一种用于甲酯生产中粗品制备的智能控制方法

摘要

本发明涉及甲酯生产控制技术领域，具体涉及一种用于甲酯生产中粗品制备的智能控制方法，根据N次甲酯生产过程中的反应器的每个时刻对应的温度值和压力值，确定酯化反应稳定指标，进而确定任意两次甲酯生产过程中的反应器对应的差异距离，根据差异距离将N次甲酯生产划分为两个簇；确定每个簇内的任意两次甲酯生产过程中的反应器对应的气压变化相似指标，进而确定隶属度；获取反应器对应的气压拟合曲线，确定每个簇对应的气压上限包络线和气压下限包络线，得到反应器的未来设定时段的每个时刻对应的压力值，对甲酯生产过程中的相应设备进行调控。本发明解决了现有甲酯生产的控制调整结果准确性差的问题，提高了甲酯生产控制的准确度。

权利要求

1.一种用于甲酯生产中粗品制备的智能控制方法，其特征在于，包括以下步骤：

获取N次甲酯生产过程中的反应器的每个时刻对应的温度值和压力值，以及N次甲酯生产的反应器对应的进料量和醇酸比值；

根据N次甲酯生产过程中的反应器的每个时刻，将N次甲酯生产过程中的反应器的每个时刻分割成多个预设时段，进而计算每个预设时段的反应器对应的温度均值和温度方差；

获取甲酯生产过程中的反应器对应的标准温度值，根据每个预设时段的反应器对应的温度均值和温度方差以及反应器对应的标准温度值，确定每个预设时段的反应器对应的温度适宜指标，温度适宜指标的计算公式为：其中，H为每个预设时段的反应器对应的温度适宜指标，T为反应器在每个预设时段内每个时刻对应的温度值组成的序列，tstd为甲酯生产过程中的反应器对应的标准温度值，为修正系数，exp( )为以自然常数为底的指数函数，abs( )为求绝对值函数，mean( )为求均值函数，Var( )为求方差函数；

根据N次甲酯生产过程中的反应器的每个时刻对应的压力值和预设时段对应的温度适宜指标，确定N次甲酯生产过程中的反应器对应的酯化反应稳定指标，所述酯化反应稳定指标的计算公式为：其中，K为N次甲酯生产过程中的反应器对应的酯化反应稳定指标， 为每个预设时段的反应器对应的温度适宜指标组成的序列，Ap为N次甲酯生产过程中的反应器的每个时刻对应的压力值组成的序列，Apstd为甲酯生产过程中的反应器的标准气压序列，为修正系数，mean( )为求均值函数，tanh( )为双曲线正切函数，DTW( )为求相似距离函数；

根据任意两次甲酯生产过程中的反应器对应的酯化反应稳定指标，计算任意两次甲酯生产过程中的反应器对应的酯化反应稳定指标差值；

根据任意两次甲酯生产过程中的反应器的每个时刻对应的温度值，计算任意两次甲酯生产过程中的反应器的温度值序列之间的相似距离；

根据任意两次甲酯生产过程中的反应器对应的酯化反应稳定指标差值和温度值序列之间的相似距离，确定任意两次甲酯生产过程中的反应器对应的差异距离，所述差异距离的计算公式为：其中，R(A,B)为第A次和第B次甲酯生产过程中的反应器对应的差异距离，KA为第A次甲酯生产过程中的反应器对应的酯化反应稳定指标，KB为第B次甲酯生产过程中的反应器对应的酯化反应稳定指标， 为第A次甲酯生产过程中的反应器的每个时刻对应的温度值组成的序列， 为第B次甲酯生产过程中的反应器的每个时刻对应的温度值组成的序列，exp( )为以自然常数为底的指数函数，DTW( )为求相似距离函数；

根据差异距离将N次甲酯生产划分为两个簇，对两个簇内的甲酯量和甲酯成分进行分析，基于分析结果确定两个簇的性质，将两个簇划分为正常簇和异常簇；

根据每个簇内的任意两次甲酯生产过程中的反应器的每个时刻对应的压力值以及反应器对应的进料量和醇酸比值，确定每个簇内的任意两次甲酯生产过程中的反应器对应的气压变化相似指标，所述气压变化相似指标的计算公式为：其中，u(A,B)为每个簇内的第A次和第B次甲酯生产过程中的反应器对应的气压变化相似指标，ApA为第A次甲酯生产过程中的反应器的每个时刻对应的压力值组成的序列，ApB为第B次甲酯生产过程中的反应器的每个时刻对应的压力值组成的序列，mA为第A次甲酯生产过程中的反应器对应的进料量，mB为第B次甲酯生产过程中的反应器对应的进料量，nA为第A次甲酯生产过程中的反应器对应的醇酸比值，nB为第B次甲酯生产过程中的反应器对应的醇酸比值，exp( )为以自然常数为底的指数函数，Range( )为求极差值函数，MSD( )为求形态差异距离函数，abs( )为求绝对值函数；

根据每个簇内的任意两次甲酯生产过程中的反应器对应的气压变化相似指标，确定每个簇内的每次甲酯生产过程中的反应器对应的多个气压变化相似指标，计算多个气压变化相似指标的累加值，将该累加值作为每次甲酯生产过程中的反应器对应的隶属度；

获取每个簇内的每次甲酯生产过程中的反应器对应的气压拟合曲线，根据反应器对应的气压拟合曲线和隶属度，确定每个簇对应的气压上限包络线和气压下限包络线；

将实时获取的反应器的当前设定时段的每个时刻对应的压力值以及反应器对应的进料量和醇酸比值输入到预先构建并训练好的压力预测神经网络中，得到反应器的未来设定时段的每个时刻对应的压力值；

