專利名稱：：化學(xué)產(chǎn)品合成工藝的控制方法
技術(shù)領(lǐng)域：
：本發(fā)明涉及化學(xué)產(chǎn)品工藝的控制方法。還涉及實(shí)施這種方法的控制裝置和合成工藝，特別是由這種方法控制的聚合物合成工藝。在常規(guī)進(jìn)行的化學(xué)品合成工藝中，PID(比例-積分-微分)型控制器用來(lái)分別控制重要性或大或小的影響合成過(guò)程的變量(溫度、流量、壓力等)。換句話說(shuō)，為了控制溫度、流量或壓力中的每一個(gè)，連續(xù)(或斷續(xù))地測(cè)定其實(shí)際值，PID控制器比較實(shí)際值和設(shè)定值，如果合適的話，作用要控制的變量，減少設(shè)定值和測(cè)定值之間的差?？紤]到大多數(shù)化學(xué)品合成工藝的復(fù)雜性，各種控制器的設(shè)定值至今還需經(jīng)驗(yàn)調(diào)節(jié)以最終獲得合成產(chǎn)品的所需性質(zhì)。為了這一目的，使用了一些技巧，在穩(wěn)定狀態(tài)下，結(jié)合使用經(jīng)驗(yàn)測(cè)定的參數(shù)以獲得合成產(chǎn)品的所需性質(zhì)?？刂谱兞亢秃铣僧a(chǎn)品的性質(zhì)之間的經(jīng)驗(yàn)關(guān)系可以借助于或多或少?gòu)?fù)雜的統(tǒng)計(jì)工具由這些技巧推導(dǎo)。然而，很明顯，這些經(jīng)驗(yàn)關(guān)系很少考慮存在于分別控制的變量之間的多重相互依賴性或未知的干擾，如原料中雜質(zhì)含量。傳統(tǒng)的閉環(huán)控制使用合成產(chǎn)品基本性質(zhì)的測(cè)定值作為反饋校正，很明顯，它很難應(yīng)用到大多數(shù)合成工藝中。這是因?yàn)楣に囘^(guò)程中間的或作為反饋校正的測(cè)定或分析中的空耗時(shí)間(tempsmorts)太長(zhǎng)，而且支配這一過(guò)程的各種變量之間的關(guān)聯(lián)性太復(fù)雜。早就知道，裝有經(jīng)驗(yàn)調(diào)節(jié)設(shè)定值的控制器的合成工藝，特別是聚合物連續(xù)合成工藝，具有以下主要缺點(diǎn)-合成工藝的開車花費(fèi)太多的時(shí)間，生產(chǎn)了大量的不合格產(chǎn)品；-品級(jí)的改變慢，也導(dǎo)致產(chǎn)生大量不合格過(guò)渡產(chǎn)品；-在不損害這些產(chǎn)品的性質(zhì)的前提下，很難改變工藝的產(chǎn)生速率，也就是說(shuō)很難改變單位時(shí)間內(nèi)合成產(chǎn)品的量；-合成產(chǎn)品性質(zhì)的一致性不好，即使是在穩(wěn)態(tài)過(guò)程中也是這樣。為了避免設(shè)定值的經(jīng)驗(yàn)調(diào)節(jié)，在專業(yè)文獻(xiàn)中已提出使用合成工藝控制方法，利用模擬合成過(guò)程的特征方程，以關(guān)聯(lián)合成產(chǎn)品的某些性質(zhì)和合成過(guò)程中反應(yīng)器的運(yùn)行條件。然而，為了限制這些特征方程的復(fù)雜性，迄今為止都認(rèn)為在實(shí)踐中，必須僅僅只考慮靜態(tài)(穩(wěn)態(tài))情況，或者必須限定為高度簡(jiǎn)化的工藝過(guò)程動(dòng)力學(xué)經(jīng)驗(yàn)?zāi)Ｐ?。靜態(tài)模型的使用僅限于穩(wěn)態(tài)生產(chǎn)的控制。在經(jīng)驗(yàn)?zāi)M的情況下，特征方程僅在窄的有效范圍(進(jìn)行模擬的點(diǎn)附近)內(nèi)有效。在開車階段和過(guò)渡階段這兩種情況下的控制不力。毫無(wú)疑問(wèn)，通過(guò)在操作參數(shù)范圍內(nèi)的幾個(gè)不同點(diǎn)進(jìn)行這種局部模擬可以預(yù)計(jì)能“覆蓋”較寬的操作條件范圍，但是，當(dāng)試圖通過(guò)作用于許多參數(shù)以控制大量的變量時(shí)，這種措施就不可行了。因此，需要有一種更適合于化學(xué)產(chǎn)品合成工藝動(dòng)力學(xué)特性的簡(jiǎn)單的控制方法和控制裝置。為了達(dá)到這一目的，本發(fā)明涉及一種在包括至少一個(gè)反應(yīng)器(R)的設(shè)備中合成至少一種化學(xué)產(chǎn)品的工藝的控制方法，該反應(yīng)器可以比作為一個(gè)全混反應(yīng)器，其中一個(gè)或多個(gè)受控變量(grandeurdecommande)(GC)使得可以作用于工藝過(guò)程，以使一個(gè)或多個(gè)關(guān)聯(lián)產(chǎn)品的性質(zhì)和/或工藝過(guò)程的變量，稱之為控制變量(grandeurreglee)(GR)，相應(yīng)于設(shè)定值(CGR)(或至少接近于該值)，所述方法包括如下步驟(a)輸入與控制變量相關(guān)的設(shè)定值(CGR)；(b)利用預(yù)測(cè)單元(OP)，以工藝過(guò)程受控變量的測(cè)定值(MGC)為基礎(chǔ)，計(jì)算控制變量的預(yù)測(cè)值(PGR)；(c)使用控制單元(OC)，以控制變量的設(shè)定值(CGR)和預(yù)測(cè)值(PGR)為基礎(chǔ)，計(jì)算工藝過(guò)程受控變量的設(shè)定值(CGC)；(d)向作動(dòng)器，或向控制作動(dòng)器的控制單元傳送工藝過(guò)程受控變量的設(shè)定值(CGC)，以作用于工藝過(guò)程；其中，預(yù)測(cè)單元(OP)以工藝過(guò)程的數(shù)學(xué)模型為基礎(chǔ)，稱之為直接模型(modeledirect)(M)，它是以這樣一種方式設(shè)計(jì)的反應(yīng)器(R)中至少一種組分(x)的質(zhì)量MXR用以下方程預(yù)測(cè)MXR＝LAG(FXRIN·τx，τx)其中-FXRIN是進(jìn)入反應(yīng)器R的組分x的質(zhì)量流量；-τx是x在反應(yīng)器中的停留時(shí)間(時(shí)間常數(shù))，其中τX(jué)＝MXR/(∑Fxdis)其中-MXR指在反應(yīng)器R中的組分x質(zhì)量的最終計(jì)算值；-∑Fxdis指組分x從反應(yīng)器R中消失的，具體地說(shuō)是通過(guò)反應(yīng)和/或離開反應(yīng)器消失的，所有質(zhì)量流量Fxdis的總和；-函數(shù)Y＝LAG(u，τ)是以下微分方程的解u=&tau;&CenterDot;dydt+y]]>以u(píng)和τ的瞬時(shí)值，并用Y最終計(jì)算值計(jì)算。這一方法的優(yōu)點(diǎn)是上述微分方程是用簡(jiǎn)單的代數(shù)計(jì)算來(lái)求解，例如，使用如下公式(T表示時(shí)間間隔，通常小于τ，分開連續(xù)計(jì)算)或其等效公式來(lái)求解y(t)=y(t-T)+u(t)&CenterDot;T&tau;(t)1+T&tau;(t)]]>在幾種組分的質(zhì)量按上面的方式計(jì)算的情況下，本發(fā)明方法是特別有利的，因?yàn)檫@些質(zhì)量可以通過(guò)這種簡(jiǎn)單的代數(shù)計(jì)算依次計(jì)算出來(lái)，并頻繁重復(fù)計(jì)算(通常T＜＜τ)。另一方面，傳統(tǒng)方法需要同時(shí)解微分方程組，這通常需要高的計(jì)算能力和復(fù)雜的數(shù)字計(jì)算算法(積分)；其結(jié)果是每一次運(yùn)算都需要很長(zhǎng)的時(shí)間，因此，這種控制對(duì)快速改變不利。控制的合成工藝可以用于單體或聚合化合物的合成，在聚合工藝的控制中獲得了很好的結(jié)果。這一工藝還包括在同一工藝中同時(shí)合成多種有用產(chǎn)品的情況。這一工藝可以是連續(xù)的或非連續(xù)的(分批)；在連續(xù)工藝中，本發(fā)明方法獲得了良好的結(jié)果?？刂频暮铣晒に嚳梢匀芜x地僅構(gòu)成大工藝中的一部分，而另一部分可以用不同的方法控制或不控制。為使本發(fā)明的控制方法具有適用性，要求至少一個(gè)反應(yīng)器可認(rèn)為是全混反應(yīng)器，也就是說(shuō)，在該反應(yīng)器中各種變量(溫度、組分的濃度等)在每一點(diǎn)基本上是相同的。其它可能的反應(yīng)器可以是活塞(活塞流)型；它們用空耗時(shí)間進(jìn)行數(shù)學(xué)模擬。這一方法也適用于在多個(gè)串聯(lián)和/或并聯(lián)設(shè)置的反應(yīng)器中進(jìn)行的工藝，適用于生產(chǎn)具有相同或不同性質(zhì)的產(chǎn)品?！敖M分”是指存在于反應(yīng)器中參預(yù)合成或使之進(jìn)行的所有物質(zhì)不僅包括起始反應(yīng)物以及合成產(chǎn)品，還包括不發(fā)生任何轉(zhuǎn)化的任何物質(zhì)，如溶劑，催化劑等。除一個(gè)或多個(gè)反應(yīng)器外，進(jìn)行該工藝的設(shè)備可以任選包括傳統(tǒng)的裝置，如減壓閥、汽提器、冷凝器、干燥器、蒸餾塔等。通常還可以進(jìn)一步考慮反應(yīng)器(全混或活塞型)的輔助裝置，即使在那里沒(méi)有發(fā)生化學(xué)反應(yīng)。在聚合工藝中，“與產(chǎn)品性質(zhì)相關(guān)聯(lián)的變量”可以選自，如分子量、熔體指數(shù)、標(biāo)準(zhǔn)密度、有共聚單體存在時(shí)的共聚單體含量，等等。“與工藝相關(guān)的變量”特別是反應(yīng)器中存在的溫度和壓力，工藝的產(chǎn)率，反應(yīng)器中各種反應(yīng)物的濃度，等等。產(chǎn)率是指單位時(shí)間內(nèi)合成的產(chǎn)品質(zhì)量，然而，不必等于離開反應(yīng)器合成產(chǎn)品的流量因此，例如，特別是在開車階段，盡管反應(yīng)已經(jīng)開始，離開反應(yīng)器的合成產(chǎn)品的質(zhì)量流量非常低，甚至為零，也就是說(shuō)，排出速率還是比產(chǎn)生速率低。另一方面，在穩(wěn)態(tài)時(shí)，產(chǎn)率可以認(rèn)為是單位時(shí)間內(nèi)合成產(chǎn)品的質(zhì)量。“受控變量”的例子是進(jìn)入反應(yīng)器的反應(yīng)物的流量，供應(yīng)給加熱裝置的能量，等等。這些變量可以作用于工藝過(guò)程，還可以作用于合成產(chǎn)品的性質(zhì)。受控變量的設(shè)定值直接或間接傳送至傳統(tǒng)作動(dòng)器，如特別是閥門、加熱單元等等?！伴g接”是指受控變量可以通過(guò)一個(gè)或多個(gè)調(diào)節(jié)單元(通?？刂茊蝹€(gè)變量，如PID控制器)傳送，控制作動(dòng)器(“局部”控制)。就硬件而言，預(yù)測(cè)單元和控制單元是常用的計(jì)算裝置，使得可以按其布線或程序進(jìn)行計(jì)算；它們特別是計(jì)算機(jī)或指令控制數(shù)據(jù)系統(tǒng)(SNCC)。單個(gè)裝置可以有利地結(jié)合預(yù)測(cè)和控制功能。所用的計(jì)算裝置優(yōu)選是數(shù)字型，并定期(間歇地)供給出其計(jì)算結(jié)果。