烷基化反应动力学模型的建模方法及装置与流程
1.本发明涉及烷基化反应技术领域，特别地涉及一种烷基化反应动力学模型的建模方法及装置。
背景技术：
2.在炼油工业中，烷基化反应是以异丁烷为原料，在强酸的作用下，与c
3-c5烯烃反应生成烷基化油的过程。生成的烷基化油具有辛烷值高，硫含量低，不含烯烃、芳烃等特点，是一种十分理想的汽油调和组分。将烷基化油作为车用汽油的调和组分不仅可以提高其辛烷值，还可以作为溶剂稀释其他汽油组分，降低汽油中硫、烯烃、苯和芳烃等的含量。
3.烷基化反应需要在强酸催化剂的作用下进行，所以按照催化剂的性质可以将烷基化工艺分为液体酸、固体酸以及离子液体酸三类。液体酸主要包括硫酸法和法，是目前广泛使用的烷基化工艺，但是也存在着不可避免的问题，在安全和环保方面都会存在很大的问题。针对传统液体酸的不足，近年来固体酸法和离子液体法得到了大力发展，但是其固体酸催化剂易失活和离子液体价格昂贵等问题尚未得到解决，没有实现大规模工业应用，目前工业上使用的烷基化工艺几乎全部为硫酸法和法。相比工艺，硫酸法烷基化操作安全，价格便宜，生成烷基化油质量高，更加符合我国的国情。
4.同时随着人们生活水平的提高，汽车保有量大幅增加，汽车排放尾气对空气的污染日趋严重，因此国家标准对车用汽油中硫和烯烃等的含量要求日益严格。据相关资料记载，我国车用汽油的主要组分是催化汽油，约占70％，并且硫含量普遍较高，需要进行深度脱硫之后才能调入车用汽油。而目前的脱硫工艺会伴随着烯烃饱和，导致汽油的辛烷值损失严重，所以炼厂必须要向其中加入高辛烷值的汽油调和组分加以弥补。因此，具有高辛烷值的烷基化油越来越受到重视。
5.烷基化反应是一个化学反应和扩散共同控制的过程，其反应非常复杂，包含一系列基于正碳离子为中间体的反应、烯烃聚合反应、断裂反应以及与催化剂硫酸的反应等等。同时烷基化的影响因素也较多，一般认为异丁烷向酸相的传质是决定反应快慢的控制步骤，在烷基化过程中，由于酸烃两相密度及黏度差异较大，因此酸烃的微观混合状态对反应的选择性及收率有较大的影响。此外，反应温度、酸浓度、酸烃比、烷烯比等也对反应收率影响较大。烷基化反应动力学是探讨烷基化机理的重要方法，许多的研究者对烷基化反应动力学进行了研究。
6.1945年，schmerling最早提出了以正碳离子为基础的链式反应机理来解释烷基化过程，并将其描述为主要分为链引发、链增长、链终止三个阶段。利用正碳离子机理能够较为准确的解释酸催化的烷基化过程，现已被普遍接受。1972年，langley利用正碳离子模型描述了丙烯和异丁烷的烷基化反应，并且根据稳态近似的方法求得了速率常数。1977年，lien-mow lee对硫酸法烷基化反应动力学进行研究，考虑了烯烃和烷烃的加成反应及烯烃的聚合反应，利用传质和化学反应同时进行的理论，通过实验分析了烯烃在酸相中的溶解度和扩散系数，并计算了模型参数，提出保持较高的烷烯比对于烷基化产物的质量和收率
是必要的。但是考虑的反应类型较少，得到的模型细致程度有限。2013年，孙伟振研究了在间歇搅拌反应器内的硫酸法烷基化反应动力学，通过gc-ms分析得到了16种烷基化产物的分布，并且基于正碳离子反应机理建立了动力学模型来预测三种关键组分(三甲基戊烷、二甲基己烷、高碳组分)的浓度变化，但是其集总组分划分较为粗糙，对低碳组分(c
5-c7烷烃)考虑并不完全。
7.烷基化反应动力学研究大大推进了烷基化工艺的进步，但是依然存在着集总组分划分不够详细、对于反应器模型的处理不够完善等问题。
技术实现要素：
8.为解决上述问题，本发明采用的技术方案是：
9.第一方面，本发明提供了一种烷基化反应动力学模型的建模方法，包括：
10.将烷基化原料和烷基化产物划分为12个集总组分；
11.根据烷基化反应机理，构建烷基化反应网络；