根据反应器的未来设定时段的每个时刻对应的压力值和每个簇对应的气压上限包络线和气压下限包络线，对甲酯生产过程中的相应设备进行调控。

2.根据权利要求1所述的一种用于甲酯生产中粗品制备的智能控制方法，其特征在于，确定每个簇对应的气压上限包络线和气压下限包络线的步骤包括：根据每个簇内的每次甲酯生产过程中的反应器对应的隶属度，确定每个簇内的预设数目个目标隶属度；

根据每个簇内的预设数目个目标隶属度和每次甲酯生产过程中的反应器对应的气压拟合曲线，确定每个簇内的预设数目个目标隶属度对应的气压拟合曲线；

根据每个簇内的预设数目个目标隶属度对应的气压拟合曲线，确定每个簇内的预设数目个目标隶属度对应的气压拟合曲线中的每个时刻对应的气压最大值和气压最小值；

根据每个时刻对应的气压最大值和气压最小值，确定每个簇对应的气压上限包络线和气压下限包络线。

3.根据权利要求1所述的一种用于甲酯生产中粗品制备的智能控制方法，其特征在于，对甲酯生产过程中的相应设备进行调控的步骤包括：若反应器的未来设定时段的某个时刻对应的压力值高于任意一个簇对应的气压上限包络线，则降低反应器的该时刻对应的压力值，若反应器的未来设定时段的某个时刻对应的压力值低于任意一个簇对应的气压下限包络线，则提高反应器的该时刻对应的压力值，直至反应器的该时刻对应的压力值处于正常簇对应的气压上限包络线和气压下限包络线对应的区间预设位置处，所述区间由气压上限包络线和气压下限包络线构建而成。

说明书

一种用于甲酯生产中粗品制备的智能控制方法

技术领域

[0001] 本发明涉及甲酯生产控制技术领域，具体涉及一种用于甲酯生产中粗品制备的智能控制方法。

背景技术

[0002] 随着丙烯酸甲酯需求量的增加以及丙烯价格的下降，很多厂家都用价格低、适合大型化以及易于控制的空气氧化合成丙烯酸甲酯的方法来推动工业化发展。受丙烯酸甲酯的化学特性的影响，在丙烯酸甲酯的反应过程中会生成其他产物，为了保障丙烯酸甲酯生产向预期方向发展，需要控制甲酯生产过程中的相关设备的变量，以确保酯化反应条件处于适宜状态，保证生产的质量。

[0003] 为了准确控制甲酯生产过程中反应环境的相关数据，保证生产产品的质量，现有提出了公开号为CN113041978A，一种PBT（Polybutylene terephthalate，聚对苯二甲酸丁二醇酯）复合材料的生产控制方法和装置，该方法通过获取酯化釜的反应釜体的具体位置的温度信息，将该温度信息输入到训练模型中，得到该温度信息保持均衡时的转速信息，根据转速信息调整搅拌器的转速。该方法通过采集的温度数据信息调整转速，实现了对生产过程中的温度数据的控制，但是该方法只考虑了甲酯生产过程中的温度数据，未顾虑到反应程度的变化，所考虑的相关生产因素较少，导致甲酯生产控制不全面，使最终的控制调控结果并不是很理想。另外，甲酯生产过程中的温度数据是不断变化的，不同的反应进展程度对应的温度存在波动差异，故根据当前数据进行调整会存在一定程度的延迟，容易造成控制不及时和调整结果不准确的问题，进而影响甲酯生产的后续进展。

发明内容

[0004] 为了解决上述现有甲酯生产控制调整结果准确性低的技术问题，本发明的目的在于提供一种用于甲酯生产中粗品制备的智能控制方法，所采用的技术方案具体如下：

[0005] 本发明一个实施例提供了一种用于甲酯生产中粗品制备的智能控制方法，该方法包括以下步骤：

[0006] 获取N次甲酯生产过程中的反应器的每个时刻对应的温度值和压力值，以及N次甲酯生产的反应器对应的进料量和醇酸比值；

[0007] 根据N次甲酯生产过程中的反应器的每个时刻对应的温度值和压力值，确定N次甲酯生产过程中的反应器对应的酯化反应稳定指标；

[0008] 根据任意两次甲酯生产过程中的反应器对应的酯化反应稳定指标和每个时刻对应的温度值，确定任意两次甲酯生产过程中的反应器对应的差异距离，根据差异距离将N次甲酯生产划分为两个簇，所述两个簇为正常簇和异常簇；

[0009] 根据每个簇内的任意两次甲酯生产过程中的反应器的每个时刻对应的压力值以及反应器对应的进料量和醇酸比值，确定每个簇内的任意两次甲酯生产过程中的反应器对应的气压变化相似指标，根据气压变化相似指标确定每个簇内的每次甲酯生产过程中的反应器对应的隶属度；

[0010] 获取每个簇内的每次甲酯生产过程中的反应器对应的气压拟合曲线，根据反应器对应的气压拟合曲线和隶属度，确定每个簇对应的气压上限包络线和气压下限包络线；

[0011] 将实时获取的反应器的当前设定时段的每个时刻对应的压力值以及反应器对应的进料量和醇酸比值输入到预先构建并训练好的压力预测神经网络中，得到反应器的未来设定时段的每个时刻对应的压力值；

[0012] 根据反应器的未来设定时段的每个时刻对应的压力值和每个簇对应的气压上限包络线和气压下限包络线，对甲酯生产过程中的相应设备进行调控。

[0013] 进一步的，确定N次甲酯生产过程中的反应器对应的酯化反应稳定指标的步骤包括：

[0014] 根据N次甲酯生产过程中的反应器的每个时刻对应的温度值，确定每个预设时段的反应器对应的温度适宜指标；

[0015] 根据N次甲酯生产过程中的反应器的每个时刻对应的压力值和预设时段对应的温度适宜指标，确定N次甲酯生产过程中的反应器对应的酯化反应稳定指标，其计算公式为：