隔開供給這些結(jié)果的時(shí)間間隔可以隨時(shí)間變化，也可以根據(jù)所涉及的結(jié)果而不同很顯然，快速改變變量必須比慢速改變變量需要更頻繁地重復(fù)計(jì)算。移位寄存器可以用來(lái)實(shí)質(zhì)性地模擬空耗時(shí)間。預(yù)測(cè)單元基于工藝的直接數(shù)學(xué)模型(M)，其中反應(yīng)器(R)被認(rèn)為是全混反應(yīng)器；可以任選地考慮一個(gè)或多個(gè)凈延遲(空耗時(shí)間)，以代表可能的活塞型反應(yīng)器、可能的傳送延遲和獲得測(cè)定結(jié)果的延遲等?？刂茊卧獌?yōu)選以用于預(yù)測(cè)單元的直接模型的相反的方式(反向模型)為基礎(chǔ)。通常，組分x從反應(yīng)器R中消失的所有質(zhì)量流量(Fxdis)的總和∑Fxdis包括兩項(xiàng)-FRX，表示x在一個(gè)或多個(gè)可能的化學(xué)反應(yīng)中消耗的質(zhì)量流量；-FXout，表示在反應(yīng)期間，在(通常)x在反應(yīng)器中不是完全由反應(yīng)消耗的情況下，通過(guò)排放離開反應(yīng)器的x的可能質(zhì)量流量；或者例如，在敞開反應(yīng)器的情況下，通過(guò)蒸發(fā)離開反應(yīng)器的質(zhì)量流量。本方法的優(yōu)點(diǎn)是Fxdis項(xiàng)通常與MXR成比例，例如，通常為Fxout＝MXR/τR(τR表示反應(yīng)器R的停留時(shí)間)而FRX＝RX·MXR(RX表示x在反應(yīng)器R中的反應(yīng)速度)在這種情況下得出τX(jué)的表達(dá)式被簡(jiǎn)化并變?yōu)棣覺(jué)＝1/(RX+1/τR)該表達(dá)式獨(dú)立于MXR，這就構(gòu)成了十分有利的簡(jiǎn)化。該方法的另一優(yōu)點(diǎn)在于停留時(shí)間τx的周期性計(jì)算。實(shí)際上，τx代表反應(yīng)器中所考慮組分的動(dòng)態(tài)特性。特別是它可以使得隨這一參數(shù)的變化而變化，這對(duì)理解工藝的動(dòng)態(tài)特性，以及對(duì)其控制是十分重要的。另一方面，“黑箱”式的經(jīng)驗(yàn)方法不能得到這一參數(shù)捷徑?？刂谱兞款A(yù)測(cè)值(PGR)的計(jì)算可以有利地多考慮一個(gè)或多個(gè)控制變量(MGR)、受控變量(MGC)的測(cè)定值，和/或與運(yùn)行工藝(MAP)關(guān)聯(lián)的其它變量。類似地，工藝受控變量設(shè)定值(CGC)的計(jì)算也可以有利地多考慮-與在控制變量預(yù)測(cè)值(PGR)的計(jì)算中任選考慮的相同或不同的-一個(gè)或多個(gè)控制變量(MGR)、受控變量(MGC)的測(cè)定值，和/或與運(yùn)行工藝(MAP)關(guān)聯(lián)的其它變量。在本說(shuō)明書中討論的所有測(cè)定值不必是直接測(cè)定值，它們中的一個(gè)或多個(gè)可以是推算的測(cè)定值，也就是說(shuō)，從一個(gè)或許多其它直接測(cè)定值計(jì)算獲得的值。因此，例如，某些放熱合成工藝的產(chǎn)率不必直接測(cè)定，而可以是通過(guò)從如流量以及冷卻流體的進(jìn)出溫度的(直接)測(cè)定值計(jì)算獲得的推算值。在聚合工藝的特定情況下，控制中涉及的聚合物性質(zhì)優(yōu)選地選自聚合物的比重(MVS)、聚合物熔融物的流變性質(zhì)和共聚單體的含量。特別地，控制方法中涉及的流變性質(zhì)有利的是聚合物熔體指數(shù)和/或粘度測(cè)定值。聚合物的一種或多種性質(zhì)有利地通過(guò)應(yīng)用近紅外光譜(NIR)、傅里葉變換紅外光譜(FTIR)和核磁共振(NMR)技術(shù)來(lái)評(píng)價(jià)。特別地，聚合物的一種或多種性質(zhì)可以有利地通過(guò)應(yīng)用預(yù)先建立的與利用近紅外光譜(NIR)在許多預(yù)定波長(zhǎng)作為聚合物性質(zhì)的函數(shù)在0.8-2.6mm測(cè)定的結(jié)果的相互關(guān)系來(lái)評(píng)價(jià)。涉及在聚合工藝控制的過(guò)程中的這種測(cè)定的詳細(xì)情況可以在專利申請(qǐng)EP328826(US5155184)中找到。為了考慮到控制變量的測(cè)定值和預(yù)測(cè)值之間的可能偏差，借助校正是有用的。第一種校正包括以控制變量的測(cè)定值(MGR)與預(yù)測(cè)值(PGR)之間的偏差為基礎(chǔ)(有利的是已濾除過(guò)的(filtered))校正至少一個(gè)控制變量的設(shè)定值(CGR)，由此即使在控制變量的預(yù)測(cè)值上存在誤差，也使得控制有效(MGR＝CGR)。這種技術(shù)通常稱為“內(nèi)部模型控制(internalmodelcontrol)”(IMC)。第二種校正包括以控制變量的預(yù)測(cè)值(PGR)與測(cè)定值(MGR)之間的偏差為基礎(chǔ)(有利的是已濾除過(guò)的(filtered))定期修改工藝模型(M)，這樣，工藝模型同樣提供了盡可能接近(理想的是等于)控制變量測(cè)定值(MGR)的預(yù)測(cè)值(PGR)，這對(duì)有效控制是很重要的。修改包括重新校準(zhǔn)模型，也就是說(shuō)，包括重新計(jì)算一個(gè)或多個(gè)參數(shù)；重新計(jì)算的參數(shù)的數(shù)量通常不超過(guò)同時(shí)具備預(yù)測(cè)值和測(cè)定值的控制變量的數(shù)目。這些測(cè)定值的再同步(時(shí)間的漂移)通常是希望的，尤其是當(dāng)它們是花很長(zhǎng)時(shí)間獲得的合成產(chǎn)品性質(zhì)的測(cè)定值時(shí)。第二種校正是有利的，因?yàn)樗试S模型根據(jù)動(dòng)態(tài)特性進(jìn)行修改。修改不僅涉及工藝的直接模型(預(yù)測(cè)單元)，還涉及反向模型(控制單元)。按照有利的形式，控制變量的測(cè)定值(MGR)僅涉及工藝模型的任選修改，不直接涉及工藝受控變量(CGC)設(shè)定值的計(jì)算。也就是說(shuō)，控制變量的測(cè)定不涉及實(shí)際控制這樣做的優(yōu)點(diǎn)是控制的質(zhì)量不會(huì)由于產(chǎn)品性質(zhì)評(píng)估緩慢而受影響。本發(fā)明的另一方面涉及上面描述的用于聚合工藝的控制方法，包括以下的一個(gè)或多個(gè)附加步驟-根據(jù)產(chǎn)品性質(zhì)的一個(gè)或多個(gè)設(shè)定值，計(jì)算反應(yīng)器中溫度的設(shè)定值；向一個(gè)或多個(gè)作動(dòng)器傳送溫度設(shè)定值，使改變反應(yīng)器中的溫度成為可能(可能是間接地，也就是說(shuō)通過(guò)一個(gè)或多個(gè)調(diào)節(jié)單元，如PID控制器來(lái)控制作動(dòng)器)；-特別是以溫度測(cè)定值為基礎(chǔ)，進(jìn)行反應(yīng)器的熱量衡算；使用熱量衡算以確定單位時(shí)間內(nèi)合成聚合物的量(產(chǎn)率)和/或催化劑生產(chǎn)率和/或反應(yīng)器中至少一種反應(yīng)物的濃度；-通過(guò)計(jì)算聚合的反應(yīng)物的量，計(jì)算聚合反應(yīng)產(chǎn)生的熱量；借助這一方式確定為維持反應(yīng)器溫度必需添加或除去的熱量；使用所述計(jì)算結(jié)果(例如通過(guò)前饋)改進(jìn)溫度控制，因此可盡可能地與溫度設(shè)定值一致，特別是在產(chǎn)品的產(chǎn)率有改變的情況下。這些形式是以參預(yù)反應(yīng)的反應(yīng)物的量與反應(yīng)產(chǎn)生或吸收的熱量之間的關(guān)系為基礎(chǔ)的。按照有利的形式，在認(rèn)為是全混反應(yīng)器的反應(yīng)器R中組分“x”的性質(zhì)PxR按如下方式計(jì)算PxR＝LAG(PxIN，MxR/FxIN)其中“Px”是組分“x”的性質(zhì)，基本上與線性混合定律Px1+2＝W1·Px1+W2·Px2一致，W1和W2是性質(zhì)為Px1和Px2的兩個(gè)混合組分1和2的質(zhì)量分?jǐn)?shù)(W1+W2＝1)；Px1+2是x混合后離開反應(yīng)器時(shí)的性質(zhì)；PxIN是組分“x”進(jìn)入反應(yīng)器R時(shí)的性質(zhì)；MxR是在反應(yīng)器R中組分x的質(zhì)量；FxIN是組分x進(jìn)入反應(yīng)器R的質(zhì)量流量。數(shù)學(xué)變換有時(shí)能將某些非線性變量變換為線性(加法(additive))的例如，聚合物的熔體指數(shù)不滿足線性混合定律，其對(duì)數(shù)卻滿足這一定律；因此，上面提及的計(jì)算Px1+2是以這一參數(shù)的對(duì)數(shù)進(jìn)行。按本發(fā)明控制方法的另一有利方式，包括如下步驟-將要合成產(chǎn)品的一個(gè)或多個(gè)性質(zhì)的設(shè)定值輸入主算法中；-將工藝的產(chǎn)率的設(shè)定值輸入從算法中；-借助主算法計(jì)算反應(yīng)器中各組分濃度的設(shè)定值，特別是根據(jù)產(chǎn)品性質(zhì)的設(shè)定值和測(cè)定值以及反應(yīng)器中各種組分濃度的測(cè)定值和預(yù)測(cè)值；-將主算法計(jì)算出來(lái)的濃度設(shè)定值作為輸入?yún)?shù)傳送到從算法中；-借助從算法，計(jì)算進(jìn)入反應(yīng)器的各組分的流量設(shè)定值，特別是根據(jù)工藝產(chǎn)率設(shè)定值、濃度設(shè)定值和進(jìn)入反應(yīng)器的各組分流量測(cè)定值，和-將用從算法計(jì)算出來(lái)的流量設(shè)定值傳送給一個(gè)或多個(gè)作動(dòng)器(可能是間接的，也就是說(shuō)，通過(guò)一個(gè)或多個(gè)控制單元，如PID控制器來(lái)控制作動(dòng)器)，以控制進(jìn)入反應(yīng)器的各組分的流量，其中主算法和/或從算法按上面描述實(shí)施，也就是說(shuō)，使用LAG函數(shù)計(jì)算反應(yīng)器中至少一種組分的質(zhì)量。主算法和從算法也使用一種或幾種傳統(tǒng)計(jì)算裝置實(shí)施。按照有利的形式，這兩種算法的計(jì)算(預(yù)測(cè)、控制等)都通過(guò)同一計(jì)算裝置進(jìn)行。溫度的測(cè)定值(例如，在反應(yīng)器中和/或可能的冷卻劑流體的入口和/或排出溫度)有利地作為附加變量輸入到預(yù)測(cè)和/或控制單元。從算法也優(yōu)選地考慮在反應(yīng)器中或離開反應(yīng)器的組分的組成。此外，控制方法有利地包括借助從算法的計(jì)算步驟，根據(jù)流量測(cè)定值、傳送到主算法的濃度預(yù)測(cè)值，以計(jì)算在濃度設(shè)定值計(jì)算中作為附加輸入變量的性質(zhì)預(yù)測(cè)值。主算法和從算法形成了串級(jí)型控制。如果主算法和從算法是自適應(yīng)的，則是特別有利的，也就是說(shuō)，某些參數(shù)應(yīng)當(dāng)定期重復(fù)計(jì)算(以規(guī)則或不規(guī)則的間隔)。