烷基化反應動力學模型的建模方法及裝置與流程
1.本發明涉及烷基化反應技術領域，特別地涉及一種烷基化反應動力學模型的建模方法及裝置。
背景技術：
2.在煉油工業中，烷基化反應是以異丁烷為原料，在強酸的作用下，與c
3-c5烯烴反應生成烷基化油的過程。生成的烷基化油具有辛烷值高，硫含量低，不含烯烴、芳烴等特點，是一種十分理想的汽油調和組分。將烷基化油作為車用汽油的調和組分不僅可以提高其辛烷值，還可以作為溶劑稀釋其他汽油組分，降低汽油中硫、烯烴、苯和芳烴等的含量。
3.烷基化反應需要在強酸催化劑的作用下進行，所以按照催化劑的性質可以將烷基化工藝分為液體酸、固體酸以及離子液體酸三類。液體酸主要包括硫酸法和法，是目前廣泛使用的烷基化工藝，但是也存在著不可避免的問題，在安全和環保方面都會存在很大的問題。針對傳統液體酸的不足，近年來固體酸法和離子液體法得到了大力發展，但是其固體酸催化劑易失活和離子液體價格昂貴等問題尚未得到解決，沒有實現大規模工業應用，目前工業上使用的烷基化工藝幾乎全部為硫酸法和法。相比工藝，硫酸法烷基化操作安全，價格便宜，生成烷基化油質量高，更加符合我國的國情。
4.同時隨著人們生活水平的提高，汽車保有量大幅增加，汽車排放尾氣對空氣的污染日趨嚴重，因此國家標準對車用汽油中硫和烯烴等的含量要求日益嚴格。據相關資料記載，我國車用汽油的主要組分是催化汽油，約占70％，并且硫含量普遍較高，需要進行深度脫硫之后才能調入車用汽油。而目前的脫硫工藝會伴隨著烯烴飽和，導致汽油的辛烷值損失嚴重，所以煉廠必須要向其中加入高辛烷值的汽油調和組分加以彌補。因此，具有高辛烷值的烷基化油越來越受到重視。
5.烷基化反應是一個化學反應和擴散共同控制的過程，其反應非常復雜，包含一系列基于正碳離子為中間體的反應、烯烴聚合反應、斷裂反應以及與催化劑硫酸的反應等等。同時烷基化的影響因素也較多，一般認為異丁烷向酸相的傳質是決定反應快慢的控制步驟，在烷基化過程中，由于酸烴兩相密度及黏度差異較大，因此酸烴的微觀混合狀態對反應的選擇性及收率有較大的影響。此外，反應溫度、酸濃度、酸烴比、烷烯比等也對反應收率影響較大。烷基化反應動力學是探討烷基化機理的重要方法，許多的研究者對烷基化反應動力學進行了研究。
6.1945年，schmerling最早提出了以正碳離子為基礎的鏈式反應機理來解釋烷基化過程，并將其描述為主要分為鏈引發、鏈增長、鏈終止三個階段。利用正碳離子機理能夠較為準確的解釋酸催化的烷基化過程，現已被普遍接受。1972年，langley利用正碳離子模型描述了丙烯和異丁烷的烷基化反應，并且根據穩態近似的方法求得了速率常數。1977年，lien-mow lee對硫酸法烷基化反應動力學進行研究，考慮了烯烴和烷烴的加成反應及烯烴的聚合反應，利用傳質和化學反應同時進行的理論，通過實驗分析了烯烴在酸相中的溶解度和擴散系數，并計算了模型參數，提出保持較高的烷烯比對于烷基化產物的質量和收率
是必要的。但是考慮的反應類型較少，得到的模型細致程度有限。2013年，孫偉振研究了在間歇攪拌反應器內的硫酸法烷基化反應動力學，通過gc-ms分析得到了16種烷基化產物的分布，并且基于正碳離子反應機理建立了動力學模型來預測三種關鍵組分(三甲基戊烷、二甲基己烷、高碳組分)的濃度變化，但是其集總組分劃分較為粗糙，對低碳組分(c
5-c7烷烴)考慮并不完全。
7.烷基化反應動力學研究大大推進了烷基化工藝的進步，但是依然存在著集總組分劃分不夠詳細、對于反應器模型的處理不夠完善等問題。
技術實現要素：
8.為解決上述問題，本發明采用的技術方案是：
9.第一方面，本發明提供了一種烷基化反應動力學模型的建模方法，包括：
10.將烷基化原料和烷基化產物劃分為12個集總組分；
11.根據烷基化反應機理，構建烷基化反應網絡；
12.根據工業烷基化反應器的結構型式及流動特征，建立烷基化反應器模型；