[0016]

[0017] 其中，K为N次甲酯生产过程中的反应器对应的酯化反应稳定指标， 为每个预设时段的反应器对应的温度适宜指标组成的序列，Ap为N次甲酯生产过程中的反应器的每个时刻对应的压力值组成的序列，Apstd为甲酯生产过程中的反应器的标准气压序列，为修正系数，mean( )为求均值函数，tanh( )为双曲线正切函数，DTW( )为求相似距离函数。

[0018] 进一步的，确定每个预设时段的反应器对应的温度适宜指标的步骤包括：

[0019] 根据N次甲酯生产过程中的反应器的每个时刻，将N次甲酯生产过程中的反应器的每个时刻分割成多个预设时段，进而计算每个预设时段的反应器对应的温度均值和温度方差；

[0020] 获取甲酯生产过程中的反应器对应的标准温度值，根据每个预设时段的反应器对应的温度均值和温度方差以及反应器对应的标准温度值，确定每个预设时段的反应器对应的温度适宜指标，温度适宜指标的计算公式为：

[0021]

[0022] 其中，H为每个预设时段的反应器对应的温度适宜指标，T为反应器在每个预设时段内每个时刻对应的温度值组成的序列，tstd为甲酯生产过程中的反应器对应的标准温度值，为修正系数，exp( )为以自然常数为底的指数函数，abs( )为求绝对值函数，mean( )为求均值函数，Var( )为求方差函数。

[0023] 进一步的，确定任意两次甲酯生产过程中的反应器对应的差异距离的步骤包括：

[0024] 根据任意两次甲酯生产过程中的反应器对应的酯化反应稳定指标，计算任意两次甲酯生产过程中的反应器对应的酯化反应稳定指标差值；

[0025] 根据任意两次甲酯生产过程中的反应器的每个时刻对应的温度值，计算任意两次甲酯生产过程中的反应器的温度值序列之间的相似距离；

[0026] 根据任意两次甲酯生产过程中的反应器对应的酯化反应稳定指标差值和温度值序列之间的相似距离，确定任意两次甲酯生产过程中的反应器对应的差异距离，其计算公式为：

[0027]

[0028] 其中，R(A,B)为第A次和第B次甲酯生产过程中的反应器对应的差异距离，KA为第A次甲酯生产过程中的反应器对应的酯化反应稳定指标，KB为第B次甲酯生产过程中的反应器对应的酯化反应稳定指标， 为第A次甲酯生产过程中的反应器的每个时刻对应的温度值组成的序列， 为第B次甲酯生产过程中的反应器的每个时刻对应的温度值组成的序列，exp( )为以自然常数为底的指数函数，DTW( )为求相似距离函数。

[0029] 进一步的，确定每个簇内的任意两次甲酯生产过程中的反应器对应的气压变化相似指标的计算公式为：

[0030]

[0031] 其中，u(A,B)为每个簇内的第A次和第B次甲酯生产过程中的反应器对应的气压变化相似指标，ApA为第A次甲酯生产过程中的反应器的每个时刻对应的压力值组成的序列，ApB为第B次甲酯生产过程中的反应器的每个时刻对应的压力值组成的序列，mA为第A次甲酯生产过程中的反应器对应的进料量，mB为第B次甲酯生产过程中的反应器对应的进料量，nA为第A次甲酯生产过程中的反应器对应的醇酸比值，nB为第B次甲酯生产过程中的反应器对应的醇酸比值，exp( )为以自然常数为底的指数函数，Range( )为求极差值函数，MSD( )为求形态差异距离函数，abs( )为求绝对值函数。

[0032] 进一步的，根据气压变化相似指标确定每个簇内的每次甲酯生产过程中的反应器对应的隶属度，其步骤包括：

[0033] 根据每个簇内的任意两次甲酯生产过程中的反应器对应的气压变化相似指标，确定每个簇内的每次甲酯生产过程中的反应器对应的多个气压变化相似指标，计算多个气压变化相似指标的累加值，将该累加值作为每次甲酯生产过程中的反应器对应的隶属度。

[0034] 进一步的，确定每个簇对应的气压上限包络线和气压下限包络线的步骤包括：

[0035] 根据每个簇内的每次甲酯生产过程中的反应器对应的隶属度，确定每个簇内的预设数目个目标隶属度；

[0036] 根据每个簇内的预设数目个目标隶属度和每次甲酯生产过程中的反应器对应的气压拟合曲线，确定每个簇内的预设数目个目标隶属度对应的气压拟合曲线；

[0037] 根据每个簇内的预设数目个目标隶属度对应的气压拟合曲线，确定每个簇内的预设数目个目标隶属度对应的气压拟合曲线中的每个时刻对应的气压最大值和气压最小值；

[0038] 根据每个时刻对应的气压最大值和气压最小值，确定每个簇对应的气压上限包络线和气压下限包络线。

[0039] 进一步的，对甲酯生产过程中的相应设备进行调控的步骤包括：

[0040] 若反应器的未来设定时段的某个时刻对应的压力值高于任意一个簇对应的气压上限包络线，则降低反应器的该时刻对应的压力值，若反应器的未来设定时段的某个时刻对应的压力值低于任意一个簇对应的气压下限包络线，则提高反应器的该时刻对应的压力值，直至反应器的该时刻对应的压力值处于正常簇对应的气压上限包络线和气压下限包络线对应的区间预设位置处，所述区间由气压上限包络线和气压下限包络线构建而成。