這樣一種自適應(yīng)可以特別地保證數(shù)學(xué)模型盡可能真實(shí)地描述當(dāng)前狀態(tài)的過(guò)程，即使在操作條件(溫度、壓力、產(chǎn)量等)發(fā)生變化和發(fā)生干擾(如催化劑中毒等)的情況下。借助建立在特征方程基礎(chǔ)上的模型，主算法完成了對(duì)產(chǎn)品性質(zhì)的控制，這些特征方程使產(chǎn)品性質(zhì)與反應(yīng)器中各組分的濃度以及在反應(yīng)器中的溫度相關(guān)聯(lián)。通過(guò)作用于一個(gè)或多個(gè)組分的進(jìn)料流量，從算法調(diào)節(jié)一個(gè)或多個(gè)不同組分的濃度。這種“主-從”(master-slave)串級(jí)的優(yōu)點(diǎn)在于主模型精確確定了為獲得合成產(chǎn)品的所希望的性質(zhì)所必要的組分的濃度，而從屬模型保證了由主模型給定的值得到遵守。受主模型的操縱，因此，從屬模型能-快速地將濃度引導(dǎo)到主模型所要求的值，并維持；-有效地控制過(guò)程的產(chǎn)率，而不干擾濃度。這種主-從串級(jí)是特別有效的，因?yàn)樵谟?jì)算中使用LAG函數(shù)，主模型和從屬模型都考慮了過(guò)程動(dòng)態(tài)特性。為了向主算法提供可靠的濃度預(yù)測(cè)值，可以另外設(shè)計(jì)從算法。根據(jù)這些濃度的預(yù)測(cè)值或測(cè)定值，主算法可以推導(dǎo)出反應(yīng)器中合成的產(chǎn)品性質(zhì)的可靠預(yù)測(cè)值。通過(guò)比較性質(zhì)的預(yù)測(cè)值和性質(zhì)的設(shè)定值，如果適當(dāng)?shù)脑?，主算法可以干預(yù)和修正濃度的預(yù)測(cè)值。這種修正甚至可能在這一變量和其設(shè)定值之間的偏差出現(xiàn)之前做出。將從濃度的預(yù)測(cè)值或測(cè)定值獲得的性質(zhì)的預(yù)測(cè)值列入考慮之內(nèi)，可以大大地降低合成產(chǎn)品性質(zhì)的暫時(shí)波動(dòng)，這導(dǎo)致了產(chǎn)品質(zhì)量的更好的一致性。如果要合成的產(chǎn)品的性質(zhì)取決于反應(yīng)器中的溫度，則優(yōu)選地通過(guò)從算法提供溫度的控制。后者建立每一個(gè)反應(yīng)器的熱量平衡并通過(guò)產(chǎn)率的計(jì)算，確定必須添加或除去的熱量，以便與由主算法計(jì)算的溫度設(shè)定值保持一致。根據(jù)這些結(jié)果，推導(dǎo)出合成設(shè)備中熱量控制單元的輸入設(shè)定值。可以理解，這種類型的方法使得甚至可以在溫度發(fā)生變化之前干預(yù)合成設(shè)備的熱控制單元。溫度的測(cè)定值進(jìn)一步有利地作為從算法的附加輸入。主算法有利地包括如下結(jié)構(gòu)-一個(gè)基于過(guò)程的直接模型的預(yù)測(cè)單元，以提供對(duì)合成產(chǎn)品性質(zhì)的預(yù)測(cè)值，作為組分濃度測(cè)定值和/或預(yù)測(cè)值的函數(shù)；-一個(gè)自適應(yīng)單元，它將由預(yù)測(cè)單元計(jì)算出來(lái)的性質(zhì)預(yù)測(cè)值與合成產(chǎn)品的實(shí)際測(cè)定值進(jìn)行比較，并從這一比較推導(dǎo)出自適應(yīng)參數(shù)，所述自適應(yīng)參數(shù)作為附加輸入，輸入到主算法的所述預(yù)測(cè)單元中；和-一個(gè)基于過(guò)程的反向模型的控制單元，以根據(jù)要合成的產(chǎn)品性質(zhì)的設(shè)定值和預(yù)測(cè)值，計(jì)算從算法的濃度的設(shè)定值，所述自適應(yīng)參數(shù)也作為附加輸入，輸入到所述控制單元。從算法有利地包括如下結(jié)構(gòu)-一個(gè)基于過(guò)程的直接模型的預(yù)測(cè)單元，它以反應(yīng)器中物料衡算為基礎(chǔ)，提供一個(gè)或多個(gè)組分濃度的預(yù)測(cè)值；-一個(gè)自適應(yīng)單元，它將由直接模型計(jì)算的濃度預(yù)測(cè)值與濃度測(cè)定值比較，并從這一比較推導(dǎo)出自適應(yīng)參數(shù)，所述自適應(yīng)參數(shù)作為附加輸入，輸入到從算法的所述預(yù)測(cè)單元；和-一個(gè)基于過(guò)程的反向模型的控制單元，以根據(jù)產(chǎn)率設(shè)定值、由主算法控制單元計(jì)算出來(lái)的濃度設(shè)定值、以及由從算法預(yù)測(cè)單元計(jì)算的濃度預(yù)測(cè)值，計(jì)算進(jìn)入反應(yīng)器的流量的設(shè)定值，所述自適應(yīng)參數(shù)作為附加輸入，輸入到從算法的所述控制單元。工藝的動(dòng)態(tài)特性有利地通過(guò)以下函數(shù)進(jìn)行描述和計(jì)算Y＝LAG(u，τ)這一函數(shù)是以下微分方程的解u=&tau;&CenterDot;dydt+y]]>其中，自變量u和τ隨時(shí)間變化。按照下面建立的法則1和2使用這一函數(shù)，可以連續(xù)求解從算法使用的物料衡算，并使用簡(jiǎn)單的特征方程描述主算法中使用的過(guò)程動(dòng)力學(xué)。進(jìn)一步說(shuō)，LAG函數(shù)可以大大地降低所需的計(jì)算量，因此，不必使用快速和大功率計(jì)算機(jī)。此外，這一函數(shù)還能使得該過(guò)程或者其中某些部分的直接或反向模型可以特別簡(jiǎn)單的方式來(lái)建立。所提出的控制的主要特點(diǎn)可以概述如下-預(yù)測(cè)甚至在所測(cè)量的干擾對(duì)性質(zhì)測(cè)定值作用出現(xiàn)之前，控制作用即修正該測(cè)量的干擾(使用算法中的濃度預(yù)測(cè)值、性質(zhì)預(yù)測(cè)值和溫度預(yù)測(cè)值)；-即使存在干擾時(shí)的精確性通過(guò)使用性質(zhì)測(cè)定值連續(xù)重復(fù)校正直接模型和反向模型(自適應(yīng)性)；-長(zhǎng)期的有效性在產(chǎn)率和品級(jí)的變化期間、在開車和停車期間，算法都保持其有效性(以方程表示過(guò)程的動(dòng)態(tài)特性，使用預(yù)測(cè)值用于測(cè)定需要長(zhǎng)空耗時(shí)間的變量)；-簡(jiǎn)易性利用以方程(LAG函數(shù))表達(dá)過(guò)程動(dòng)態(tài)特性的新方法，開發(fā)和執(zhí)行很便利。要控制的合成過(guò)程因此以稱為“智能(knowledge)模型”(第一原理模型)的形式模擬，也就是說(shuō)，這一模型是從反映過(guò)程詳細(xì)物理化學(xué)過(guò)程的方程開發(fā)的。這樣一種方法使得可以通過(guò)數(shù)學(xué)上相對(duì)簡(jiǎn)單的一組方程，獲得比由“黑箱”型經(jīng)驗(yàn)?zāi)Ｐ透玫慕Y(jié)果，同時(shí)在識(shí)別空間之外(外推)提供了涉及真實(shí)變量的特定參數(shù)，和更好的有效性。大多數(shù)經(jīng)驗(yàn)?zāi)Ｐ褪褂昧藦?fù)雜的方程，如果需要獲得對(duì)過(guò)程動(dòng)態(tài)特性的正確模擬，則這些方程常具有較高的階數(shù)，其中，對(duì)于一個(gè)精確的操作點(diǎn)，必須對(duì)參數(shù)進(jìn)行識(shí)別(特別是時(shí)間常數(shù))；模型只在這一操作點(diǎn)附近有效。這樣，在涉及許多變量的實(shí)際化學(xué)合成過(guò)程中，就很難規(guī)結(jié)出對(duì)大量操作點(diǎn)的方法。與此相反，按本發(fā)明操作方法，使用的是一套純靜態(tài)的、簡(jiǎn)單的方程；過(guò)程動(dòng)態(tài)特性由簡(jiǎn)單函數(shù)模擬(參看上述LAG函數(shù))。有利的是，停留時(shí)間(方程中的時(shí)間常數(shù))可以按需要經(jīng)常地重復(fù)計(jì)算，這不會(huì)帶來(lái)任何問(wèn)題，使方程得到了簡(jiǎn)化。最后結(jié)果是獲得了一套極其簡(jiǎn)單和在實(shí)時(shí)(realtime)內(nèi)容易求解的方程，即使是以高的頻率。所提出的控制方法可有利地用于聚合物合成工藝，特別是連續(xù)合成工藝(聚合)，特別是烯烴的連續(xù)聚合，如乙烯或丙烯在液相以及氣相中的聚合。本發(fā)明還涉及一種或多種化學(xué)產(chǎn)品的合成工藝，該工藝由本發(fā)明的控制方法控制。特別地，對(duì)在至少一個(gè)反應(yīng)器中使乙烯聚合生產(chǎn)聚乙烯的連續(xù)合成工藝的控制得到了好的結(jié)果，在該合成工藝中，反應(yīng)物包括乙烯、氫氣和/或任選的共聚用單體，聚合反應(yīng)在溶劑中在有催化劑存在的條件下進(jìn)行，反應(yīng)器中一部分內(nèi)容物連續(xù)或間歇排出。這一工藝可以在液相或氣相中進(jìn)行；優(yōu)選在液相中(在溶劑)進(jìn)行。這一方法也可類似地用于聚丙烯的合成(在這種情況下，用丙烯代替乙烯)，如果該工藝在氣相中進(jìn)行，也可以有丙烷存在。在聚丙烯的情況下，熔體指數(shù)通常是MFI，而不是MI。本發(fā)明還涉及執(zhí)行本發(fā)明方法的控制裝置，以及包括該控制裝置在內(nèi)的合成一種或多化學(xué)產(chǎn)品的設(shè)備。更精確地說(shuō)，本發(fā)明還涉及一種控制化學(xué)產(chǎn)品合成工藝的控制裝置，該合成工藝是在具有至少一個(gè)反應(yīng)器的合成設(shè)備中進(jìn)行的，所述裝置包括-至少一個(gè)計(jì)算單元；-將要合成的產(chǎn)品的性質(zhì)設(shè)定值輸入到計(jì)算單元的元件；-將要合成的產(chǎn)品的產(chǎn)率設(shè)定值輸入到計(jì)算單元的元件；-測(cè)定進(jìn)入反應(yīng)器的物流流量的元件；-測(cè)定離開反應(yīng)器的物流的組成的元件；-調(diào)節(jié)進(jìn)入反應(yīng)器的物流流量的流量控制單元(作動(dòng)器)；-所述計(jì)算單元、所述測(cè)定流量的單元和所述調(diào)節(jié)單元之間的聯(lián)接元件；其中-至少一種組分的質(zhì)量通過(guò)上述LAG函數(shù)進(jìn)行計(jì)算；-計(jì)算單元能夠借助主算法，根據(jù)性質(zhì)設(shè)定值，計(jì)算反應(yīng)器中反應(yīng)物的濃度；-計(jì)算單元能夠借助從算法，根據(jù)產(chǎn)量設(shè)定值和濃度設(shè)定值，計(jì)算進(jìn)入反應(yīng)器的物流流量設(shè)定值，這些流量設(shè)定值作為輸入設(shè)定值傳送到流量控制單元；-由流量測(cè)定單元得到的測(cè)定值作為附加輸入輸入到從算法中，以使后者，根據(jù)這些流量測(cè)定值，計(jì)算濃度預(yù)測(cè)值，這些濃度的預(yù)測(cè)值用于主算法中以計(jì)算性質(zhì)預(yù)測(cè)值，這些預(yù)測(cè)值用作附加輸入進(jìn)行濃度設(shè)定值的計(jì)算。