12.根据工业烷基化反应器的结构型式及流动特征，建立烷基化反应器模型；
13.根据烷基化反应网络，结合烷基化反应器模型，建立烷基化反应数学模型方程组；
14.提出目标函数，利用最优化算法对所述烷基化反应数学模型方程组的参数进行参数估计。
15.在一些实施例中，所述烷基化原料包括4个集总组分：丙烷、正丁烷、丁烯和异丁烷；
16.所述烷基化产物包括8个集总组分：c5烷烃、c6烷烃、c7烷烃、tmp(三甲基戊烷)、dmh(二甲基己烷)、c9烷烃、c
10
烷烃和c
11
烷烃。
17.在一些实施例中，所述丁烯包括1-丁烯、顺-2-丁烯、反-2-丁烯和异丁烯。
18.在一些实施例中，所述烷基化反应器模型为带有循环的平推流反应器。
19.在一些实施例中，所述烷基化反应数学模型方程组包括：
[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
分别为丁烯、tmp
+
、dmh
+
、异丁烷、c5烷烃、c6烷烃、c7烷烃、tmp、c9烷烃、c
10
烷烃、c
11
烷烃、c
12
烷烃、dmh、ic
4+
、c
5+
、c
6+
、c
7+
、c
5＝
、c
6＝
、c
7＝
的浓度(mol/kg)，ao为酸烃比，w
为硫酸浓度(质量分数，％)，wcor是对酸浓度重新归一化后的值，f(ao
·
wcor)是校正函数，ki为反应速率常数，α、β、γ分别是1-丁烯、顺-2-丁烯、反-2-丁烯与集总丁烯之间的比例系数。
[0041]
一般来说，当硫酸浓度达到95％～96％时，硫酸催化烷基化反应的性能最好，有利于主烷基化产物的生成，可以提高产物的辛烷值。而较低的酸浓度和酸烃比会有利于烷基化副反应的进行，降低主反应的选择性。原因可能是在副反应中会产生一些大分子，如一些烯烃与硫酸反应形成硫酸酯；也可能加剧烯烃聚合反应，增加烷基化产物中的高碳组分，这些结果都会导致烷基化产物的辛烷值降低。因此，模型中引入了主反应的校正函数，以反映酸浓度和酸烃比的变化对主反应选择性的影响。
[0042]
校正函数的类型如下：
[0043]
f(ao,wcor)＝ao
·ewcor
[0044]
其中，ao是酸烃比，wcor是对酸浓度重新归一化后的数值。
[0045]
在烷基化反应动力学模型中，考虑烯烃之间是处于化学平衡控制的，即1-丁烯、顺-2-丁烯、反-2-丁烯、异丁烯之间处于化学平衡，因此将烯烃视为1个集总进行处理，不同烯烃的浓度与集总丁烯之间的关系可以通过平衡常数进行求取。
[0046]
异丁烯、顺-2-丁烯、反-2-丁烯、1-丁烯之间的平衡反应关系如下：
[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
分别代表1-丁烯、顺-2-丁烯、反-2-丁烯、异丁烯的浓度(mol/kg)，c4代表集总丁烯的浓度(mol/kg)。
[0052]
因此，
[0053][0054][0055][0056]
其中，k1为异丁烯和顺-2-丁烯的平衡常数，k2为顺-2-丁烯和反-2-丁烯的平衡常数，k3为反-2-丁烯和1-丁烯的平衡常数。
[0057]
在一些实施例中，所述目标函数为：
[0058][0059]
其中，f表示模拟计算的各烷基化产物的浓度与实际反应结果的差值平方和，i＝1～n，表示有n组数据；j＝1～m，表示有m个集总，x表示烷基化产物的浓度(mol/kg)。
[0060]
在一些实施例中，所述最优化算法为非线性最小二乘法。
[0061]
第二方面，本发明提供了一种烷基化反应动力学模型建模控制装置，所述控制装置包括控制器，所述控制器用于执行以下操作：
[0062]
将烷基化原料和烷基化产物划分为12个集总组分；
[0063]
根据烷基化反应机理，构建烷基化反应网络；
[0064]