13.根據烷基化反應網絡，結合烷基化反應器模型，建立烷基化反應數學模型方程組；
14.提出目標函數，利用最優化算法對所述烷基化反應數學模型方程組的參數進行參數估計。
15.在一些實施例中，所述烷基化原料包括4個集總組分：丙烷、正丁烷、丁烯和異丁烷；
16.所述烷基化產物包括8個集總組分：c5烷烴、c6烷烴、c7烷烴、tmp(三甲基戊烷)、dmh(二甲基己烷)、c9烷烴、c
10
烷烴和c
11
烷烴。
17.在一些實施例中，所述丁烯包括1-丁烯、順-2-丁烯、反-2-丁烯和異丁烯。
18.在一些實施例中，所述烷基化反應器模型為帶有循環的平推流反應器。
19.在一些實施例中，所述烷基化反應數學模型方程組包括：
[0020][0021][0022][0023]
[0024][0025][0026][0027][0028][0029][0030][0031][0032][0033][0034][0035][0036][0037][0038][0039][0040]
其中，c1～c
20
分別為丁烯、tmp
+
、dmh
+
、異丁烷、c5烷烴、c6烷烴、c7烷烴、tmp、c9烷烴、c
10
烷烴、c
11
烷烴、c
12
烷烴、dmh、ic
4+
、c
5+
、c
6+
、c
7+
、c
5＝
、c
6＝
、c
7＝
的濃度(mol/kg)，ao為酸烴比，w
為硫酸濃度(質量分數，％)，wcor是對酸濃度重新歸一化后的值，f(ao
·
wcor)是校正函數，ki為反應速率常數，α、β、γ分別是1-丁烯、順-2-丁烯、反-2-丁烯與集總丁烯之間的比例系數。
[0041]
一般來說，當硫酸濃度達到95％～96％時，硫酸催化烷基化反應的性能最好，有利于主烷基化產物的生成，可以提高產物的辛烷值。而較低的酸濃度和酸烴比會有利于烷基化副反應的進行，降低主反應的選擇性。原因可能是在副反應中會產生一些大分子，如一些烯烴與硫酸反應形成硫酸酯；也可能加劇烯烴聚合反應，增加烷基化產物中的高碳組分，這些結果都會導致烷基化產物的辛烷值降低。因此，模型中引入了主反應的校正函數，以反映酸濃度和酸烴比的變化對主反應選擇性的影響。
[0042]
校正函數的類型如下：
[0043]
f(ao,wcor)＝ao
·ewcor
[0044]
其中，ao是酸烴比，wcor是對酸濃度重新歸一化后的數值。
[0045]
在烷基化反應動力學模型中，考慮烯烴之間是處于化學平衡控制的，即1-丁烯、順-2-丁烯、反-2-丁烯、異丁烯之間處于化學平衡，因此將烯烴視為1個集總進行處理，不同烯烴的濃度與集總丁烯之間的關系可以通過平衡常數進行求取。
[0046]
異丁烯、順-2-丁烯、反-2-丁烯、1-丁烯之間的平衡反應關系如下：
[0047]c4,n
＝α
·
c4[0048]c4,c
＝β
·
c4[0049]c4,t
＝γ
·
c4[0050]c4,i
＝(1-α-β-γ)
·
c4[0051]
其中，c
4,n
、c
4,c
、c
4,t
、c
4,i
分別代表1-丁烯、順-2-丁烯、反-2-丁烯、異丁烯的濃度(mol/kg)，c4代表集總丁烯的濃度(mol/kg)。
[0052]
因此，
[0053][0054][0055][0056]
其中，k1為異丁烯和順-2-丁烯的平衡常數，k2為順-2-丁烯和反-2-丁烯的平衡常數，k3為反-2-丁烯和1-丁烯的平衡常數。
[0057]
在一些實施例中，所述目標函數為：
[0058][0059]
其中，f表示模擬計算的各烷基化產物的濃度與實際反應結果的差值平方和，i＝1～n，表示有n組數據；j＝1～m，表示有m個集總，x表示烷基化產物的濃度(mol/kg)。
[0060]
在一些實施例中，所述最優化算法為非線性最小二乘法。
[0061]
第二方面，本發明提供了一種烷基化反應動力學模型建模控制裝置，所述控制裝置包括控制器，所述控制器用于執行以下操作：
[0062]