本發(fā)明還涉及上面描述的控制裝置，其中-合成設(shè)備還包括-控制反應(yīng)器內(nèi)溫度的熱控制單元，和-溫度傳感器；-主算法，可根據(jù)性質(zhì)設(shè)定值計(jì)算反應(yīng)器的溫度設(shè)定值；-從算法能-計(jì)算反應(yīng)器的熱量衡算，-求解這一個(gè)或這一些熱量衡算，確定要向合成中添加或從合成中除去的熱量，從而使溫度設(shè)定值保持一致，和-從這一個(gè)或這一些熱量衡算推導(dǎo)反應(yīng)器熱量控制單元的輸入設(shè)定值，和-作為附加輸入變量，接受溫度傳感器傳送的測(cè)定值。本發(fā)明還涉及上面描述的裝置，其中由溫度傳感器傳送的測(cè)定值，作為附加輸入輸入到主算法中。本發(fā)明還涉及上面描述的裝置，該裝置包括-至少一個(gè)能提供用于主算法的性質(zhì)測(cè)定值的分析器；和-向計(jì)算單元傳送這些性質(zhì)測(cè)定值的元件；所述計(jì)算單元包括-基于工藝的第一直接模型的第一預(yù)測(cè)單元，使得可預(yù)測(cè)合成產(chǎn)品的性質(zhì)，作為由從算法計(jì)算得出的濃度的預(yù)測(cè)值的函數(shù)；-第一自適應(yīng)單元，將由第一預(yù)測(cè)單元計(jì)算得出的性質(zhì)預(yù)測(cè)值與從合成產(chǎn)品實(shí)際測(cè)得的值進(jìn)行比較，并通過(guò)這一比較推導(dǎo)自適應(yīng)參數(shù)，該參數(shù)作為附加輸入輸入到所述第一預(yù)測(cè)單元；和-基于第一反向模型的第一控制單元，用以根據(jù)性質(zhì)設(shè)定值和預(yù)測(cè)值計(jì)算從算法的濃度預(yù)測(cè)值，所述自適應(yīng)參數(shù)也作為附加輸入輸入到所述第一控制單元。本發(fā)明還涉及上面描述的裝置，該裝置還包括-至少一個(gè)能提供反應(yīng)物濃度測(cè)定值的分析器；和-向計(jì)算單元傳送濃度測(cè)定值的元件；所述計(jì)算單元包括-基于第二直接模型的第二預(yù)測(cè)單元，可進(jìn)行濃度預(yù)測(cè)值，作為反應(yīng)器內(nèi)物料衡算的函數(shù)；-第二自適應(yīng)單元，將由第二預(yù)測(cè)單元計(jì)算得出的濃度預(yù)測(cè)值與濃度測(cè)定值進(jìn)行比較，并通過(guò)這一比較推導(dǎo)其他自適應(yīng)參數(shù)，該參數(shù)作為附加輸入輸入到所述第二預(yù)測(cè)單元；和-基于第二反向模型的第二控制單元，以根據(jù)產(chǎn)量設(shè)定值、由主算法計(jì)算得出的濃度設(shè)定值和來(lái)自第二預(yù)測(cè)單元的濃度預(yù)測(cè)值計(jì)算進(jìn)入反應(yīng)器的流量設(shè)定值，所述其他自適應(yīng)參數(shù)作為附加輸入輸入到所述第二控制單元。參照附圖1-10，以聚乙烯(PE)連續(xù)合成工藝為基礎(chǔ)，對(duì)本發(fā)明的具體實(shí)施方案進(jìn)行說(shuō)明。其中圖1制造聚乙烯的流程示意圖；圖2本發(fā)明的先行(avancee)控制結(jié)構(gòu)的簡(jiǎn)化示意圖；圖3用于圖1的制造流程的先行控制原理示意圖；圖4用于圖2的先行控制系統(tǒng)的自適應(yīng)控制的算法原理示意圖；圖5圖2的先行控制系統(tǒng)中的主算法結(jié)構(gòu)的示意圖；圖6圖2的先行控制系統(tǒng)中的從算法結(jié)構(gòu)的示意圖；圖7本發(fā)明控制方法的總示意圖；圖8-10本發(fā)明方法的特定形式的示意圖。在圖7中，首先看到的是實(shí)際的合成工藝(Pr)，它可以通過(guò)向適當(dāng)?shù)淖鲃?dòng)器(閥門、加熱或冷卻裝置，等等)施加至少一個(gè)受控變量(CGC)(例如，一個(gè)或多個(gè)進(jìn)入反應(yīng)器的組分的流量，溫度等)來(lái)控制。這種控制是通過(guò)建立在工藝的反向數(shù)學(xué)模型基礎(chǔ)上的控制單元(OC)來(lái)完成的，后者的主要作用是比較控制變量(CGR)(例如，要合成產(chǎn)品的一個(gè)或多個(gè)性質(zhì)和/或與工藝過(guò)程相關(guān)的一個(gè)或多個(gè)變量)的設(shè)定值與這些變量的預(yù)測(cè)值(PGR)?？刂谱兞康囊粋€(gè)或多個(gè)預(yù)測(cè)值(PGR)是由建立在過(guò)程直接數(shù)學(xué)模型基礎(chǔ)上的預(yù)測(cè)單元(OP)，在受控變量的測(cè)定值(MGC)的基礎(chǔ)上計(jì)算出來(lái)的。應(yīng)當(dāng)注意到，在控制中，不涉及合成產(chǎn)品性質(zhì)的測(cè)定。圖8示出了圖7方法的另一種方案，其中，工藝的數(shù)學(xué)模型周期地被自適應(yīng)單元(OA)根據(jù)控制變量的預(yù)測(cè)值(PGR)和測(cè)定值(MGR)之間的偏差(有利地經(jīng)濾除，或數(shù)字處理)修改。這些測(cè)定值和預(yù)測(cè)值的再同步(時(shí)間移位)通常是必要的，例如，當(dāng)它們關(guān)系到需要很長(zhǎng)時(shí)間才能獲得的合成產(chǎn)品的性質(zhì)的測(cè)定時(shí)。自適應(yīng)單元(OA)將計(jì)算結(jié)果，也就是說(shuō)修改指示，傳送到預(yù)測(cè)單元(以修改工藝的直接模型)和控制單元(以修改工藝的反向模型)。應(yīng)當(dāng)注意到，只有在自適應(yīng)過(guò)程中才考慮合成產(chǎn)品性質(zhì)的測(cè)定，與普通的控制方法相比，測(cè)定的頻率低得多。這些測(cè)定的可能遲緩不會(huì)直接影響控制的質(zhì)量。圖9示出了本發(fā)明的再一形式，其中，在控制單元(OC)中考慮一個(gè)或多個(gè)控制變量的測(cè)定值(MGR)，在預(yù)測(cè)單元(OP)中考慮一個(gè)或多個(gè)控制變量的測(cè)定值(MGR’)(可能不同)，類似地，在控制單元(OC)中附加考慮一個(gè)或多個(gè)受控變量的測(cè)定值(MGC’)。很明顯，通過(guò)結(jié)合圖8和9的形式，可以產(chǎn)生本發(fā)明方法的另一種可能的形式，也就是說(shuō)，通過(guò)使用一個(gè)自適應(yīng)單元，并同時(shí)在控制單元中考慮一個(gè)或多個(gè)受控變量的測(cè)定值，和/或在預(yù)測(cè)單元中和/或控制單元中考慮一個(gè)或多個(gè)受控變量。在圖10中，從字面的意義上說(shuō)，工藝的數(shù)學(xué)模型沒(méi)有被修改，但是控制變量的測(cè)定值和預(yù)測(cè)值之間的偏差(有利地經(jīng)濾除)用來(lái)修正控制變量的設(shè)定值(CGR)。在這種情況下，這一修正顯示出簡(jiǎn)單的差別通過(guò)自適應(yīng)單元OA(在這里實(shí)際上僅是一個(gè)修正單元)計(jì)算的校正項(xiàng)被從控制變量的設(shè)定值中減去，這樣，就提供了一個(gè)修正后的設(shè)定值CGR’，并被傳送到控制單元OC。很明顯，在某些情況下，修正可以包括比減法更復(fù)雜的操作，例如，除法(然而，在這種情況下，可以考慮變量的對(duì)數(shù)，返回到減法)。這種方法通常稱之為內(nèi)部模型控制(IMC)。參看圖1，它示出了連續(xù)合成聚乙烯(PE)的流程示意圖，乙烯的聚合在環(huán)式反應(yīng)器(reacteurboucle)10中，在適當(dāng)溶劑，如己烷的懸浮液中進(jìn)行。過(guò)程是連續(xù)的，也就是說(shuō)，反應(yīng)物是連續(xù)注入的，反應(yīng)器10中的一部分內(nèi)容物也是連續(xù)排放的。一個(gè)循環(huán)泵(未示出)用來(lái)保證使反應(yīng)器10內(nèi)容物的均勻。引入反應(yīng)器的反應(yīng)物是乙烯“Et”、氫氣“Hy”和丁烯“Bt”(參看11)。催化劑也連續(xù)地注入。重要的是要有一個(gè)對(duì)反應(yīng)器內(nèi)的反應(yīng)物的濃度的良好控制，因?yàn)镻E樹脂的性質(zhì)主要是由濃度比率Hy/Et和Bt/Et所決定。反應(yīng)器中聚合溫度是影響PE樹脂性質(zhì)的另一參數(shù)。因?yàn)榫酆戏磻?yīng)中大量放熱，反應(yīng)器的溫度必需使用冷卻環(huán)路12來(lái)控制。處于操作狀態(tài)的反應(yīng)器10中因此含有溶劑、聚合物和未反應(yīng)的反應(yīng)物，以及催化劑。這些內(nèi)容物通過(guò)排放管線14連續(xù)排放。這些排放的內(nèi)容物進(jìn)入汽提器STP16，在其中將PE聚合物與流體(溶劑和反應(yīng)物)分離。這些流體被注入的蒸汽蒸發(fā)，然后送到冷凝器CD18中。在冷凝器中，溶劑被冷凝，之后被循環(huán)。較輕的反應(yīng)物與溶劑分離，也被循環(huán)。氣相色譜GC(20)設(shè)置在冷凝器18的出口處，以確定反應(yīng)物的濃度Hy/Et和Bt/Et。從汽提器16除去的聚合物在離心器CFG22中濃縮，然后在流化床干燥器SHLF24中干燥，最后，被送去加工造粒。從干燥器24的出口提取樣品，以測(cè)定樹脂的性質(zhì)，包括結(jié)晶度(經(jīng)比重“MVS”測(cè)定)和流變性質(zhì)(熔體指數(shù)(MI)或熔體流動(dòng)指數(shù)(MFI)以及熔體粘度“μ2”，在剪切為100s-1的毛細(xì)管中測(cè)定)。PE合成工藝的動(dòng)態(tài)特性是遲緩和復(fù)雜的-環(huán)式反應(yīng)器10為一個(gè)全混反應(yīng)器。因此，一種反應(yīng)物的進(jìn)料流量的任何變化都通過(guò)反應(yīng)器中這一反應(yīng)物的濃度逐漸反映出來(lái)。這是因?yàn)樾碌牧髁勘仨毰c反應(yīng)器10中的整個(gè)體積進(jìn)行混合，以得到新的平衡濃度。-反應(yīng)物的濃度通過(guò)氣相色譜20測(cè)定，這是一個(gè)非連續(xù)儀器，它依次按如下步驟工作提取氣體樣品，分析，然后推導(dǎo)出結(jié)果。在濃度改變和其測(cè)定值之間有一空耗時(shí)間(5-15分鐘)。-在任何瞬間制造的聚合物的性質(zhì)主要取決于反應(yīng)物的濃度。這些濃度的任何變化立即影響制造的聚合物的性質(zhì)。另一方面，反應(yīng)器內(nèi)聚合物的平均性質(zhì)僅逐漸改變，因?yàn)樾律a(chǎn)的聚合物必須與已存在于反應(yīng)器10中的聚合物混合(停留時(shí)間±2小時(shí))。-當(dāng)聚合物從反應(yīng)器10中排出時(shí)，為了將其干燥，它還要在各種設(shè)備單元中(STP、CFG和SHLF)經(jīng)受一系列的混合(停留時(shí)間±2h)。然后，提取聚合物樣品并在實(shí)驗(yàn)室中分析。只有在一新的空耗時(shí)間后，這分析結(jié)果才傳送到生產(chǎn)者手中，這一空耗時(shí)間也是很大的(±2小時(shí))。