[0041] 本发明具有如下有益效果：

[0042] 本发明提供了一种用于甲酯生产中粗品制备的智能控制方法，为了确定N次甲酯生产过程中反应器的反应条件和状态，通过对所获取的N次甲酯生产过程中的反应器的每个时刻对应的温度值和压力值进行数据分析，得到反应器对应的酯化反应稳定指标，该指标包含了两个因素：温度和压力，其有助于提高酯化反应稳定指标的可参考性，全面顾虑到甲酯生产的相关因素，便于后续分析任意两次甲酯生产过程之间的差异；根据任意两次甲酯生产过程中的反应器对应的酯化反应稳定指标和每个时刻对应的温度值，确定任意两次甲酯生产过程中的反应器对应的差异距离，将该各个差异距离作为划分簇的指标，其有助于增加划分结果的准确度，便于后续基于划分结果调整酯化反应的相关参数；确定每个簇内的任意两次甲酯生产过程中的反应器对应的气压变化相似指标，根据气压变化相似指标确定每个簇内的每次甲酯生产过程中的反应器对应的隶属度，隶属度是确定每个簇对应的气压上限包络线和气压下限包络线的重要指标，其有助于减少确定包络线时的计算量，提高了甲酯生产控制的及时性和效率。基于反应器的未来设定时段的每个时刻对应的压力值和每个簇对应的气压上限包络线和气压下限包络线，对甲酯生产过程中的相应设备进行调控，其有利于及时调整甲酯生产的相关数据，提高了甲酯生产数据调整结果的准确度，保证甲酯生产中粗品制备的质量。

附图说明

[0043] 为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案和优点，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单的介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其它附图。

[0044] 图1为本发明一种用于甲酯生产中粗品制备的智能控制方法的流程图。

具体实施方式

[0045] 为了更进一步阐述本发明为达成预定发明目的所采取的技术手段及功效，以下结合附图及较佳实施例，对依据本发明提出的技术方案的具体实施方式、结构、特征及其功效，详细说明如下。在下述说明中，不同的“一个实施例”或“另一个实施例”指的不一定是同一个实施例。此外，一个或多个实施例中的特定特征、结构或特点可由任何合适形式组合。

[0046] 除非另有定义，本文所使用的所有的技术和科学术语与属于本发明的技术领域的技术人员通常理解的含义相同。

[0047] 本实施例提供了一种用于甲酯生产中粗品制备的智能控制方法，如图1所示，该方法包括以下步骤：

[0048] （1）获取N次甲酯生产过程中的反应器的每个时刻对应的温度值和压力值，以及N次甲酯生产的反应器对应的进料量和醇酸比值。

[0049] 需要说明的是，甲酯的酯化反应是可逆反应，所以甲酯生产过程中的温度、压力、催化剂以及反应物配比，均能够影响酯化反应的方向和速率，在对反应器内存留的大量反应物进行回收时反应器的温度值会发生变化，其也会影响酯化反应的进程。因此，为了提高甲酯生产控制的全面性和准确性，将基于反应器的温度值、压力值、进料量和醇酸比值对甲酯生产中的粗品制备进行生产控制分析。

[0050] （1‑1）获取N次甲酯生产过程中的反应器的每个时刻对应的温度值。本实施例在酯化反应开始之前，通常采用预热器对反应器进行加热，使反应器达到适宜温度，适宜温度大小为75℃左右。N次甲酯生产是指N次生产甲酯的完整过程，N可以设置为10。采用常规的数字温度计采集10次甲酯生产过程中的反应器的每个时刻对应的温度值，温度的采样频率为1Hz，即每秒采集一次温度值，将温度值记为t。

[0051] （1‑2）获取N次甲酯生产过程中的反应器的每个时刻对应的压力值。由于甲醇沸点在65℃左右，而反应器发生酯化反应的温度值为78℃，所以甲醇是以气体的形式存在。反应器内压力的大小影响酯化反应平衡的移动，进一步影响到反应器内温度值的变化。在反应器内放置气压计，以采集N次甲酯生产过程中的反应器的每个时刻对应的压力值，压力的采样频率为1Hz，即每秒采集一次，将压力值记为ap。

[0052] （1‑3）获取N次甲酯生产的反应器对应的进料量和醇酸比值。在酯化反应过程中的反应器内不仅有从外部添加的醇和酸，还有未反应完的醇和酸，其会造成反应物的总量和比例不合适，基于不合适的反应物比例进行酯化反应时，会生成其他副产物，降低甲酯生产产品的质量，故需要确定甲酯生产时的反应器对应的进料量和醇酸比值。在进行酯化反应之前，获取反应器进料口的开度大小和进料时间，将开度大小对应的进料量与进料时间相乘，得到反应物的总量，进而根据反应物的总量确定反应器内醇酸比值大小，这里的开度是指碟板转动的角度大小。

[0053] （2）根据N次甲酯生产过程中的反应器的每个时刻对应的温度值和压力值，确定N次甲酯生产过程中的反应器对应的酯化反应稳定指标，其步骤包括：

[0054] （2‑1）根据N次甲酯生产过程中的反应器的每个时刻对应的温度值，确定每个预设时段的反应器对应的温度适宜指标，其步骤包括：

[0055] （2‑1‑1）根据N次甲酯生产过程中的反应器的每个时刻，将N次甲酯生产过程中的反应器的每个时刻分割成多个预设时段，进而计算每个预设时段的反应器对应的温度均值和温度方差。