將烷基化原料和烷基化產物劃分為12個集總組分；
[0063]
根據烷基化反應機理，構建烷基化反應網絡；
[0064]
根據工業烷基化反應器的結構型式及流動特征，建立烷基化反應器模型；
[0065]
根據烷基化反應網絡，結合烷基化反應器模型，建立烷基化反應數學模型方程組；
[0066]
提出目標函數，利用最優化算法對所述烷基化反應數學模型方程組的參數進行參數估計。
[0067]
第三方面，本發明提供了一種電子設備，包括存儲器和處理器，所述存儲器上存儲有計算機程序，該計算機程序被所述處理器執行時，執行上述的烷基化反應動力學模型的建模方法。
[0068]
第四方面，本發明提供了一種存儲介質，該存儲介質存儲的計算機程序，能夠被一個或多個處理器執行，用于實現上述的烷基化反應動力學模型的建模方法。
[0069]
本發明的有益效果至少在于：
[0070]
本發明提供了一種烷基化反應動力學模型的建模方法、裝置、電子及存儲介質，所述烷基化反應動力學模型的建模方法可以用于丁烯和異丁烷的硫酸法烷基化反應的模擬計算，其集總劃分更加詳細，模型精度得到了很大的提高，并且結合工業裝置中的烷基化反應器的結構型式及流動狀態，建立了烷基化反應動力學模型，使烷基化反應動力學模型更加接近于實際的工業生產情況，從而可以更加準確地預測烷基化油的組成，滿足現代硫酸法烷基化工藝裝置流程模擬的需要；并為優化操作參數提供了更具實際意義的指導，利于提高生產裝置的經濟效益。
附圖說明
[0071]
圖1為本發明的烷基化反應網絡示意圖。
[0072]
圖2為工業烷基化反應器的結構及物料流動示意圖。
[0073]
圖3為本發明的烷基化反應器模型示意圖。
[0074]
圖4為異丁烯、順-2-丁烯、反-2-丁烯、1-丁烯之間的平衡反應示意圖。
[0075]
圖5為對比例1的全混流反應器模型示意圖。
[0076]
其中：1-管程出口，2-管程進口，3-反應產物出口，4-殼體，5-導流筒，6-換熱管束，7-酸進料口，8-烴進料口，9-攪拌葉輪，10-水力頭。
具體實施方式
[0077]
為了使本發明要解決的技術問題、技術方案及有益效果更加清楚明白，以下結合具體的實施方式，對本發明進行進一步詳細說明。應當理解，此處所描述的具體實施方式只是用于詳細說明本專利，并不以任何方式限制本發明的保護范圍。
[0078]
除非另有定義，本文所使用的所有的技術和科學術語與屬于本發明的技術領域的技術人員通常理解的含義相同。本文中所使用的術語只是為了描述本發明實施例的目的，不是旨在限制本發明。
[0079]
本發明提供的烷基化反應動力學模型的建模方法，包括：
[0080]
s1.將烷基化原料和烷基化產物劃分為12個集總組分；
[0081]
s2.根據烷基化反應機理，構建烷基化反應網絡；
[0082]
s3.根據工業烷基化反應器結構的結構型式及流動特征，建立烷基化反應器模型；
[0083]
s4.根據烷基化反應網絡，結合烷基化反應器模型，建立烷基化反應數學模型方程組。
[0084]
s5.提出目標函數，利用最優化算法對所述烷基化反應數學模型方程組的參數進行參數估計。
[0085]
本發明提供的烷基化反應動力學模型的建模方法應用于電子設備，例如計算機、移動終端等。本發明提供的烷基化反應動力學模型的建模方法所實現的功能可以通過電子設備的處理器調用程序代碼來實現，其中，程序代碼可以保存在計算機存儲介質中。
[0086]
以下對本發明提供的烷基化反應動力學模型的建模方法的各個步驟進行具體介紹。
[0087]
s1.將烷基化原料和烷基化產物劃分為12個集總組分。
[0088]
根據烷基化原料的分析數據，可將烷基化原料分為4個部分：丁烯、異丁烷、丙烷(不參與反應)、正丁烷(不參與反應)。出烷基化反應器的流股共分為四部分：循環冷劑、循環異丁烷、正丁烷產品、烷基化油，根據實際工業裝置的分析數據，將烷基化產物可以分為以下部分：丙烷(不參與反應)、正丁烷(不參與反應)、異丁烷、c5烷烴、c6烷烴、c7烷烴、c8烷烴、c9烷烴、c