利用LAG函數(shù)建立工藝的模型按本發(fā)明方法，連續(xù)合成工藝動(dòng)態(tài)模型的建立是借助全混和純延遲假設(shè)完成的。全混是利用工程師熟知的函數(shù)，即“LAG”函數(shù)，或低通濾波器(一次方)表達(dá)為方程；這一函數(shù)是線性的，易于編程。它是這樣定義的y＝LAG(u，τ)(稱之為“u在τ內(nèi)的LAG”)是以下微分方程的解u=&tau;&CenterDot;dydt+y]]>其中自變量u和τ隨時(shí)間而變化。這一方程可以一次方的代數(shù)方程來(lái)數(shù)字(甚至在實(shí)時(shí)內(nèi))求解，它以如下變量作為自變量-取樣期“T”(或從上次迭代后經(jīng)過(guò)的時(shí)間)；-停留時(shí)間(或時(shí)間“常數(shù)”)在“t”瞬間的“τ”；-在前一瞬間“t-T”的狀態(tài)變量“y”-當(dāng)前瞬間(t)的受控變量“u”(事實(shí)上u和τ代表在瞬間“t”時(shí)“u”和“τ”的變量測(cè)定或計(jì)算值，它們?cè)谙惹捌陂g“T”內(nèi)是常數(shù))。優(yōu)選地，相對(duì)于τ，T較小(例如至少小10倍)，以提高計(jì)算的精度。前述方程的求解，例如，可以通過(guò)以下公式計(jì)算y(t)＝y(tǒng)(t-T)·e-T/τ(t)+u(t)·(1-e-T/τ(t))或者更簡(jiǎn)單的(近似的)y(t)=y(t-T)+u(t)&CenterDot;T&tau;(t)1+T&tau;(t)]]>借助LAG函數(shù)建立工藝模型是以下面的法則為基礎(chǔ)的讓全混反應(yīng)器(CSTR)具有體積VR。向反應(yīng)器中輸送各種組分(反應(yīng)物或惰性物料)，包括在進(jìn)口處性質(zhì)為“PxIN”的反應(yīng)物“x”(進(jìn)料流量FxIN)。出口流量“FOUT”是可以測(cè)定的。法則1使用LAG方法進(jìn)行物料衡算在每一瞬間，在全混反應(yīng)器(CSTR)中組分“x”的質(zhì)量“MxR”等于在時(shí)間“τx”內(nèi)流入質(zhì)量流量“FxIN”乘以時(shí)間“τx”的LAGMxR＝LAG(FxIN·τx，τx)(以kg計(jì))時(shí)間“τx”是“x的停留時(shí)間”；其值是組分質(zhì)量MxR除以“離開”的質(zhì)量流量和(反應(yīng)消耗的量“FRx”，離開反應(yīng)器的流量“FOUT”等等)。τx＝MxR/(FOUT+FRx+……)(以小時(shí)計(jì))因此，這一法則給出了動(dòng)態(tài)計(jì)算全混反應(yīng)器中濃度的精確方法(即使在實(shí)時(shí))。事實(shí)上，如果“VR”是反應(yīng)器的體積，則組分“x”的濃度“CxR”，以kg/m3表示，具有以下的值CxR＝MxR/VR(以kg/m3計(jì))因?yàn)殡x開反應(yīng)器的總體積流量“FVOUT”是已知的，反應(yīng)器的停留時(shí)間“τR”這樣定義τR＝VR/FVOUT因此，組分“x”離開反應(yīng)器(排出)的質(zhì)量流量“Fxout”是FxOUT＝MxR/τR應(yīng)當(dāng)注意到，如果“x”是惰性物料(不參與反應(yīng)，僅因排出而離開反應(yīng)器)，則τx＝τR進(jìn)一步說(shuō)，在大多數(shù)情況下，“x”的反應(yīng)速率與其濃度CxR成比例，其比例因子是Rx，且FRx＝Rx·MxR因此，τx＝1/(Rx+1/τR)法則2應(yīng)用LAG方法計(jì)算混合物的性質(zhì)組分的性質(zhì)“Px”遵循線性混合定律Px1+2＝w1·Px1+w2·Px2其中W1和W2是性質(zhì)Px1和Px2的質(zhì)量分?jǐn)?shù)(w1+w2＝1)。在任何時(shí)刻，全混反應(yīng)器(CSTR)中的性質(zhì)PxR等于在入口處的PxIN性質(zhì)的LAG，在停留時(shí)間內(nèi)，其值為反應(yīng)器內(nèi)組分的質(zhì)量比率MxR除以流入(和/或由反應(yīng)出現(xiàn)的)的質(zhì)量流量FxINPxR＝LAG(PxIN，MxR/FxIN)因此，可以考慮工藝的動(dòng)態(tài)特性，并連續(xù)地再計(jì)算時(shí)間常數(shù)。正如上面所解釋的，在某些情況下，在這里所指的“性質(zhì)”已經(jīng)歷了數(shù)學(xué)轉(zhuǎn)換，使之變成線性的(例如，可以認(rèn)為聚合物熔體指數(shù)的對(duì)數(shù)，符合線性混合律)。控制原理當(dāng)合成工藝的模型已經(jīng)建立了時(shí)，需要有一種算法來(lái)計(jì)算控制這一工藝所需的參數(shù)。圖2示出了用于上面描述的合成工藝的這種先行控制(先行工藝控制或“APC”)的簡(jiǎn)化的總體示意圖?？梢钥闯?，控制系統(tǒng)包括一個(gè)兩種算法的串級(jí)，這一串級(jí)特別地操縱了反應(yīng)物進(jìn)料流量的PID控制器。串級(jí)中的兩個(gè)算法，稱為主算法和從算法，都是建立在來(lái)源于工藝知識(shí)的模型的基礎(chǔ)上的動(dòng)態(tài)算法(與經(jīng)驗(yàn)?zāi)Ｐ拖喾?，特別是建立在物料衡算和控制工藝的動(dòng)力學(xué)的基礎(chǔ)之上。它們使用前面定義的LAG函數(shù)。在圖3中，示出了上述聚合過(guò)程中控制系統(tǒng)的原理，可以看出-主算法是建立在催化劑的特征方程的基礎(chǔ)之上，也就是說(shuō)，方程給出了PE的性質(zhì)隨反應(yīng)器中聚合溫度和反應(yīng)物濃度變化；它給從算法提供了反應(yīng)物濃度的設(shè)定值，以得到PE性質(zhì)的設(shè)定值；-從算法是建立在物料衡算和化學(xué)反應(yīng)動(dòng)力學(xué)的基礎(chǔ)之上；它給進(jìn)料流量控制器提供了反應(yīng)物的進(jìn)料流量設(shè)定值，這是為得到由主算法施加的濃度設(shè)定值和工藝產(chǎn)率設(shè)定值所必需的。優(yōu)選地，也計(jì)算溫度設(shè)定值的先行(“前饋”)項(xiàng)，在產(chǎn)率變化時(shí)改進(jìn)溫度的控制。只有在模型是完美的，并且考慮各種可能的干擾時(shí)，這種控制才是精確的。通常情況不是這樣的。這是為什么在通常情況下(參看圖4)直接模型(和反向模型)要通過(guò)比較性質(zhì)的預(yù)測(cè)值和測(cè)定值來(lái)連續(xù)修正的原因。這種模型的“修正”使得在未模型化干擾的存在下保持精確，從而在所有情況下都獲得更精確的控制。從算法圖6說(shuō)明了從算法的原理1.使用被預(yù)測(cè)的工藝的直接模型的預(yù)測(cè)單元，從進(jìn)入反應(yīng)器流量和反應(yīng)物和聚合物的濃度測(cè)定值出發(fā)；2.自適應(yīng)單元將由分析器(氣相色譜)測(cè)得的乙烯(Et)、氫氣(Hy)和丁烯(Bt)濃度與直接模型的預(yù)測(cè)值進(jìn)行比較，以確定三個(gè)自適應(yīng)參數(shù)-催化劑對(duì)乙烯的比活性“AEt”，以kg/小時(shí)聚乙烯每kg催化劑和kg/m3乙烯表示-氫氣流量測(cè)定值的增益誤差(gainerror)，“KfHy”-丁烯進(jìn)料的純度“KfBt”；3.控制單元，從主算法計(jì)算的濃度設(shè)定值和產(chǎn)率設(shè)定值出發(fā)，計(jì)算反應(yīng)物進(jìn)料流量的設(shè)定值；這些流量的設(shè)定值組成了以反向模型為基礎(chǔ)的前饋和與直接模型和濃度設(shè)定值之間的偏差成比例的反饋。為了理解從算法進(jìn)行的計(jì)算，在合成聚乙烯工藝的情況中，首先必須了解，通常認(rèn)為聚合速率“VitPEt”正比于-未聚合Et的濃度cEtR(kg/m3)，-反應(yīng)器中活性催化劑的濃度cCAR(kg/m3)，-比例因子，是溫度，Hy、Bt和助催化劑的濃度，以及存在的毒物等的函數(shù)。這一項(xiàng)被稱之為乙烯的“催化活性”AEt。在沒(méi)有故障的情況下，(如中毒等)，它在使用期內(nèi)的變動(dòng)相對(duì)小。VitPEt＝AEt·cCAR·cEtR(kg/m3小時(shí))如果反應(yīng)器的體積是VR，則在反應(yīng)器內(nèi)單位時(shí)間聚合的乙烯量“FpEt”(聚合流量)是FpEt＝VitPEt·VR(kg/小時(shí))＝AEt·cCAR·MEtR其中，MEtR是在反應(yīng)器的溶液中乙烯的質(zhì)量(kg)。進(jìn)一步知道，Hy的引入速率比Et慢約100倍，比Bt慢約10倍。由此推出FpHy＝AEt·cCAR·MHyR/100FpBt＝AEt·cCAR·MBtR/10其中，MHyR是在反應(yīng)器的溶液中氫氣的質(zhì)量(kg)，而MBtR是在反應(yīng)器的溶液中丁烯的質(zhì)量(kg)。從屬模型使用了如下測(cè)定值FEtIN＝乙烯(單體)的進(jìn)料流量(kg/小時(shí))FSvIN＝溶劑(己烷)的進(jìn)料流量(kg/小時(shí))FCAIN＝催化劑的進(jìn)料流量(kg/小時(shí))FHyIN＝氫氣(轉(zhuǎn)移劑)的進(jìn)料流量(kg/小時(shí))FBtIN＝丁烯(共聚單體)的進(jìn)料流量(kg/小時(shí))同時(shí)使用如下自適應(yīng)參數(shù)AEt＝乙烯的“催化活性”KfHy＝氫氣進(jìn)料測(cè)定值的增益誤差KfBt＝進(jìn)料丁烯的純度以如下順序高頻進(jìn)行以下計(jì)算(相對(duì)于停留時(shí)間的最短值τx，每一迭代之間的時(shí)間間隔小)。因?yàn)榉磻?yīng)器的體積是一個(gè)常數(shù)，離開的體積流量等于進(jìn)入的體積流量(非壓縮流體)，所以離開的體積流量“FVout”可以計(jì)算為進(jìn)入質(zhì)量流量除以它們?cè)诜磻?yīng)器中的密度之和FVOUT＝FSvIN/650+FEtIN/950+FBtIN/600(m3/小時(shí))(其中密度如下溶劑650kg/m3，聚乙烯950kg/m3，丁烯600kg/m3)。在這里假定所有的乙烯同時(shí)轉(zhuǎn)化為聚乙烯，并忽略氫氣和催化劑的流量(只有很少的幾kg)。溶劑是化學(xué)惰性的，僅通過(guò)排放離開反應(yīng)器。