根据工业烷基化反应器的结构型式及流动特征，建立烷基化反应器模型；
[0065]
根据烷基化反应网络，结合烷基化反应器模型，建立烷基化反应数学模型方程组；
[0066]
提出目标函数，利用最优化算法对所述烷基化反应数学模型方程组的参数进行参数估计。
[0067]
第三方面，本发明提供了一种电子设备，包括存储器和处理器，所述存储器上存储有计算机程序，该计算机程序被所述处理器执行时，执行上述的烷基化反应动力学模型的建模方法。
[0068]
第四方面，本发明提供了一种存储介质，该存储介质存储的计算机程序，能够被一个或多个处理器执行，用于实现上述的烷基化反应动力学模型的建模方法。
[0069]
本发明的有益效果至少在于：
[0070]
本发明提供了一种烷基化反应动力学模型的建模方法、装置、电子及存储介质，所述烷基化反应动力学模型的建模方法可以用于丁烯和异丁烷的硫酸法烷基化反应的模拟计算，其集总划分更加详细，模型精度得到了很大的提高，并且结合工业装置中的烷基化反应器的结构型式及流动状态，建立了烷基化反应动力学模型，使烷基化反应动力学模型更加接近于实际的工业生产情况，从而可以更加准确地预测烷基化油的组成，满足现代硫酸法烷基化工艺装置流程模拟的需要；并为优化操作参数提供了更具实际意义的指导，利于提高生产装置的经济效益。
附图说明
[0071]
图1为本发明的烷基化反应网络示意图。
[0072]
图2为工业烷基化反应器的结构及物料流动示意图。
[0073]
图3为本发明的烷基化反应器模型示意图。
[0074]
图4为异丁烯、顺-2-丁烯、反-2-丁烯、1-丁烯之间的平衡反应示意图。
[0075]
图5为对比例1的全混流反应器模型示意图。
[0076]
其中：1-管程出口，2-管程进口，3-反应产物出口，4-壳体，5-导流筒，6-换热管束，7-酸进料口，8-烃进料口，9-搅拌叶轮，10-水力头。
具体实施方式
[0077]
为了使本发明要解决的技术问题、技术方案及有益效果更加清楚明白，以下结合具体的实施方式，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施方式只是用于详细说明本专利，并不以任何方式限制本发明的保护范围。
[0078]
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。本文中所使用的术语只是为了描述本发明实施例的目的，不是旨在限制本发明。
[0079]
本发明提供的烷基化反应动力学模型的建模方法，包括：
[0080]
s1.将烷基化原料和烷基化产物划分为12个集总组分；
[0081]
s2.根据烷基化反应机理，构建烷基化反应网络；
[0082]
s3.根据工业烷基化反应器结构的结构型式及流动特征，建立烷基化反应器模型；
[0083]
s4.根据烷基化反应网络，结合烷基化反应器模型，建立烷基化反应数学模型方程组。
[0084]
s5.提出目标函数，利用最优化算法对所述烷基化反应数学模型方程组的参数进行参数估计。
[0085]
本发明提供的烷基化反应动力学模型的建模方法应用于电子设备，例如计算机、移动终端等。本发明提供的烷基化反应动力学模型的建模方法所实现的功能可以通过电子设备的处理器调用程序代码来实现，其中，程序代码可以保存在计算机存储介质中。
[0086]
以下对本发明提供的烷基化反应动力学模型的建模方法的各个步骤进行具体介绍。
[0087]
s1.将烷基化原料和烷基化产物划分为12个集总组分。
[0088]
根据烷基化原料的分析数据，可将烷基化原料分为4个部分：丁烯、异丁烷、丙烷(不参与反应)、正丁烷(不参与反应)。出烷基化反应器的流股共分为四部分：循环冷剂、循环异丁烷、正丁烷产品、烷基化油，根据实际工业装置的分析数据，将烷基化产物可以分为以下部分：丙烷(不参与反应)、正丁烷(不参与反应)、异丁烷、c5烷烃、c6烷烃、c7烷烃、c8烷烃、c9烷烃、c