10
烷烴、c
11
烷烴。
[0089]
綜上所述，將烷基化原料和烷基化產物總共劃分為12集總組分：
[0090]
進反應器組分：丙烷、正丁烷、丁烯、異丁烷，共計4個集總組分。
[0091]
出反應器組分：丙烷、正丁烷、異丁烷、c5烷烴、c6烷烴、c7烷烴、c8烷烴(分為tmp(三甲基戊烷)和dmh(二甲基己烷))、c9烷烴、c
10
烷烴、c
11
烷烴，除去原料中包含的丙烷、正丁烷、異丁烷三種組分，共計8個集總組分。
[0092]
由于實際生產的分析精度有限，只能分析到c
11
烷烴，同時c
11
以上的烷烴也很少。因此在劃分集總的時候，c
11
的集總中實際包含了c
11
及c
11
以上的烷烴，這樣劃分集總也是和實際生產情況相對應的。
[0093]
s2.根據烷基化反應機理，構建烷基化反應網絡。
[0094]
根據烷基化反應機理，在構建烷基化反應網絡時，需做如下考慮：
[0095]
(1)烷基化反應遵循正碳離子反應機理，包含鏈引發、鏈增長、鏈終止的反應步驟。首先，丁烯在催化劑硫酸的作用下轉化為叔丁基正碳離子，此為鏈引發過程；其次，叔丁基正碳離子與丁烯反應生成c
8+
，此為鏈增長過程；第三，c
8+
可以繼續和烯烴或者其本身反應生成大分子正碳離子，然后大分子正碳離子發生斷裂轉化為小分子烯烴(c
5＝
～c
7＝
)及小分子正碳離子(c
5+
～c
7+
)，上述小分子烯烴會和叔丁基正碳離子反應生成(c
9+
～c
11+
)；第四，在上述過程中生成的正碳離子會和異丁烷發生氫離子轉移反應，正碳離子會奪取異丁烷上的氫負離子生成相應的異構烷烴單體，而異丁烷轉化為叔丁基正碳離子繼續參與反應，此為鏈終止過程。
[0096]
(2)丙烷和正丁烷屬于惰性組分，不參與反應。
[0097]
(3)忽略傳質對烷基化反應的影響，按照擬均相模型進行處理。
[0098]
在現有烷基化機理的基礎上，更加詳細地考慮了正碳離子的反應，部分反應考慮了硫酸濃度和酸烴比的影響。這樣得到的烷基化反應網絡如圖1所示，包括20個反應。
[0099]
s3.根據工業烷基化反應器結構的結構型式及流動特征，建立烷基化反應器模型。
[0100]
根據圖2所示的工業烷基化反應器的結構可知，反應器內的流體存在著循環流動。進料酸和進料烴在攪拌葉輪9的作用下充分混合，從葉輪排出側排出后在水力頭10壁面的作用下折返，沿著導流筒5與反應器殼體4間的環系進入到密封端，一部分作為反應產物流出，另一部分重新進入導流筒5內構成反應器內的循環流。
[0101]
因此可以將烷基化反應器模型考慮為帶有循環的平推流反應器，具體如圖3所示。
[0102]
根據相關文獻(例如“硫酸法烷基化反應器內流動特征的cfd模擬——結構效應分析”，化學反應工程與工藝，第28卷第5期，2012年10月，391-397頁)，對于固定的烷基化反應器，烷基化反應器內的循環流量僅取決于攪拌葉輪的轉速。而實際過程中攪拌葉輪的轉速并不經常調節，因此循環流量vr可以看成是定值。
[0103]
s4.根據烷基化反應網絡，結合烷基化反應器模型，建立烷基化反應數學模型方程組。
[0104]
根據圖1所示的烷基化反應網絡，并結合圖3所示的烷基化反應器模型，建立的烷基化反應數學模型方程組見公式(1)～(20)。
[0105][0106][0107][0108][0109][0110][0111][0112][0113]
[0114][0115][0116][0117][0118][0119][0120][0121][0122][0123][0124][0125]
其中，c1～c
20
分別為丁烯、tmp
+
、dmh
+
、異丁烷、c5烷烴、c6烷烴、c7烷烴、tmp、c9烷烴、c
10
烷烴、c
11
烷烴、c
12
烷烴、dmh、ic
4+
、c
5+