在反應(yīng)器中的質(zhì)量“MSvR”應(yīng)用法則1來(lái)計(jì)算τR＝VR/FVOUT(小時(shí))(反應(yīng)器中的停留時(shí)間)MSvR＝LAG(FSvIN·τR，τR)(千克)催化劑隨時(shí)間常數(shù)“kd”失活，在反應(yīng)器中的活性催化劑的質(zhì)量“MCAR”按以下計(jì)算τCA＝1/(1/τR+kd)(小時(shí))MCAR＝LAG(FCAIN·τCA，τCA)(kg)因此，在反應(yīng)器中活性催化劑的濃度“cCAR”為cCAR＝MCAR/VR(kg/m3)乙烯通過(guò)排放和聚合反應(yīng)“離開”反應(yīng)器，其在反應(yīng)器中的質(zhì)量“MEtR”按以下計(jì)算τEt＝1/(1/τR+AEt·cCAR)(小時(shí))MEtR＝LAG(FEtIN·τEt，τEt)(kg)類似地，在反應(yīng)器中“粗”(未校正的)氫氣的質(zhì)量MHyRAW按以下計(jì)算τHy＝1/(1/τR+AEt·cCAR/100)(小時(shí))MHyRAW＝LAG(FHyIN·τHy，τHy)(kg)考慮到氫氣進(jìn)料測(cè)定中的增益誤差，修正后的質(zhì)量“MHyR”為MHyR＝KfHy·MHyRAW(kg)因此，在反應(yīng)器中Hy∶Et的比率是HyEtR＝MHyR/MEtR類似地，“粗”丁烯的質(zhì)量MBtRAW按以下計(jì)算τBt＝1/(1/τR+AEt·cCAR/10)(小時(shí))MBtRAW＝LAG(FBtIN·τBt，τBt)(kg)考慮到丁烯進(jìn)料的純度，修正后的質(zhì)量“MBtR”是MBtR＝KfBt·MBtRAW(kg)因此，在反應(yīng)器中Bt∶Et的比率是BtEtR＝MBtR/MEtR正如所示，聚合流量“FpEt”(瞬間產(chǎn)率)是FpEt＝AEt·cCAR·MEtR(kg/小時(shí))因?yàn)榫酆衔锸嵌栊缘?，不參預(yù)反應(yīng)，在反應(yīng)器中的質(zhì)量“MPER”是MPER＝LAG(FpEt·τR，τR)(kg)因此，離開反應(yīng)器的聚合物的流量“FPEOUT”是FPEOUT＝MPER/τR(kg/小時(shí))從屬模型的修正在修正模塊中應(yīng)用了一個(gè)分析器(例如氣相色譜“GC”)以獲得反應(yīng)器中各濃度的測(cè)定值乙烯“cEtGC”，氫氣“cHyGC”及丁烯“cBtGC”(例如，以kg/m3表示)。這些測(cè)定值與直接模型的預(yù)測(cè)值比較，以確定以下三個(gè)自適應(yīng)參數(shù)-催化劑對(duì)乙烯的比活性“AEt”，以kg/小時(shí)聚乙烯每kg催化劑或kg/m3乙烯表示-氫氣流量測(cè)定值的增益誤差“KfHy”-丁烯進(jìn)料的純度“KfBt”。氣相色譜提供了樣品的測(cè)定值，其遲延是約6分鐘。對(duì)乙烯的比活性“AEt”由下列等式得到cEtGC＝cEtR(kg/m3)＝MEtR/VR＝LAG(FEtIN·τEt，τEt)/VR＝LAG(FEtIN/(1/τR+AEt·cCAR)，τEt)/VRAEt″＝(FEtIN/LEAD(cEtGC·VR，τEt)-1/τR)/cCAR因?yàn)椋瑴y(cè)定值cEtGC是取樣的并有干擾，不希望它在LEAD中存在，所以優(yōu)選使用Aet′＝LAG(AEt″，τEt)≈LAG(FEtIN/cCAR，τEt)/(cEtGC·VR)-1/LAG(τR·cCAR，τEt)考慮到cEtGC測(cè)定中6分鐘的遲延，在模型的值中依次引入兩個(gè)3分鐘的LAG，獲得最后的公式Aet＝LAG(FEtIN/cCAR，τEt，3/60，3/60)/(cEtGC·VR)-1/LAG(τR·cCAR，τEt，3/60，3/60)氫氣流量增益“KfHy”的計(jì)算由下列等式得到cHyGC＝cHyR(kg/M3)＝MHyR/yR＝KfHy·MHyRAW/VRKfHy＝cHyGC·VR/MHyRAW考慮到cHyGC測(cè)定中6分鐘的遲延，在模型的值中依次引入兩個(gè)3分鐘的LAG，獲得最后的公式KfHy＝cHyGC·VR/LAG(MHyRAW，3/60，3/60)以與KfHy相同的方式，計(jì)算丁烯純度的修正參數(shù)“KfBt”KfHy＝cBtGC·VR/LAG(MBtRAW，3/60，3/60)控制算法具有以下輸入-由主算法計(jì)算出來(lái)的濃度設(shè)定值；更準(zhǔn)確地說(shuō)，是濃度比率的設(shè)定值，cHyR/cEtR“HyEtSP”和cBtR/cEtR“BtEtSp”(以kg/kg表示)-工藝產(chǎn)率設(shè)定值FpEtSP，由操作者固定-乙烯濃度的設(shè)定值cEtSP；由操作者固定-由模型計(jì)算得到的濃度。它計(jì)算出反應(yīng)物進(jìn)料流量設(shè)定值FEtSP、FCASP、FHySP和FBtSP?？梢允褂冒∕BPC(以模型為基礎(chǔ)的預(yù)測(cè)控制)在內(nèi)的各種算法。通?？梢钥吹?，它們由以反向模型為基礎(chǔ)的前饋和與直接模型和濃度設(shè)定值之間的偏差成比例的反饋組成。乙烯進(jìn)料的控制前饋維持當(dāng)前濃度的值，以以下方程的靜態(tài)值的倒數(shù)(inversion)為基礎(chǔ)MEtR＝LAG(FEtIN·τEt，τEt)(kg)FEtFF＝MEtR/τEt反饋與設(shè)定值cEtSP和模型之間的偏差成比例FEtFB＝5·(cEtSP·VR-MEtR)設(shè)定值FEtSP＝FEtFF+FEtFB催化劑進(jìn)料的控制前饋維持當(dāng)前濃度的值，以下列方程的靜態(tài)值的倒數(shù)(inversion)為基礎(chǔ)MCAR＝LAG(FCAIN·τCA，τCA)(kg)FCAFF＝MCAR/τCA反饋與設(shè)定值FpEtSP和模型之間的偏差成比例，按以下公式計(jì)算FpEt＝AEt·MEtR·MCAR/VRFCAFB＝5·(FpEtSP/(AEt·MEtR/VR)-MCAR)設(shè)定值FCASP＝FCAFF+FCAFB氫氣的進(jìn)料控制前饋維持當(dāng)前濃度的值，以下列方程的靜態(tài)值的倒數(shù)(inversion)為基礎(chǔ)MHyR＝LAG(FHyIN·τHy，τHy)(kg)FHyFF＝MHyRAW/τHy反饋與比率設(shè)定值HyEtSP和模型之間的偏差成比例。FHyFB＝5·(HyEtSP·MEtR-MHyR)設(shè)定值FHySP＝FHyFF+FHyFB丁烯進(jìn)料控制(類似于氫氣)FBtFF＝MBtRAW/τBtFBtFB＝5·(BtEtSP·MEtR-MBtR)FBtSP＝FBtFF+FBtFB前面的這些方程概括了從算法的方程。它們由數(shù)字控制和命令系統(tǒng)(SNCC)每10秒中計(jì)算一次。主算法圖5描述了主算法的原理1.預(yù)測(cè)單元(基于直接模型)預(yù)測(cè)聚合物的主要性質(zhì)(MI和MVS)；為了這一目的，它使用了聚合溫度的預(yù)測(cè)值、由從屬模型提供的反應(yīng)器內(nèi)的濃度預(yù)測(cè)值、以及PE在設(shè)備的各單元中的停留時(shí)間；2.其自適應(yīng)單元將MI和MVS，(還包括在干燥器的出口處)由測(cè)定實(shí)驗(yàn)室每隔2小時(shí)完成或由連續(xù)分析器完成的測(cè)定值與直接模型的預(yù)測(cè)值進(jìn)行比較，從而確定2個(gè)自適應(yīng)參數(shù)，這是修正后的參數(shù)，在MI情形中是相乘，在MVS情形中是相加；3.其控制單元(基于反向模型)利用由操作者提供的MI和MVS設(shè)定值計(jì)算反應(yīng)器中濃度的設(shè)定值(比率Hy∶Et和Bt∶Et)。和從算法一樣，這一計(jì)算由基于直接模型的前饋以及與直接模型和操作者的設(shè)定值之間的偏差成比例的反饋組成。對(duì)于給定的催化劑，在穩(wěn)定狀態(tài)下，樹脂的性質(zhì)是聚合溫度和反應(yīng)物濃度的函數(shù)。在文獻(xiàn)中教導(dǎo)的各種靜態(tài)方程中，選擇如下方程log(MI)＝a0+a1·T0+a2·log(Hy/Et)+a3·Bt/EtMVS＝b0+b1·T0+b2·(Bt/Et)b3+b4·log(MI)參數(shù)a0-a3和b0-b4，通過(guò)在穩(wěn)定狀態(tài)下，由用同一催化劑生產(chǎn)的樹脂確定來(lái)獲得。進(jìn)一步說(shuō)，直到聚乙烯的性質(zhì)被測(cè)定之前，它所遇到的各種設(shè)備單元(反應(yīng)器、汽提器、離心器和干燥器)，作為初步近似，均可以模擬為全混反應(yīng)器。主算法使用了如下測(cè)定值作為輸入TR＝反應(yīng)器內(nèi)的溫度(℃)Vstp＝汽提器內(nèi)的液體體積(液面處測(cè)定獲得)(m3)MIMES＝MI(熔體指數(shù))測(cè)定值MVSMES＝MVS(比重)測(cè)定值以下計(jì)算由從算法進(jìn)行FpEt＝聚合物的瞬間輸出(產(chǎn)率)(kg/小時(shí))FPEOUT＝離開反應(yīng)器的PE流量(kg/小時(shí))MPER＝反應(yīng)器內(nèi)的PE質(zhì)量(kg)HyEtR＝反應(yīng)器內(nèi)的Hy對(duì)Et比率(kg/kg)BtEtR＝反應(yīng)器內(nèi)的Bt對(duì)Et比率(kg/kg)MVS和MI的對(duì)數(shù)(“1MI”)的粗(修正前)瞬間值由下列公式計(jì)算MVSINS＝b0+b1·TR+b2·(BtEtR)b3+b4·1MIINS1MIINS＝a0+a1·TR+a2·log(HyEtR)+a3·BtEtR在反應(yīng)器出口處的粗平均性質(zhì)由法則2計(jì)算1MIr＝LAG(1MIINS，MPER/FpEt)MVSr＝LAG(MVSINS，MPER/FpEt)事實(shí)上-性質(zhì)1MI和MVS與混合物的線性規(guī)律十分一致-環(huán)式反應(yīng)器可以模擬為全混反應(yīng)器-進(jìn)入(出現(xiàn)在)反應(yīng)器的PE的質(zhì)量流量實(shí)際上是FpEt，在任何瞬間聚合的PE量(產(chǎn)率)。測(cè)定的粗性質(zhì)因?yàn)橐阎谄崞髦忻縨3約500kgPE，如果假定汽提器是全混反應(yīng)器，則在汽提器出口處的粗性質(zhì)可以按以下計(jì)算1Mistp＝LAG(1MIr，500·Vstp/FPEOUT)MVSstp＝LAG(MVSr，500·Vstp/FPEOUT)因?yàn)樵陔x心器中的停留時(shí)間非常短，可以忽略。干燥器是流化床；可以連續(xù)盛有1400kg的PE?？梢约俣ㄆ崞鲀?nèi)的液面是不變的，離開它的物流等于進(jìn)入它的物流。因此，進(jìn)入干燥器的PE流量是FPEOUT。在干燥器的出口處，即提取樣品以進(jìn)行性質(zhì)分析的地方，其粗值為1MIsh＝LAG(1MIstp，1400/FPEOUT)MVSsh＝LAG(MVSstp，1400/FPEOUT)通過(guò)引入自適應(yīng)參數(shù)kMI(乘法參數(shù))和kMVS(加法參數(shù))獲得修正后的性質(zhì)；在修正后，反應(yīng)器、汽提器和干燥器出口的性質(zhì)是MIrc＝kMI·101MIrMVSrc＝kMVS+MVSrMIstpc＝kMI·101MIstpMVSstpc＝kMVS+MVSstpMIshc＝kMI·101MIshMVSrC＝kMVS+MVSsh主算法的修正性質(zhì)的測(cè)定需要一定的時(shí)間來(lái)進(jìn)行(在線分析需±5分鐘，在實(shí)驗(yàn)室中進(jìn)行需±1小時(shí))。為了計(jì)算自適應(yīng)參數(shù)，需要使模型的粗預(yù)測(cè)值與測(cè)定值再同步(時(shí)間的漂移)，例如，這可以利用移位寄存器(在這里稱之為“DELAY函數(shù)”)1MIDEL＝DELAY(1MIsh，τMI)MVSDEL＝DELAY(MVSsh，τMVS)相應(yīng)于用連續(xù)分析器或?qū)嶒?yàn)室測(cè)定，τMI和τMVS＝±5分鐘或±1小時(shí)。