10
烷烃、c
11
烷烃。
[0089]
综上所述，将烷基化原料和烷基化产物总共划分为12集总组分：
[0090]
进反应器组分：丙烷、正丁烷、丁烯、异丁烷，共计4个集总组分。
[0091]
出反应器组分：丙烷、正丁烷、异丁烷、c5烷烃、c6烷烃、c7烷烃、c8烷烃(分为tmp(三甲基戊烷)和dmh(二甲基己烷))、c9烷烃、c
10
烷烃、c
11
烷烃，除去原料中包含的丙烷、正丁烷、异丁烷三种组分，共计8个集总组分。
[0092]
由于实际生产的分析精度有限，只能分析到c
11
烷烃，同时c
11
以上的烷烃也很少。因此在划分集总的时候，c
11
的集总中实际包含了c
11
及c
11
以上的烷烃，这样划分集总也是和实际生产情况相对应的。
[0093]
s2.根据烷基化反应机理，构建烷基化反应网络。
[0094]
根据烷基化反应机理，在构建烷基化反应网络时，需做如下考虑：
[0095]
(1)烷基化反应遵循正碳离子反应机理，包含链引发、链增长、链终止的反应步骤。首先，丁烯在催化剂硫酸的作用下转化为叔丁基正碳离子，此为链引发过程；其次，叔丁基正碳离子与丁烯反应生成c
8+
，此为链增长过程；第三，c
8+
可以继续和烯烃或者其本身反应生成大分子正碳离子，然后大分子正碳离子发生断裂转化为小分子烯烃(c
5＝
～c
7＝
)及小分子正碳离子(c
5+
～c
7+
)，上述小分子烯烃会和叔丁基正碳离子反应生成(c
9+
～c
11+
)；第四，在上述过程中生成的正碳离子会和异丁烷发生氢离子转移反应，正碳离子会夺取异丁烷上的氢负离子生成相应的异构烷烃单体，而异丁烷转化为叔丁基正碳离子继续参与反应，此为链终止过程。
[0096]
(2)丙烷和正丁烷属于惰性组分，不参与反应。
[0097]
(3)忽略传质对烷基化反应的影响，按照拟均相模型进行处理。
[0098]
在现有烷基化机理的基础上，更加详细地考虑了正碳离子的反应，部分反应考虑了硫酸浓度和酸烃比的影响。这样得到的烷基化反应网络如图1所示，包括20个反应。
[0099]
s3.根据工业烷基化反应器结构的结构型式及流动特征，建立烷基化反应器模型。
[0100]
根据图2所示的工业烷基化反应器的结构可知，反应器内的流体存在着循环流动。进料酸和进料烃在搅拌叶轮9的作用下充分混合，从叶轮排出侧排出后在水力头10壁面的作用下折返，沿着导流筒5与反应器壳体4间的环系进入到密封端，一部分作为反应产物流出，另一部分重新进入导流筒5内构成反应器内的循环流。
[0101]
因此可以将烷基化反应器模型考虑为带有循环的平推流反应器，具体如图3所示。
[0102]
根据相关文献(例如“硫酸法烷基化反应器内流动特征的cfd模拟——结构效应分析”，化学反应工程与工艺，第28卷第5期，2012年10月，391-397页)，对于固定的烷基化反应器，烷基化反应器内的循环流量仅取决于搅拌叶轮的转速。而实际过程中搅拌叶轮的转速并不经常调节，因此循环流量vr可以看成是定值。
[0103]
s4.根据烷基化反应网络，结合烷基化反应器模型，建立烷基化反应数学模型方程组。
[0104]
根据图1所示的烷基化反应网络，并结合图3所示的烷基化反应器模型，建立的烷基化反应数学模型方程组见公式(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
分别为丁烯、tmp
+
、dmh
+
、异丁烷、c5烷烃、c6烷烃、c7烷烃、tmp、c9烷烃、c
10
烷烃、c
11
烷烃、c
12
烷烃、dmh、ic
4+
、c
5+
、c
6+
、c
7+
、c
5＝
、c
6＝
、c
7＝