、c
6+
、c
7+
、c
5＝
、c
6＝
、c
7＝
的濃度(mol/kg)，ao為酸烴比，w為硫酸濃度(質量分數，％)，wcor是對酸濃度重新歸一化后的值，f(ao
·
wcor)是校正函數，ki為反應速率常數，α、β、γ分別是1-丁烯、順-2-丁烯、反-2-丁烯與集總丁烯之間的比例系數。
[0126]
一般來說，當硫酸濃度達到95％～96％時，硫酸催化烷基化反應的性能最好，有利于主烷基化產物的生成，可以提高產物的辛烷值。而較低的酸濃度和酸烴比會有利于烷基化副反應的進行，降低主反應的選擇性。原因可能是在副反應中會產生一些大分子，如一些烯烴與硫酸反應形成硫酸酯；也可能加劇烯烴聚合反應，增加烷基化產物中的高碳組分，這些結果都會導致烷基化產物的辛烷值降低。因此，模型中引入了主反應的校正函數，以反映酸濃度和酸烴比的變化對主反應選擇性的影響。
[0127]
校正函數的類型如下：
[0128]
f(ao,wcor)＝ao
·ewcor
[0129]
其中，ao是酸烴比，wcor是對酸濃度重新歸一化后的數值。
[0130]
在烷基化反應動力學模型中，考慮烯烴之間是處于化學平衡控制的，即1-丁烯、順-2-丁烯、反-2-丁烯、異丁烯之間處于化學平衡，因此將烯烴視為1個集總進行處理，不同烯烴的濃度與集總丁烯之間的關系可以通過平衡常數進行求取。
[0131]
異丁烯、順-2-丁烯、反-2-丁烯、1-丁烯之間的平衡反應如圖4所示。
[0132]c4,n
＝α
·
c4[0133]c4,c
＝β
·
c4[0134]c4,t
＝γ
·
c4[0135]c4,i
＝(1-α-β-γ)
·
c4[0136]
其中，c
4,n
、c
4,c
、c
4,t
、c
4,i
分別代表1-丁烯、順-2-丁烯、反-2-丁烯、異丁烯的濃度(mol/kg)，c4代表集總丁烯的濃度(mol/kg)。
[0137]
因此，
[0138][0139][0140][0141]
其中，k1為異丁烯和順-2-丁烯的平衡常數，k2為順-2-丁烯和反-2-丁烯的平衡常數，k3為反-2-丁烯和1-丁烯的平衡常數。
[0142]
s5.提出目標函數，利用最優化算法對所述烷基化反應數學模型方程組的參數進行參數估計。
[0143]
模型參數主要包括反應速率常數ki、循環流量vr以及平衡常數(k1、k2、k3)等，其準確性對烷基化反應模型有著非常大的影響。本發明將烷基化反應器視為等溫反應器，反應放出的熱量可以由反應產物自身氣化迅速移除；并且基于烷基化反應器的結構型式及流動特征，將其視為帶有循環的平推流反應器，根據工業烷基化反應數據，進行反應動力學模型的參數估計。
[0144]
參數估計采用最優化算法，優化的目標函數如下式所示：
[0145][0146]
其中，f表示模擬計算的各烷基化產物的濃度與實際反應結果的差值平方和，i＝1～n，表示有n組數據；j＝1～m，表示有m個集總，x表示烷基化產物的濃度(mol/kg)。
[0147]
優化估計的反應動力學參數初值參考各發表文獻(例如“alkylation kinetics of isobutane by c4 olefins using sulfuric acid as catalyst”，industrial&engineering chemistry research，2013，52，15262-15269)中的模型參數值，優化方法可考慮采用非線性最小二乘法。
[0148]
在求解模型參數的時候，通過分組對模型參數進行了求解。具體方法是：首先對烯烴之間的平衡常數進行求取，使用模擬軟件對其進行模擬，確定k1、k2、k3。然后根據文獻(例如“硫酸法烷基化反應器內流動特征的cfd模擬——結構效應分析”，化學反應工程與工藝，