通過(guò)比較再同步的粗模型值與測(cè)定值，在每一新MI和MVS測(cè)定值情況下，再計(jì)算自適應(yīng)參數(shù)kMI′或kMVS′kMI＝log(MIMES)-1MIDELkMVS′＝MVSMES-MVSDEL為了減弱影響工藝的、測(cè)定中的可能干擾(噪聲)帶來(lái)的快速反應(yīng)，對(duì)這些粗值進(jìn)行濾除kMI＝LAG(kMI′，±1小時(shí))kMVS＝LAG(kMVS′，±1小時(shí))控制單元控制單元具有作為設(shè)定值的MISP和MVSSP，由操作者輸入。它計(jì)算出反應(yīng)器中濃度的比率HyEtSP和BtEtSP設(shè)定值，這是快速地獲得必要的性質(zhì)MISP和MVSSP所必需的。這一計(jì)算由兩步完成1.從操作者提供的設(shè)定值MISP和MVSSP，以及在設(shè)備的各單元中修正了的值MI和MVS，控制單元計(jì)算瞬間輸出的設(shè)定值MIiSP和MVSiSP。這些瞬間設(shè)定值由前饋和與直接模型和操作者的設(shè)定值之間的偏差成比例的反饋組成。2.通過(guò)對(duì)上面用于計(jì)算MI和MVS的瞬間值的靜態(tài)方程進(jìn)行反演，計(jì)算出濃度比例的設(shè)定值HyEtSP和BtEtSP。瞬間性質(zhì)的設(shè)定值將干燥器出口處的性質(zhì)和性質(zhì)設(shè)定值進(jìn)行比較，確定在汽提器出口處性質(zhì)的必要設(shè)定值(離心器被忽略)MIstpSP＝10(log(MISP)+0.1·(log(MISP)-log(MIshC)))MVSstpSP＝MVSSP+0.1·(MVSSP-MVSshC)類似地，在反應(yīng)器出口處所要求的設(shè)定值從汽提器出口的設(shè)定值和汽提器的修正值之間的偏差計(jì)算MIrSP＝10(log(MIstpSP)+0.5·(log(MIstpSP)-log(MIstpC)))MVSrSP＝MVSstpSP+0.5·(MVSstpSP-MVSstpC)最后，從反應(yīng)器出口設(shè)定值和相應(yīng)修正值之間的偏差計(jì)算出要求的瞬間輸出MIiSP＝10(log(MIrSP)+2·(log(MIrSP)-log(MIrC)))MVSSiSP＝MVSrSP+2·(MVSrSP-MVSrC)濃度比率的設(shè)定值濃度比率設(shè)定值HyEtsp和BtEtSP是這樣獲得的對(duì)上面用于計(jì)算瞬間值MI和MVS的靜態(tài)方程進(jìn)行反演，用必要瞬間輸出設(shè)定值代入MI和MVS項(xiàng)，并應(yīng)用自適應(yīng)參數(shù)。從以下公式開始log(MIiSP/kMI)＝a0+a1·TR+a2·log(HyEtSP)+a3·BtEtRMVSiSP-kMVS＝b0+b1·TR+b2·(BtEtSP)b3+b4·1MIINS得到a2·log(HyEtsp)＝log(MIisp/KMI)-(a0+a1·TR+a3·BtEtR)得出HyEtSP＝10((log(MIiSP/kMI)-a0-a1·TR-a3·BtEtR)/a2)和b2·(BtEtSP)b3＝MVSiSP-kMVS-(b0+b1·TR+b4·1MIINS)得出BtEtSP＝((MVSiSP-kMVS-b0-b1·TR-b4·1MIINS)/b2)1/b3以上方程概括了主算法的方程。它們由SNCC每30秒計(jì)算一次。利用這一方法可以相當(dāng)精確地控制聚合。特別地-控制的性質(zhì)(MI和MVS)被維持在盡可能近似于希望值附近，其離散最小-快速而精確地進(jìn)行了品級(jí)的改變(MI和MVS性質(zhì))-聚合的開車和停車，以及工藝產(chǎn)率的改變以更快速的方式進(jìn)行，同時(shí)MI和MVS維持在希望值的附近。盡管本發(fā)明的控制方法是借助于乙烯連續(xù)聚合合成聚乙烯來(lái)描述的，應(yīng)當(dāng)理解，這一控制方法對(duì)其它合成工藝通常也是有效的，特別是具有一個(gè)或多個(gè)以下特征的工藝-由于有許多變量影響要調(diào)節(jié)的性質(zhì)，需要多變量控制；-工藝動(dòng)態(tài)特性慢串級(jí)混合，空耗時(shí)間長(zhǎng)；-性質(zhì)取樣測(cè)定以較低的頻率進(jìn)行和/或存在干擾；-控制必須是動(dòng)態(tài)的，也就是說(shuō)，其有效性與產(chǎn)率無(wú)關(guān)，以及在要合成的產(chǎn)品的產(chǎn)率和品級(jí)(性質(zhì))變動(dòng)時(shí)；-預(yù)測(cè)某些不直接測(cè)定的變量是有利的。為了易于利用現(xiàn)有技術(shù)來(lái)實(shí)現(xiàn)，它只需下列條件-工藝的靜態(tài)方程已知(它們至少在某種程度上是已知的，否則，工藝不能被控制)；-工藝的動(dòng)態(tài)特性可以使用全混和空耗時(shí)間來(lái)近似；-可以獲得必要的測(cè)定值，并具有足夠的質(zhì)量(特別是反應(yīng)物的流量和通過(guò)所涉及的容器的流量)。上述LAG函數(shù)的特別使用，具體地說(shuō)是在法則1和2中的使用，必然可以延伸到基于不同于上述結(jié)構(gòu)的控制方法，上述結(jié)構(gòu)包括不同的主算法和從算法。例如，它可以用在僅有一個(gè)算法的控制方法中。實(shí)施例進(jìn)行了4種不同類型(由MI，MVS，……等定義)的8組聚乙烯(PE)合成實(shí)驗(yàn)，分別使用了傳統(tǒng)的控制方法和本發(fā)明的控制方法。下表列出了基于8種獲得的聚合物的熔體指數(shù)的許多測(cè)定值的結(jié)果。Cpk表示工藝的居中的性能值。</tables>可以看出，使用本發(fā)明方法，其Cpk性能值是兩倍多，表明性質(zhì)相對(duì)于采用的設(shè)定值分散性約為一半和/或更好地居中。所用縮略語(yǔ)表aI靜態(tài)方程MI的參數(shù)(I＝0-3)bI靜態(tài)方程MVS的參數(shù)(I＝0-4)AEt對(duì)乙烯的催化活性(m3kg-1h-1)cxGC由分析器測(cè)定獲得的“x”濃度(kg/m3)cxR在反應(yīng)器內(nèi)“x”濃度(kg/m3)cxSP在反應(yīng)器內(nèi)“x”濃度設(shè)定值(kg/m3)Fpx“x”聚合的質(zhì)量流量(產(chǎn)率)(kg/小時(shí))FVOUT離開反應(yīng)器的體積流量(m3/小時(shí))FxIN“x”進(jìn)入的質(zhì)量流量(kg/小時(shí))FxOUT“x”離開的質(zhì)量流量(kg/小時(shí))kd催化劑的失活常數(shù)(1/小時(shí))kfBt丁烯的修正(自適應(yīng))參數(shù)KfHy氫氣的修正(自適應(yīng))參數(shù)kMIMI的修正(自適應(yīng))參數(shù)kMVSMVS的修正(自適應(yīng))參數(shù)LAG(，)一次方低通濾波器函數(shù)MIMESMI(熔體指數(shù))的測(cè)定值MIy在“y”中的粗(未校正)MIMIyC在“y”中的校正過(guò)的(修正)MIMIySP在“y”中的設(shè)定值(校正)MVSMESMVS的測(cè)定值(標(biāo)準(zhǔn)密度)MVSy在“y”中的粗(未校正)MVS(標(biāo)準(zhǔn)密度)MVSyC在“y”中的校正MVSMVSySP“y”的MVS的設(shè)定值(校正)MxRAW反應(yīng)器中“x”的粗(未校正)質(zhì)量(kg)Mxy在“y”中的“x”的校正質(zhì)量(kg)Rx反應(yīng)器中x的反應(yīng)活性Vy“y”的體積(m3)τR反應(yīng)器中的停留時(shí)間(小時(shí))τx反應(yīng)器中“x”的停留時(shí)間(小時(shí))“x”代表下列組分Bt丁烯CA催化劑Et乙烯Hy氫氣Sv溶劑“y”代表下列設(shè)備r聚合反應(yīng)器stp汽提器sh干燥器(流化床)圖中的代號(hào)表10聚合反應(yīng)器11反應(yīng)物進(jìn)料(原料)，催化劑，溶劑12冷卻環(huán)路14排放管線16汽提器18冷凝器20氣相色譜22離心器24流化床干燥器25要循環(huán)的溶劑和反應(yīng)物26聚乙烯27要循環(huán)的反應(yīng)物28要循環(huán)的溶劑30聚合物性質(zhì)的設(shè)定值31工藝產(chǎn)率的設(shè)定值32主算法33從算法34濃度設(shè)定值35進(jìn)入流量設(shè)定值36流量控制器(PID)37測(cè)定值38溫度控制39溫度前饋40聚合動(dòng)態(tài)特性化學(xué)動(dòng)力學(xué)和物料衡算41產(chǎn)率和比率Hy/Et和Bt/Et的模擬42溫度，流量和濃度的測(cè)定值43控制方法44過(guò)程合成的產(chǎn)品的樣品分析51涉及工藝過(guò)程的量的測(cè)定值52聚合物性質(zhì)的測(cè)定值53直接模型；在測(cè)定值上預(yù)測(cè)性質(zhì)54比較；模型的校正(自適應(yīng))55基于反向模型(前饋+反饋)的控制算法56涉及工藝的變量的設(shè)定值57進(jìn)入流量的測(cè)定值和設(shè)定值58溫度測(cè)定值和濃度預(yù)測(cè)值59直接模型作為濃度函數(shù)的性質(zhì)方程60性質(zhì)預(yù)測(cè)61反應(yīng)器中濃度的設(shè)定值62進(jìn)入流量的測(cè)定值63反應(yīng)器中濃度的測(cè)定值64直接模型；基于物料衡算的濃度預(yù)測(cè)值65濃度預(yù)測(cè)66比較；自適應(yīng)參數(shù)的計(jì)算權(quán)利要求1.一種在包括至少一個(gè)反應(yīng)器(R)的設(shè)備中合成至少一種化學(xué)產(chǎn)品的工藝的控制方法，該反應(yīng)器可以比作為一個(gè)全混反應(yīng)器，其中一個(gè)或多個(gè)受控變量(GC)使得可以作用于工藝過(guò)程，使得一個(gè)或多個(gè)關(guān)聯(lián)產(chǎn)品的性質(zhì)和/或工藝過(guò)程的變量，稱之為控制變量(GR)，等于相應(yīng)的設(shè)定值(CGR)，所述方法包括如下步驟(a)輸入與控制變量相關(guān)的設(shè)定值(CGR)；(b)利用預(yù)測(cè)單元(OP)，以工藝受控變量的測(cè)定值(MGC)為基礎(chǔ)，計(jì)算控制變量的預(yù)測(cè)值(PGR)；(c)使用控制單元(OC)，以控制變量的設(shè)定值(CGR)和預(yù)測(cè)值(PGR)為基礎(chǔ)，計(jì)算工藝受控變量的設(shè)定值(CGC)；(d)向作動(dòng)器，或向控制作動(dòng)器的控制單元傳送工藝受控變量的設(shè)定值(CGC)，以作用于工藝過(guò)程；其中，預(yù)測(cè)單元(OP)是以工藝的數(shù)學(xué)模型為基礎(chǔ)的，稱之為直接模型(M)，它是以這樣一種方式設(shè)計(jì)的反應(yīng)器(R)中至少一種組分(x)的質(zhì)量MXR用以下方程預(yù)測(cè)MXR＝LAG(FXRIN·τx，τx)其中-FXRIN是進(jìn)入反應(yīng)器R的組分x的質(zhì)量流量；-τx是x在反應(yīng)器中的停留時(shí)間，其中τX(jué)＝MXR/(∑Fxdis)其中-MXR指在反應(yīng)器R中的組分x質(zhì)量的最終計(jì)算值；-∑Fxdis指組分x從反應(yīng)器R中消失的，具體地說(shuō)是通過(guò)反應(yīng)和/或離開反應(yīng)器消失的，所有質(zhì)量流量Fxdis的總和；-函數(shù)Y＝LAG(u，τ)是以下微分方程的解u=&tau;&CenterDot;dydt+y]]>以u(píng)和τ的瞬時(shí)值，并用Y最終計(jì)算值進(jìn)行計(jì)算。