[0056] 在本实施例中，基于N次甲酯生产过程中的反应器的每个时刻，构建窗口大小为30s的滑窗，利用该滑窗对每个时刻对应的温度值进行滑窗处理，每过一秒向后滑动一个时刻，将N次甲酯生产过程中的反应器的每个时刻分割成多个滑窗区域，滑窗区域与预设时段相对照，故本实施例将N次甲酯生产过程中的反应器的各个时刻分割成多个预设时段，每个预设时段内有30个温度值数据。为了便于后续确定每个预设时段的反应器对应的温度适宜指标，基于预设时段内每个时刻对应的温度值，计算每个预设时段的反应器对应的温度均值和温度方差。计算温度均值和温度方差的过程为现有技术，不在本发明保护范围内，此处不再进行详细阐述。

[0057] （2‑1‑2）获取甲酯生产过程中的反应器对应的标准温度值，根据每个预设时段的反应器对应的温度均值和温度方差以及反应器对应的标准温度值，确定每个预设时段的反应器对应的温度适宜指标。

[0058] 在本实施例中，获取甲酯生产过程中的反应器对应的标准温度值，是为了便于确定预设时段对应的温度均值和与标准温度值之间的差异，而温度方差可以反应预设时段内的温度值的波动情况，从两个角度分析预设时段的反应器对应的温度适宜指标，能够提高温度适宜指标的可参考性，这里的温度适宜指标是指预设时段的反应器内温度的适宜情况，其计算公式为：

[0059]

[0060] 其中，H为每个预设时段的反应器对应的温度适宜指标，T为反应器在每个预设时段内每个时刻对应的温度值组成的序列，tstd为甲酯生产过程中的反应器对应的标准温度值，为修正系数，exp( )为以自然常数为底的指数函数，abs( )为求绝对值函数，mean( )为求均值函数，Var( )为求方差函数。

[0061] 需要说明的是，本实施例将标准温度值设置为78℃，将修正系数 设置为0.1，温度适宜指标计算公式中的 表示预设时段对应的温度均值与标准温度值的接近程度，标准温度值也可以称为适宜温度，当温度均值与适宜温度比较接近时，说明该温度均值对应的预设时段的温度适宜性比较强，那么反应器对应的温度适宜指标就会比较大， 与H为负相关。温度适宜指标计算公式中的 表示预设时段内温度
值数据的集中稳定情况，当温度方差越小，说明该温度方差对应的预设时段内的温度值变化越稳定，其说明反应器的温度值越适宜，反应器对应的温度适宜指标就会越大， 与H为负相关。

[0062] （2‑2）根据N次甲酯生产过程中的反应器的每个时刻对应的压力值和预设时段对应的温度适宜指标，确定N次甲酯生产过程中的反应器对应的酯化反应稳定指标。

[0063] 首先，需要说明的是，影响反应器内酯化反应变化的两个主要因素是温度值和压力值，当反应器内的温度和气压均正常时，说明反应器内酯化反应条件稳定，当酯化反应条件稳定时，所生产的甲酯产品的质量就会比较高。

[0064] 为了确定每次生产甲酯时反应器对应的酯化反应条件的稳定程度，基于N次甲酯生产过程中的反应器的每个时刻对应的压力值和预设时段对应的温度适宜指标，获取甲酯生产过程中的反应器的标准气压序列，标准气压序列内压力值的个数和甲酯生产过程中的反应器的每个时刻对应的压力值的个数是相同的，进而计算N次甲酯生产过程中的反应器对应的酯化反应稳定指标，酯化反应稳定指标的计算公式为：

[0065]

[0066] 其中，K为N次甲酯生产过程中的反应器对应的酯化反应稳定指标， 为每个预设时段的反应器对应的温度适宜指标组成的序列，Ap为N次甲酯生产过程中的反应器的每个时刻对应的压力值组成的序列，Apstd为甲酯生产过程中的反应器的标准气压序列，为修正系数，mean( )为求均值函数，tanh( )为双曲线正切函数，DTW( )为求相似距离函数。

[0067] 需要说明的是，本实施例将修正系数 设置为0.3，酯化反应稳定指标计算公式中的双曲线正切函数tanh( )可用于归一化，其有助于进行酯化反应稳定指标计算。计算公式中的 表示压力值序列与标准气压序列之间的相似距离，相似距离值越大，说明两个序列越不相似，相反，则说明两个序列越相似，当两个序列相似时说明酯化反应条件稳定。计算公式中的 表示每个预设时段的反应器对应的温度适宜指标的均值，温度适宜指标的均值越大，说明甲酯生产过程中的反应器对应的酯化反应条件越稳定。

[0068] （3）根据任意两次甲酯生产过程中的反应器对应的酯化反应稳定指标和每个时刻对应的温度值，确定任意两次甲酯生产过程中的反应器对应的差异距离，根据差异距离将N次甲酯生产划分为两个簇，两个簇为正常簇和异常簇。

[0069] 由于甲酯生产是不断连续的过程，该过程中存在多次进料和出料的步骤，每次进料均有对应的出料，进料到出料的过程为一次甲酯生产，每次甲酯生产过程中的反应器环境均会发生变化，基于任意两次甲酯生产过程中的反应器对应的酯化反应稳定指标和每个时刻对应的温度值，对每次甲酯生产的状态进行比较分析，其步骤包括：

[0070] （3‑1）根据任意两次甲酯生产过程中的反应器对应的酯化反应稳定指标和每个时刻对应的温度值，确定任意两次甲酯生产过程中的反应器对应的差异距离，其步骤包括：