的浓度(mol/kg)，ao为酸烃比，w为硫酸浓度(质量分数，％)，wcor是对酸浓度重新归一化后的值，f(ao
·
wcor)是校正函数，ki为反应速率常数，α、β、γ分别是1-丁烯、顺-2-丁烯、反-2-丁烯与集总丁烯之间的比例系数。
[0126]
一般来说，当硫酸浓度达到95％～96％时，硫酸催化烷基化反应的性能最好，有利于主烷基化产物的生成，可以提高产物的辛烷值。而较低的酸浓度和酸烃比会有利于烷基化副反应的进行，降低主反应的选择性。原因可能是在副反应中会产生一些大分子，如一些烯烃与硫酸反应形成硫酸酯；也可能加剧烯烃聚合反应，增加烷基化产物中的高碳组分，这些结果都会导致烷基化产物的辛烷值降低。因此，模型中引入了主反应的校正函数，以反映酸浓度和酸烃比的变化对主反应选择性的影响。
[0127]
校正函数的类型如下：
[0128]
f(ao,wcor)＝ao
·ewcor
[0129]
其中，ao是酸烃比，wcor是对酸浓度重新归一化后的数值。
[0130]
在烷基化反应动力学模型中，考虑烯烃之间是处于化学平衡控制的，即1-丁烯、顺-2-丁烯、反-2-丁烯、异丁烯之间处于化学平衡，因此将烯烃视为1个集总进行处理，不同烯烃的浓度与集总丁烯之间的关系可以通过平衡常数进行求取。
[0131]
异丁烯、顺-2-丁烯、反-2-丁烯、1-丁烯之间的平衡反应如图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
分别代表1-丁烯、顺-2-丁烯、反-2-丁烯、异丁烯的浓度(mol/kg)，c4代表集总丁烯的浓度(mol/kg)。
[0137]
因此，
[0138][0139][0140][0141]
其中，k1为异丁烯和顺-2-丁烯的平衡常数，k2为顺-2-丁烯和反-2-丁烯的平衡常数，k3为反-2-丁烯和1-丁烯的平衡常数。
[0142]
s5.提出目标函数，利用最优化算法对所述烷基化反应数学模型方程组的参数进行参数估计。
[0143]
模型参数主要包括反应速率常数ki、循环流量vr以及平衡常数(k1、k2、k3)等，其准确性对烷基化反应模型有着非常大的影响。本发明将烷基化反应器视为等温反应器，反应放出的热量可以由反应产物自身气化迅速移除；并且基于烷基化反应器的结构型式及流动特征，将其视为带有循环的平推流反应器，根据工业烷基化反应数据，进行反应动力学模型的参数估计。
[0144]
参数估计采用最优化算法，优化的目标函数如下式所示：
[0145][0146]
其中，f表示模拟计算的各烷基化产物的浓度与实际反应结果的差值平方和，i＝1～n，表示有n组数据；j＝1～m，表示有m个集总，x表示烷基化产物的浓度(mol/kg)。
[0147]
优化估计的反应动力学参数初值参考各发表文献(例如“alkylation kinetics of isobutane by c4 olefins using sulfuric acid as catalyst”，industrial&engineering chemistry research，2013，52，15262-15269)中的模型参数值，优化方法可考虑采用非线性最小二乘法。
[0148]
在求解模型参数的时候，通过分组对模型参数进行了求解。具体方法是：首先对烯烃之间的平衡常数进行求取，使用模拟软件对其进行模拟，确定k1、k2、k3。然后根据文献(例如“硫酸法烷基化反应器内流动特征的cfd模拟——结构效应分析”，化学反应工程与工艺，
第28卷第5期，2012年10月，391-397页)及工业反应器内搅拌叶轮的参数及其基于工业反应器的热量衡算，得出结论：反应器内的循环流量应该非常大。同时在调节循环流量的时候发现，当循环流量太大的时候，得到结果与实际结果趋势不符，因此对循环流量采用原料进料量的15倍作为循环流量的初值，其并不是循环流量的物理意义，而是作为循环流量的度量单位。然后基于各发表文献中的模型参数值为初值，来求得反应速率常数。