2.權(quán)利要求1的控制方法，其中，以這一控制變量的測(cè)定值(MGR)和預(yù)測(cè)值(PGR)之間的偏差為基礎(chǔ)，修正至少一個(gè)控制變量的設(shè)定值(CGR)，使得即使在控制變量的預(yù)測(cè)(PGR)中存在誤差時(shí)，也使得控制有效。3.權(quán)利要求1的控制方法，其中，在控制變量的預(yù)測(cè)值(PGR)和測(cè)定值(MGR)之間的偏差基礎(chǔ)上，周期地修正工藝的模型(M)，因此，工藝的模型可以提供盡可能接近變量的測(cè)定值(MGR)的控制變量預(yù)測(cè)值(PGR)。4.權(quán)利要求3的控制方法，其中，控制變量的測(cè)定值(MGR)僅用于工藝模型的任選的修正中，而不直接用于工藝受控變量設(shè)定值(CGC)的計(jì)算。5.權(quán)利要求1-4之一的控制方法，用于聚合工藝，包括一個(gè)或多個(gè)以下的附加步驟-根據(jù)一種或多種產(chǎn)品性質(zhì)設(shè)定值，計(jì)算反應(yīng)器中溫度的設(shè)定值；向一個(gè)或多個(gè)作動(dòng)器傳送溫度設(shè)定值，作動(dòng)器可使改變反應(yīng)器中的溫度成為可能；-特別是以溫度測(cè)定值為基礎(chǔ)，進(jìn)行反應(yīng)器的熱量衡算；使用熱量衡算以確定單位時(shí)間內(nèi)合成聚合物的量和/或催化劑生產(chǎn)率和/或反應(yīng)器中至少一種反應(yīng)物的濃度；-通過(guò)計(jì)算聚合的反應(yīng)物的量，計(jì)算聚合反應(yīng)產(chǎn)生的熱量；借助這一方式確定為維持反應(yīng)器溫度必需添加或除去的熱量；使用所述計(jì)算結(jié)果以改進(jìn)溫度控制，因此可盡可能地與溫度設(shè)定值一致，特別是在產(chǎn)率改變的情況下。6.前述權(quán)利要求之一的控制方法，其中，在被認(rèn)為是全混反應(yīng)器的反應(yīng)器R中組分“x”的性質(zhì)PxR按如下方式計(jì)算PxR＝LAG(PxIN，MxR/FxIN)其中“Px”是組分“x”的性質(zhì)，基本上與線性混合定律Px1+2＝W1·Px1+W2·Px2一致，W1和W2是性質(zhì)為Px1和Px2的兩個(gè)混合組分1和2的質(zhì)量分?jǐn)?shù)；Px1+2是x混合后，離開反應(yīng)器時(shí)的性質(zhì)；PxIN是組分“x”進(jìn)入反應(yīng)器R時(shí)的性質(zhì)；MxR是在反應(yīng)器R中組分x的質(zhì)量；FxIN是組分x進(jìn)入反應(yīng)器R的質(zhì)量流量。7.前述權(quán)利要求之一的控制方法，包括以下步驟-將要合成產(chǎn)品的一種或多種性質(zhì)的設(shè)定值輸入主算法中；-將工藝的產(chǎn)率的設(shè)定值輸入從算法中；-借助主算法計(jì)算反應(yīng)器中各組分濃度的設(shè)定值，特別是根據(jù)產(chǎn)品性質(zhì)的設(shè)定值和測(cè)定值以及反應(yīng)器中各種組分濃度的測(cè)定值和預(yù)測(cè)值；-將主算法計(jì)算出來(lái)的濃度設(shè)定值作為輸入傳送到從算法中；-借助從算法，計(jì)算進(jìn)入反應(yīng)器的各組分的流量設(shè)定值，特別是根據(jù)工藝產(chǎn)率設(shè)定值、濃度設(shè)定值和進(jìn)入反應(yīng)器的各組分流量測(cè)定值，和-將用從算法計(jì)算出來(lái)的流量設(shè)定值傳送給一個(gè)或多個(gè)作動(dòng)器，以控制進(jìn)入反應(yīng)器的各組分的流量，其中主算法和/或從算法按前述權(quán)利要求中一個(gè)的方法使用。8.權(quán)利要求7的控制方法，其特征在于主算法包括-一個(gè)基于工藝過(guò)程的直接模型的預(yù)測(cè)單元，所述直接模型使得根據(jù)組分濃度測(cè)定值和/或預(yù)測(cè)值提供合成產(chǎn)品性質(zhì)的預(yù)測(cè)值；-一個(gè)自適應(yīng)單元，將由預(yù)測(cè)單元計(jì)算出來(lái)的性質(zhì)預(yù)測(cè)值與合成產(chǎn)品的實(shí)際測(cè)定值進(jìn)行比較，并從這一比較推導(dǎo)出自適應(yīng)參數(shù)，所述自適應(yīng)參數(shù)作為附加輸入，輸入到主算法的所述預(yù)測(cè)單元中；和-一個(gè)基于工藝過(guò)程的反向模型的控制單元，以根據(jù)要合成的產(chǎn)品性質(zhì)的設(shè)定值和預(yù)測(cè)值，計(jì)算從算法的濃度的設(shè)定值，所述自適應(yīng)參數(shù)也作為附加輸入，輸入到所述控制單元。9.權(quán)利要求7或8中任何一項(xiàng)的控制方法，其中從算法包括-一個(gè)基于工藝過(guò)程的直接模型的預(yù)測(cè)單元，直接模型使得可以反應(yīng)器中物料衡算為基礎(chǔ)，提供一個(gè)或多個(gè)組分濃度的預(yù)測(cè)值；-一個(gè)自適應(yīng)單元，將由直接模型計(jì)算的濃度預(yù)測(cè)值與濃度測(cè)定值比較，并從這一比較推導(dǎo)出自適應(yīng)參數(shù)，所述自適應(yīng)參數(shù)作為附加輸入，輸入到從算法的所述預(yù)測(cè)單元；和-一個(gè)基于工藝過(guò)程的反向模型的控制單元，以根據(jù)產(chǎn)率設(shè)定值、由主算法控制單元計(jì)算出來(lái)的濃度設(shè)定值、以及由從算法預(yù)測(cè)單元計(jì)算的濃度預(yù)測(cè)值，計(jì)算進(jìn)入反應(yīng)器的流量的設(shè)定值，所述自適應(yīng)參數(shù)作為附加輸入，輸入到從算法的所述控制單元。10.前述權(quán)利要求中一項(xiàng)的控制方法，用于控制在至少一個(gè)反應(yīng)器中通過(guò)聚合乙烯連續(xù)合成聚乙烯，反應(yīng)物包括乙烯、氫氣、和/或一種任選的單體，聚合反應(yīng)在有催化劑存在的條件下進(jìn)行，反應(yīng)器中的部分內(nèi)容物連續(xù)或間歇地排出。11.權(quán)利要求9-10的控制方法，其中，從算法中的自適應(yīng)單元將乙烯(Et)、氫氣(Hy)和/或任選的共聚用單體(Bt)濃度的測(cè)定值與從算法的預(yù)測(cè)單元得到的預(yù)測(cè)值進(jìn)行比較，以確定至少一個(gè)如下的自適應(yīng)參數(shù)a)催化劑對(duì)乙烯的比活性“AEt”，以kg/小時(shí)聚乙烯每kg催化劑和kg/m3乙烯表示；b)氫氣流量測(cè)定值的增益誤差(gainerror)“KfHy”；c)共聚用單體進(jìn)料的純度“KfBt”。12.權(quán)利要求1-9之一的控制方法，用于控制在至少一個(gè)反應(yīng)器中通過(guò)聚合丙烯連續(xù)合成聚丙烯，反應(yīng)物包括丙烯、氫氣、和/或一種任選的單體，聚合反應(yīng)在有催化劑存在的條件下進(jìn)行，反應(yīng)器中的部分內(nèi)容物連續(xù)或間歇地排出。13.權(quán)利要求9-12的控制方法，其中，從算法中的自適應(yīng)單元將丙烯(Pe)、氫氣(Hy)和/或任選的共聚用單體(Bt)濃度的測(cè)定值與從算法的預(yù)測(cè)單元得到的預(yù)測(cè)值進(jìn)行比較，以確定至少一個(gè)如下的自適應(yīng)參數(shù)a)催化劑對(duì)丙烯的比活性“APe”，以kg/小時(shí)聚丙烯每kg催化劑和kg/m3乙烯表示；b)氫氣流量測(cè)定值的增益誤差(gainerror)“KfHy”；c)共聚用單體進(jìn)料的純度“KfEt”。14.權(quán)利要求8的控制方法，用于聚合工藝，其中-周期地測(cè)定聚合物的熔體指數(shù)(MI)和/或標(biāo)準(zhǔn)密度(MVS)和/或其共聚用單體的含量；-根據(jù)反應(yīng)器中的溫度、反應(yīng)器中的濃度和聚合流程的設(shè)備的各種單元中的停留時(shí)間，主算法的預(yù)測(cè)單元計(jì)算MI和MVS的粗預(yù)測(cè)值；-主算法的自適應(yīng)單元周期地-考慮進(jìn)行測(cè)定MI和MVS和獲得測(cè)定結(jié)果之間花費(fèi)的時(shí)間，使MI和MVS的粗預(yù)測(cè)值再同步，并將再同步的MI和MVS的粗預(yù)測(cè)值和MI和MVS測(cè)定值進(jìn)行比較，-計(jì)算用于粗預(yù)測(cè)值MI的乘法自適應(yīng)參數(shù)kMI，以獲得校正的MI預(yù)測(cè)值，和-計(jì)算用于粗預(yù)測(cè)值MVS的加法自適應(yīng)參數(shù)kMVS，獲得校正的MVS預(yù)測(cè)值。15.前述權(quán)利要求之一的控制方法，用于聚合工藝，其中，使用選自近紅外光譜(NIR)、傅里葉變換紅外光譜(FTIR)和核磁共振(NMR)的技術(shù)來(lái)評(píng)估聚合物的一種或多種性質(zhì)。16.前述權(quán)利要求之一的控制方法，用于聚合工藝，其中，使用預(yù)先建立的與測(cè)定的結(jié)果的相互關(guān)系來(lái)評(píng)估聚合物的一種或多種性質(zhì)，所述測(cè)定結(jié)果利用近紅外光譜(NIR)根據(jù)聚合物性質(zhì)在許多預(yù)測(cè)定波長(zhǎng)，在0.8-2.6mm測(cè)得。17.一種在包括至少一個(gè)可認(rèn)為是全混反應(yīng)器的反應(yīng)器的設(shè)備中合成化學(xué)產(chǎn)品的方法，該方法是由前述權(quán)利要求之一的控制方法控制的。18.一種控制在包括至少一個(gè)可認(rèn)為是全混反應(yīng)器的反應(yīng)器的合成設(shè)備中合成化學(xué)產(chǎn)品的方法的控制裝置，其中的控制方法是權(quán)利要求1-16之一的方法。全文摘要一種在包括至少一個(gè)反應(yīng)器(R)的設(shè)備中合成至少一種化學(xué)產(chǎn)品的工藝的控制方法,該反應(yīng)器可以比作為一個(gè)全混反應(yīng)器,其中一個(gè)或多個(gè)受控變量(GC)可以作用于工藝過(guò)程,使得一個(gè)或多個(gè)關(guān)聯(lián)產(chǎn)品的性質(zhì)和/或工藝過(guò)程的變量,稱為控制變量(GR),等于相應(yīng)的設(shè)定值(C文檔編號(hào)C08F2/00GK1192222SQ96195950公開日1998年9月2日申請(qǐng)日期1996年6月1日優(yōu)先權(quán)日1995年6月9日發(fā)明者J·德瑟利爾斯申請(qǐng)人:索爾維公司