冷卻系統(tǒng)效率或直接進行結(jié)垢清除作業(yè)。這一靈活的調(diào)整方式不僅能夠在結(jié)垢初期實現(xiàn)及時干預(yù)，也能在結(jié)垢較嚴重時立即進行有效的清潔和優(yōu)化，從而保障了熱交換效率和反應(yīng)器的長期穩(wěn)定性。通過實時調(diào)整和優(yōu)化控制策略，整體系統(tǒng)的熱交換效率得以提升，減少了因結(jié)垢引發(fā)的潛在生產(chǎn)損失；

48、3、本發(fā)明通過存儲和分析歷史監(jiān)測數(shù)據(jù)，能夠不斷評估調(diào)整措施的效果并優(yōu)化模型參數(shù)。這種歷史數(shù)據(jù)積累和分析功能，使得系統(tǒng)在長期運行中能夠不斷自我學(xué)習(xí)和優(yōu)化，不僅提高了結(jié)垢監(jiān)測的準確性，還能夠為未來可能出現(xiàn)的結(jié)垢問題提供精準預(yù)測。通過這種數(shù)據(jù)驅(qū)動的優(yōu)化機制，系統(tǒng)能夠適應(yīng)不同的生產(chǎn)條件，并根據(jù)歷史數(shù)據(jù)持續(xù)提升控制策略的智能化水平，進一步提升了熱交換效率與反應(yīng)器的操作穩(wěn)定性。此外，系統(tǒng)通過動態(tài)調(diào)整評估模型和調(diào)整措施，能夠根據(jù)反應(yīng)器的實時狀態(tài)作出最優(yōu)調(diào)整，避免了傳統(tǒng)系統(tǒng)因缺乏持續(xù)優(yōu)化和學(xué)習(xí)機制而導(dǎo)致的效率降低問題，顯著提升了整個反應(yīng)過程的生產(chǎn)效率與產(chǎn)品質(zhì)量。