第28卷第5期，2012年10月，391-397頁)及工業反應器內攪拌葉輪的參數及其基于工業反應器的熱量衡算，得出結論：反應器內的循環流量應該非常大。同時在調節循環流量的時候發現，當循環流量太大的時候，得到結果與實際結果趨勢不符，因此對循環流量采用原料進料量的15倍作為循環流量的初值，其并不是循環流量的物理意義，而是作為循環流量的度量單位。然后基于各發表文獻中的模型參數值為初值，來求得反應速率常數。
[0149]
根據建立的烷基化反應動力學模型、烷基化反應器模型和上述參數估計方法，編制參數估計計算程序(反算程序)，進行動力學參數估計。
[0150]
基于工業烷基化反應數據，以及工業烷基化反應器的結構型式及流動狀態，利用上述方法完成模型參數的估計，這樣就可以建立一種基于工業反應器的丁烯和異丁烷的烷基化反應動力學模型。此模型可以用于丁烯和異丁烷的硫酸法烷基化反應的模擬計算，由于該模型對反應物及產物的劃分較為細致，模型精度得到了很大的提高，使得硫酸法烷基化反應階段的流程模擬更加接近實際反應，從而可以更加準確地預測烷基化油的組成，并為優化操作參數提供了更具實際意義的指導，利于提高生產裝置的經濟效益，符合現代烷基化工藝發展的需要。
[0151]
本發明提供的烷基化反應動力學模型建模控制裝置，包括控制器，所述控制器用于執行以下操作：
[0152]
將烷基化原料和烷基化產物劃分為12個集總組分；
[0153]
根據烷基化反應機理，構建烷基化反應網絡；
[0154]
根據工業烷基化反應器結構的結構型式及流動特征，建立烷基化反應器模型；
[0155]
根據烷基化反應網絡，結合烷基化反應器模型，建立烷基化反應數學模型方程組。
[0156]
提出目標函數，利用最優化算法對所述烷基化反應數學模型方程組的參數進行參數估計。
[0157]
需要說明的是，在本發明中，如果以軟件功能模塊的形式實現上述的烷基化反應動力學模型的建模方法，并作為獨立的產品銷售或使用時，也可以存儲在一個計算機可讀取存儲介質中。基于這樣的理解，本發明的技術方案本質上或者說對現有技術做出貢獻的部分可以以軟件產品的形式體現出來，該計算機軟件產品存儲在一個存儲介質中，包括若干指令用以使得一臺計算機設備(可以是個人計算機、服務器、或者網絡設備等)執行本發明所述方法的全部或部分。而前述的存儲介質包括：u盤、移動硬盤、只讀存儲器(rom，read only memory)、磁碟或者光盤等各種可以存儲程序代碼的介質。這樣，本發明的實施方式不限制于任何特定的硬件和軟件結合。
[0158]
相應地，本發明提供一種存儲介質，其上存儲有計算機程序，該計算機程序被處理器執行時實現上述的烷基化反應動力學模型的建模方法中的步驟。
[0159]
相應地，本發明提供一種電子設備，包括存儲器和處理器，所述存儲器上存儲有計算機程序，該計算機程序被所述處理器執行時，執行上述的烷基化反應動力學模型的建模方法。
[0160]
本領域內的技術人員應明白，本發明可提供為方法、系統、或計算機程序產品。因此，本發明可采用完全硬件實施例、完全軟件實施例、或結合軟件和硬件方面的實施例的形式。而且，本發明可采用在一個或多個其中包含有計算機可用程序代碼的計算機可用存儲介質上實施的計算機程序產品的形式。
[0161]
本發明是參照根據本發明實施例的方法、設備(系統)、和計算機程序產品的流程圖和/或方框圖來描述的。應理解可由計算機程序指令實現流程圖和/或方框圖中的每一流程和/或方框、以及流程圖和/或方框圖中的流程和/或方框的結合。可提供這些計算機程序指令到通用計算機、專用計算機、嵌入式處理機或其他可編程數據處理設備的處理器以產生一個機器，使得通過計算機或其他可編程數據處理設備的處理器執行的指令產生用于實現在流程圖一個流程或多個流程和/或方框圖一個方框或多個方框中指定的功能的裝置。
[0162]
這些計算機程序指令也可存儲在能引導計算機或其他可編程數據處理設備以特定方式工作的計算機可讀存儲器中，使得存儲在該計算機可讀存儲器中的指令產生包括指令裝置的制造品，該指令裝置實現在流程圖一個流程或多個流程和/或方框圖一個方框或多個方框中指定的功能。