[0071] （3‑1‑1）根据任意两次甲酯生产过程中的反应器对应的酯化反应稳定指标，计算任意两次甲酯生产过程中的反应器对应的酯化反应稳定指标差值。

[0072] 在本实施例中，为了便于后续确定任意两次甲酯生产过程中的反应器对应的差异距离，将任意两次甲酯生产过程中的反应器对应的酯化反应稳定指标对应相减，得到该任意两次甲酯生产过程中的反应器对应的酯化反应稳定指标差值。

[0073] （3‑1‑2）根据任意两次甲酯生产过程中的反应器的每个时刻对应的温度值，计算任意两次甲酯生产过程中的反应器的温度值序列之间的相似距离。

[0074] 在本实施例中，由于甲酯生产过程中的进料和出料会使反应器温度发生明显波动，为了便于后续确定任意两次甲酯生产过程中的反应器对应的差异距离，利用动态时间规整算法，基于任意两次甲酯生产过程中的反应器的每个时刻对应的温度值构成的序列，计算任意两次甲酯生产过程中的反应器的温度值序列之间的相似距离。动态时间规整算法的实现过程为现有技术，不在本发明保护范围内，此处不再进行详细阐述。

[0075] （3‑1‑3）根据任意两次甲酯生产过程中的反应器对应的酯化反应稳定指标差值和温度值序列之间的相似距离，确定任意两次甲酯生产过程中的反应器对应的差异距离。

[0076] 在本实施例中，为了便于后续确定正常簇和异常簇，基于步骤（3‑1‑1）和步骤（3‑1‑2）计算的酯化反应稳定指标差值和温度值序列之间的相似距离，计算任意两次甲酯生产过程中的反应器对应的差异距离，其计算公式为：

[0077]

[0078] 其中，R(A,B)为第A次和第B次甲酯生产过程中的反应器对应的差异距离，KA为第A次甲酯生产过程中的反应器对应的酯化反应稳定指标，KB为第B次甲酯生产过程中的反应器对应的酯化反应稳定指标， 为第A次甲酯生产过程中的反应器的每个时刻对应的温度值组成的序列， 为第B次甲酯生产过程中的反应器的每个时刻对应的温度值组成的序列，exp( )为以自然常数为底的指数函数，DTW( )为求相似距离函数。

[0079] 需要说明的是，差异距离计算公式中的 为酯化反应稳定指标的差值平方，该差值平方与差异距离为正相关，该差值平方越大，说明两个甲酯生产过程中的反应器对应的酯化反应稳定性相差较大，那么该两个甲酯生产过程中的反应器差异距离就会较大。差异距离计算公式中的 表示两个甲酯生产过程中预热器工作控温是否相似，两个温度序列的相似距离越大，说明该两个温度序列对应的甲酯生产过程中反应器的差异距离越大。

[0080] （3‑2）根据差异距离将N次甲酯生产划分为两个簇，两个簇为正常簇和异常簇。

[0081] 在本实施例中，设定两个聚类质心，利用k‑means聚类算法对N次甲酯生产过程中的反应器对应的差异距离进行聚类分组，得到两个簇。由于存在预热器功率调控不到位以及经过回收后的酸和醇的量不一样，使最终的反应过程中的温度变化同样存在差异，从而可以形成两个不同的簇，因此，本实施例将聚类质心的数量设置为两个。

[0082] 为了便于区分两个簇，可以对两个簇内的各个产物丙烯酸甲酯的量和成分进行分析，基于最终的分析结果可确定两个簇的性质，即正常簇和异常簇。例如，利用质谱仪对两个簇内的各个甲酯生产过程对应的产物丙烯酸甲酯进行分析，得到每次甲酯生产所得的产物丙烯酸甲酯对应的分子量、官能团、分子断裂产生的碎片以及碎片之间的关系，使每次甲酯生产所得的产物丙烯酸甲酯对应的各个成分数值与已知丙烯酸甲酯的标准图谱进行比较，即可区分正常簇和异常簇，具体为：与标准图谱相似性高的簇为正常簇，与标准图谱相似性低的簇为异常簇。当然，区分异常簇和正常簇的方法还有很多，这里不再一一进行详细描述。

[0083] （4）根据每个簇内的任意两次甲酯生产过程中的反应器的每个时刻对应的压力值以及反应器对应的进料量和醇酸比值，确定每个簇内的任意两次甲酯生产过程中的反应器对应的气压变化相似指标，根据气压变化相似指标确定每个簇内的每次甲酯生产过程中的反应器对应的隶属度，其步骤包括：

[0084] （4‑1）根据每个簇内的任意两次甲酯生产过程中的反应器的每个时刻对应的压力值以及反应器对应的进料量和醇酸比值，确定每个簇内的任意两次甲酯生产过程中的反应器对应的气压变化相似指标。

[0085] 在酯化反应过程中，气体绝大多数是以甲醇的气态形式存在，在反应过程中会消耗部分甲醇的量，产生酯类化合物，在产生酯类化合物的过程是放热反应过程，随着反应的进行，反应器内的气压的变化过程是复杂的，需要对每个簇内的不同生产状态下的气压变化趋势进行比较分析，也就是确定每个簇内的任意两次甲酯生产过程中的反应器对应的气压变化相似指标，气压变化相似指标的计算公式为：

[0086]

[0087] 其中，u(A,B)为每个簇内的第A次和第B次甲酯生产过程中的反应器对应的气压变化相似指标，ApA为第A次甲酯生产过程中的反应器的每个时刻对应的压力值组成的序列，ApB为第B次甲酯生产过程中的反应器的每个时刻对应的压力值组成的序列，mA为第A次甲酯生产过程中的反应器对应的进料量，mB为第B次甲酯生产过程中的反应器对应的进料量，nA为第A次甲酯生产过程中的反应器对应的醇酸比值，nB为第B次甲酯生产过程中的反应器对应的醇酸比值，exp( )为以自然常数为底的指数函数，Range( )为求极差值函数，MSD( )为求形态差异距离函数，abs( )为求绝对值函数。