[0163]
這些計算機程序指令也可裝載到計算機或其他可編程數據處理設備上，使得在計算機或其他可編程設備上執行一系列操作步驟以產生計算機實現的處理，從而在計算機或其他可編程設備上執行的指令提供用于實現在流程圖一個流程或多個流程和/或方框圖一個方框或多個方框中指定的功能的步驟。
[0164]
在一個典型的配置中，計算設備包括一個或多個處理器(cpu)、輸入/輸出接口、網絡接口和內存。
[0165]
存儲器可能包括計算機可讀介質中的非永久性存儲器，隨機存取存儲器(ram)和/或非易失性內存等形式，如只讀存儲器(rom)或閃存(flash ram)。存儲器是計算機可讀介質的示例。
[0166]
計算機可讀介質包括永久性和非永久性、可移動和非可移動媒體可以由任何方法或技術來實現信息存儲。信息可以是計算機可讀指令、數據結構、程序的模塊或其他數據。計算機的存儲介質的例子包括，但不限于相變內存(pram)、靜態隨機存取存儲器(sram)、動態隨機存取存儲器(dram)、其他類型的隨機存取存儲器(ram)、只讀存儲器(rom)、電可擦除可編程只讀存儲器(eeprom)、快閃記憶體或其他內存技術、只讀光盤只讀存儲器(cd-rom)、數字多功能光盤(dvd)或其他光學存儲、磁盒式磁帶，磁帶磁磁盤存儲或其他磁性存儲設備或任何其他非傳輸介質，可用于存儲可以被計算設備訪問的信息。按照本文中的界定，計算機可讀介質不包括暫存電腦可讀媒體(transitory media)，如調制的數據信號和載波。
[0167]
以下結合具體實施例對本發明的特征和性能作進一步的詳細描述。
[0168]
實施例1
[0169]
根據圖1建立硫酸法烷基化反應動力學模型，將原料分為丙烷(不反應)、正丁烷(不反應)、異丁烷、丁烯4個集總，產物劃分為c5烷烴、c6烷烴、c7烷烴、c8烷烴(包含tmp和dmh)、c9烷烴、c
10
烷烴和c
11
烷烴共8個集總，20個反應。
[0170]
根據工廠的日常分析數據，得到烷基化油的性質見表1，部分操作條件及分析數據見表2。
[0171]
根據本發明公開的方法，建立動力學模型，之后基于工廠分析數據，對動力學模型參數進行求解，獲得模型參數。然后根據動力學模型進行預測產物分布及烷基化油的性質。實驗值與預測值的對比結果見表3。
[0172]
對比例1
[0173]
根據圖5建立全混流反應器模型，并且使用與實施例1相同的集總劃分方法。不同
之處在于該動力學模型將反應器模型作為一個全混流模型，反應器內各處(不包括進口)濃度、溫度均一。利用該動力學模型計算得到的實驗值與預測值的對比見表3。
[0174]
表1烷基化油性質
[0175][0176]
表2主要操作條件及產品分布
[0177][0178][0179]
注：表2中異丁烷以m表示，丁烯以z表示，溫度的單位為“℃”，壓力的單位為“mpa”。
[0180]
表3實驗值和預測值的平均相對誤差
[0181][0182]
從表3的數據可以發現，實施例1采用基于實際工業裝置的流動特性建立的模型預測的相對誤差更小，具有更好的預測精度。說明根據正碳離子的機理建立的動力學模型和工業裝置的實際流動情況建立的反應器模型可以更好的描述工業烷基化反應過程，本發明提出的建模方法更適用于內部有循環的反應器系統。
[0183]
綜上所述，本技術根據烷基化反應的特性及正碳離子機理，對反應物和產物進行集總劃分并建立烷基化反應網絡，構建反應動力學微分方程組，同時根據工業烷基化反應器的實際流動狀態及結構型式建立反應器模型，再根據目標函數求解動力學模型參數，能夠較為準確的描述烷基化反應機理，較為準確的預測烷基化反應的產物分布。
[0184]
以上所述，僅為本發明的實施方式，但本發明的保護范圍并不局限于此，任何熟悉本技術領域的技術人員在本發明揭露的技術范圍內，可輕易想到變化或替換，都應涵蓋在本發明的保護范圍之內。因此，本發明的保護范圍應以所述權利要求的保護范圍為準。
技術特征：
1.一種烷基化反應動力學模型的建模方法，其特征在于，包括：將烷基化原料和烷基化產物劃分為12個集總組分；根據烷基化反應機理，構建烷基化反應網絡；根據工業烷基化反應器的結構型式及流動特征，建立烷基化反應器模型；根據烷基化反應網絡，結合烷基化反應器模型，建立烷基化反應數學模型方程組；提出目標函數，利用最優化算法對所述烷基化反應數學模型方程組的參數進行參數估計。2.根據權利要求1所述的建模方法，其特征在于，所述烷基化原料包括4個集總組分：丙烷、正丁烷、丁烯和異丁烷；所述烷基化產物包括8個集總組分：c5烷烴、c6烷烴、c7烷烴、tmp、dmh、c9烷烴、c
10
烷烴和c
11
烷烴。3.根據權利要求2所述的建模方法，其特征在于，所述丁烯包括1-丁烯、順-2-丁烯、反-2-丁烯和異丁烯。4.根據權利要求1-3任一所述的建模方法，其特征在于，所述烷基化反應器模型為帶有循環的平推流反應器。5.根據權利要求1-4任一所述的建模方法，其特征在于，所述烷基化反應數學模型方程組包括：組包括：組包括：組包括：組包括：組包括：組包括：
其中，c1～c
20
分別為丁烯、tmp
+
、dmh
+
、異丁烷、c5烷烴、c6烷烴、c7烷烴、tmp、c9烷烴、c
10
烷烴、c
11
烷烴、c
12
烷烴、dmh、ic
4+
、c
5+
、c
6+
、c
7+
、c
5＝
、c
6＝
、c
7＝
的濃度(mol/kg)，ao為酸烴比，w為硫酸濃度(質量分數，％)，wcor是對酸濃度重新歸一化后的值，f(ao
·
wcor)是校正函數，k
i
為反應速率常數，α、β、γ分別是1-丁烯、順-2-丁烯、反-2-丁烯與集總丁烯之間的比例系數。6.根據權利要求5所述的建模方法，其特征在于，所述α、β、γ分別如下：6.根據權利要求5所述的建模方法，其特征在于，所述α、β、γ分別如下：
其中，k1為異丁烯和順-2-丁烯的平衡常數，k2為順-2-丁烯和反-2-丁烯的平衡常數，k3為反-2-丁烯和1-丁烯的平衡常數；和/或，所述校正函數為：f(ao,wcor)＝ao
·
e
wcor
。7.根據權利要求1-6任一所述的建模方法，其特征在于，所述目標函數為：其中，f表示模擬計算的各烷基化產物的濃度與實際反應結果的差值平方和，i＝1～n，表示有n組數據；j＝1～m，表示有m個集總，x表示烷基化產物的濃度。8.一種烷基化反應動力學模型建模控制裝置，其特征在于，所述控制裝置包括控制器，所述控制器用于執行以下操作：將烷基化原料和烷基化產物劃分為12個集總組分；根據烷基化反應機理，構建烷基化反應網絡；根據工業烷基化反應器的結構型式及流動特征，建立烷基化反應器模型；根據烷基化反應網絡，結合烷基化反應器模型，建立烷基化反應數學模型方程組；提出目標函數，利用最優化算法對所述烷基化反應數學模型方程組的參數進行參數估計。9.一種電子設備，其特征在于，包括存儲器和處理器，所述存儲器上存儲有計算機程序，該計算機程序被所述處理器執行時，執行如權利要求1-7中任意一項所述的烷基化反應動力學模型的建模方法。10.一種存儲介質，其特征在于，該存儲介質存儲的計算機程序，能夠被一個或多個處理器執行，用于實現如權利要求1-7中任意一項所述的烷基化反應動力學模型的建模方法。
技術總結
本發明提供了一種烷基化反應動力學模型的建模方法及裝置。本發明提供的烷基化反應動力學模型建模方法可以用于丁烯和異丁烷的硫酸法烷基化反應的模擬計算，其集總劃分更加詳細，并且依據工業裝置中的烷基化反應器的結構型式及流動狀態，更加接近實際的工業生產情況，可以更加準確地預測烷基化油的組成，滿足現代硫酸法烷基化工藝裝置流程模擬的需要；并為優化操作參數提供了更具實際意義的指導，利于提高生產裝置的經濟效益。于提高生產裝置的經濟效益。于提高生產裝置的經濟效益。