[0088] 需要说明的是，气压变化相似指标的计算公式中的 用于比较第A次和第B次的甲酯生产过程对应的压力变化序列之间的差异距离，当两个压力变化序列的形态差异距离越小时，该两个压力变化序列越相似，那么该两个压力变化序列对应的气压变化相似指标就会越大。 用于获取第A次甲酯生产过程的数据变化范围大小，若两次甲酯生产过程对应的压力极差值的差值绝对值越小，说明该两次甲酯生产过程中的气压变化趋势越相似。当两次甲酯生产过程中的进料量和醇酸比值相近时，也就是和 越小时，该两次甲酯生产过程中的气压波动就会越相近。

[0089] （4‑2）根据气压变化相似指标确定每个簇内的每次甲酯生产过程中的反应器对应的隶属度，其步骤包括：

[0090] 根据每个簇内的任意两次甲酯生产过程中的反应器对应的气压变化相似指标，确定每个簇内的每次甲酯生产过程中的反应器对应的多个气压变化相似指标，计算多个气压变化相似指标的累加值，将该累加值作为每次甲酯生产过程中的反应器对应的隶属度。

[0091] 在本实施例中，为了更加准确地评估每个簇内的每次甲酯生产过程对应的气压变化趋势，便于后续确定每个簇对应的气压上限包络线和气压下限包络线，基于每个簇内的任意两次甲酯生产过程中的反应器对应的气压变化相似指标，得到每个簇内的任意一次甲酯生产过程中的反应器与簇内其他甲酯生产过程中的反应器对应的气压变化相似指标，也就是每个簇内的每次甲酯生产过程中的反应器会对应的多个气压变化相似指标，将多个气压变化相似指标相加，将该相加后的数值作为对应反应器对应的隶属度，确定每次甲酯生产过程中的反应器对应的隶属度的计算公式为：

[0092]

[0093] 其中，LA为每个簇内的第A次甲酯生产过程中的反应器对应的隶属度，u(A,X)为每个簇内的第A次甲酯生产过程中的反应器对应的第X个气压变化相似指标。

[0094] 需要说明的是，簇内的第A次甲酯生产过程中的反应器对应的第X个气压变化相似指标是指，簇内的第A次甲酯生产过程中的反应器与第X个其他甲酯生产过程中的反应器计算得到的气压变化相似指标，其他甲酯生产过程不包括其本身甲酯生产过程。例如，任意一个簇内的共有4个甲酯生成过程，记为（a1，a2，a3，a4），每个甲酯生产过程均有其对应的3个其他甲酯生产过程，a1对应的3个其他甲酯生产过程为a2、a3和a4。

[0095] （5）获取每个簇内的每次甲酯生产过程中的反应器对应的气压拟合曲线，根据反应器对应的气压拟合曲线和隶属度，确定每个簇对应的气压上限包络线和气压下限包络线。

[0096] 在本实施例中，基于N次甲酯生产过程中的反应器的每个时刻对应的压力值，对每个簇内的每次甲酯生产过程中的反应器的每个时刻对应的压力值进行曲线拟合处理，得到每个簇内的每次甲酯生产过程中的反应器对应的气压拟合曲线。

[0097] 由于酯化反应过程复杂，且参与反应的甲醇量存在差异，导致甲酯生产的反应器对应的气压波动与标准预期气压存在明显差异，并且该差异在再次生产甲酯时有可能发生变化，因此，本实施例根据每个簇内的每次甲酯生产过程中的反应器对应的气压拟合曲线和隶属度，确定反应器气压的波动范围。具体为：根据反应器对应的气压拟合曲线和隶属度，确定每个簇对应的气压上限包络线和气压下限包络线，其步骤包括：

[0098] （5‑1）根据每个簇内的每次甲酯生产过程中的反应器对应的隶属度，确定每个簇内的预设数目个目标隶属度。

[0099] 为了提高后续确定的气压上限包络线和气压下限包络线的准确性，对于正常簇，将正常簇内最大的前5个隶属度作为目标隶属度，对于异常簇，将异常簇内最小的前5个隶属度作为目标隶属度，本实施例将预设数目设置为5，实施者可根据具体实际情况自行设置。值得说明的是，本实施例参考异常簇对应的隶属度数据是为了便于后续确定甲酯生产过程中的安全下限和安全上限，若某个时刻的压力值低于安全下限或高于安全上限，则说明反应器发生故障，需要停机检查。

[0100] （5‑2）根据每个簇内的预设数目个目标隶属度和每次甲酯生产过程中的反应器对应的气压拟合曲线，确定每个簇内的预设数目个目标隶属度对应的气压拟合曲线。

[0101] 需要说明的是，每次甲酯生产过程中的反应器均有其对应的隶属度和气压拟合曲线，基于预设数目个目标隶属度，确定预设数目个目标隶属度对应的气压拟合曲线，也就是确定每个簇对应的预设数目个气压拟合曲线。

[0102] （5‑3）根据每个簇内的预设数目个目标隶属度对应的气压拟合曲线，确定每个簇内的预设数目个目标隶属度对应的气压拟合曲线中的每个时刻对应的气压最大值和气压最小值。

[0103] 本实施例将每个簇对应的预设数目个气压拟合曲线集中在一张图上，将预设数目个气压拟合曲线的每个时刻对应的压力最大值和压力最小值筛选出来，得到每个簇内的预设数目个目标隶属度对应的气压拟合曲线中的每个时刻对应的气压最大值和气压最小值，也就是获得每个簇对应的预设数目个气压拟合曲线的各个时刻对应的压力最大压力值和最小压力值。

[0104] （5‑4）根据每个时刻对应的气压最大值和气压最小值，确定每个簇对应的气压上限包络线和气压下限包络线。

[0105] 在本实施例中，根据每个簇内的预设数目个目标隶属度对应的气压拟合曲线中的每个时刻对应的气压最大值和气压最小值，绘制预设数目个气压拟合曲线对应的上限包络线和下限包络线，每个簇均有其对应的上限包络线和下限包络线。

[0106] （6）将实时获取的反应器的当前设定时段的每个时刻对应的压力值以及反应器对应的进料量和醇酸比值输入到预先构建并训练好的压力预测神经网络中，得到反应器的未来设定时段的每个时刻对应的压力值。

[0107] 需要说明的是，基于构建并训练好的压力预测神经网络，对当前酯化反应器的气压大小进行预测，尽早发现气压异常波动情况，判断气压异常波动程度，采用相应的措施控制酯化反应器的气压变化。

[0108] 首先，构建并训练压力预测神经网络，压力预测神经网络可用于预测未来时刻的气压大小，气压大小就是压力值，压力预测神经网络为TCN（Temporal Convolutional Network，时间卷积网络）网络。压力预测神经网络的具体训练过程为：获取训练样本集，训练样本集为历史甲酯生产过程中的反应器的每个时刻对应的压力值，训练样本包括输入样本和标签样本，压力预测神经网络的损坏函数为MSE（Mean Squared Error，均方误差损失）损失函数。构建和训练压力预测神经网络的过程为现有技术，不在本发明保护范围内，此处不再进行详细阐述。

[0109] 然后，将实时获取的反应器的当前设定时段的每个时刻对应的压力值以及反应器对应的进料量和醇酸比值输入到预先构建并训练好的压力预测神经网络中，当前设定时段可以为1分钟，每个时刻可以为每秒，预先构建并训练好的压力预测神经网络输出未来1分钟内每秒对应的压力值。至此，本实施例得到了反应器的未来设定时段的每个时刻对应的压力值。

[0110] （7）根据反应器的未来设定时段的每个时刻对应的压力值和每个簇对应的气压上限包络线和气压下限包络线，对甲酯生产过程中的相应设备进行调控。

[0111] 若反应器的未来设定时段的某个时刻对应的压力值高于任意一个簇对应的气压上限包络线，则降低反应器的该时刻对应的压力值，若反应器的未来设定时段的某个时刻对应的压力值低于任意一个簇对应的气压下限包络线，则提高反应器的该时刻对应的压力值，直至反应器的该时刻对应的压力值处于正常簇对应的气压上限包络线和气压下限包络线对应的区间预设位置处，区间由气压上限包络线和气压下限包络线构建而成。

[0112] 本实施例中，反应器的未来设定时段的每个时刻对应的压力值与每个簇对应的气压上限包络线和气压下限包络线进行比较，具体为：

[0113] （7‑1）若压力预测神经网络输出的未来某时刻对应的气压值高于正常簇对应的气压上限包络线，则开启酯化反应器上方的排气阀，酯化反应器就是反应器，降低反应器对应的压力值，直至压力值回归到正常簇对应的气压上限包络线和气压下限包络线之间的60%位置处，故目标调整压力值 ，其中， 为该时刻对应的正常簇的气压下限包络线位置处的压力值， 为该
时刻对应的正常簇的气压上限包络线位置处的压力值。

[0114] （7‑2）若压力预测神经网络输出的未来某时刻对应的气压值低于正常簇对应的气压下限包络线，则提高酯化反应器的温度值，同时适当调整反应器对应的进料量和醇酸比值，以提高反应器的该时刻对应的压力值。需要说明的是，为了保证酯化反应的适宜性，将温度调整控制在5℃以内。

[0115] （7‑3）若压力预测神经网络输出的未来某时刻对应的气压值高于异常簇对应的气压上限包络线，相较于（7‑1），进行更大开度的排气阀控制，降低反应器的对应的压力值，以保证压力值稳定在正常簇对应的气压上限包络线和气压下限包络线区间内。如果气压值仍在继续上升，并超出异常簇对应的气压上限包络线的5%，为了保证酯化反应安全，停止酯化反应检测。

[0116] （7‑4）若压力预测神经网络输出的未来某时刻对应的气压值低于异常簇对应的气压下限包络线，检查酯化反应器的排气阀是否处于关闭状态，同时添加适量预热甲醇，以提高反应器的该时刻对应的压力值。如果气压值仍在继续下降，并低于异常簇对应的气压下限包络线的5%，同样为了保证酯化反应安全，停止酯化反应检测。

[0117] （7‑5）若正常簇和异常簇对应的气压上限包络线和气压下限包络线在某个时间段内近乎重合，则允许该时间段内的每个时刻对应的气压值在四个气压包络线中值位置处的3%上下范围内波动，高于或低于该范围，说明该时间段内的气压值异常。

[0118] 需要说明的是，若未来某时刻对应的压力值处于正常簇对应的区间时，保持该时刻对应的压力值不变，该时刻对应的压力值一般不会与异常簇对应的区间产生交集，将正常簇对应的气压上限包络线和气压下限包络线对应的区间简称为正常簇对应的区间，但该时刻对应的压力值处于异常簇对应的区间时，则必然会与正常簇对应的区间产生交集。因此，在不同的区间内进行不同程度的调整，以提高甲酯生产的控制调整结果的准确性。

[0119] 以上所述实施例仅用以说明本申请的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本申请进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本申请各实施例技术方案的范围，均应包含在本申请的保护范围之内。