[0149]
根据建立的烷基化反应动力学模型、烷基化反应器模型和上述参数估计方法，编制参数估计计算程序(反算程序)，进行动力学参数估计。
[0150]
基于工业烷基化反应数据，以及工业烷基化反应器的结构型式及流动状态，利用上述方法完成模型参数的估计，这样就可以建立一种基于工业反应器的丁烯和异丁烷的烷基化反应动力学模型。此模型可以用于丁烯和异丁烷的硫酸法烷基化反应的模拟计算，由于该模型对反应物及产物的划分较为细致，模型精度得到了很大的提高，使得硫酸法烷基化反应阶段的流程模拟更加接近实际反应，从而可以更加准确地预测烷基化油的组成，并为优化操作参数提供了更具实际意义的指导，利于提高生产装置的经济效益，符合现代烷基化工艺发展的需要。
[0151]
本发明提供的烷基化反应动力学模型建模控制装置，包括控制器，所述控制器用于执行以下操作：
[0152]
将烷基化原料和烷基化产物划分为12个集总组分；
[0153]
根据烷基化反应机理，构建烷基化反应网络；
[0154]
根据工业烷基化反应器结构的结构型式及流动特征，建立烷基化反应器模型；
[0155]
根据烷基化反应网络，结合烷基化反应器模型，建立烷基化反应数学模型方程组。
[0156]
提出目标函数，利用最优化算法对所述烷基化反应数学模型方程组的参数进行参数估计。
[0157]
需要说明的是，在本发明中，如果以软件功能模块的形式实现上述的烷基化反应动力学模型的建模方法，并作为独立的产品销售或使用时，也可以存储在一个计算机可读取存储介质中。基于这样的理解，本发明的技术方案本质上或者说对现有技术做出贡献的部分可以以软件产品的形式体现出来，该计算机软件产品存储在一个存储介质中，包括若干指令用以使得一台计算机设备(可以是个人计算机、服务器、或者网络设备等)执行本发明所述方法的全部或部分。而前述的存储介质包括：u盘、移动硬盘、只读存储器(rom，read only memory)、磁碟或者光盘等各种可以存储程序代码的介质。这样，本发明的实施方式不限制于任何特定的硬件和软件结合。
[0158]
相应地，本发明提供一种存储介质，其上存储有计算机程序，该计算机程序被处理器执行时实现上述的烷基化反应动力学模型的建模方法中的步骤。
[0159]
相应地，本发明提供一种电子设备，包括存储器和处理器，所述存储器上存储有计算机程序，该计算机程序被所述处理器执行时，执行上述的烷基化反应动力学模型的建模方法。
[0160]
本领域内的技术人员应明白，本发明可提供为方法、系统、或计算机程序产品。因此，本发明可采用完全硬件实施例、完全软件实施例、或结合软件和硬件方面的实施例的形式。而且，本发明可采用在一个或多个其中包含有计算机可用程序代码的计算机可用存储介质上实施的计算机程序产品的形式。
[0161]
本发明是参照根据本发明实施例的方法、设备(系统)、和计算机程序产品的流程图和/或方框图来描述的。应理解可由计算机程序指令实现流程图和/或方框图中的每一流程和/或方框、以及流程图和/或方框图中的流程和/或方框的结合。可提供这些计算机程序指令到通用计算机、专用计算机、嵌入式处理机或其他可编程数据处理设备的处理器以产生一个机器，使得通过计算机或其他可编程数据处理设备的处理器执行的指令产生用于实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能的装置。
[0162]
这些计算机程序指令也可存储在能引导计算机或其他可编程数据处理设备以特定方式工作的计算机可读存储器中，使得存储在该计算机可读存储器中的指令产生包括指令装置的制造品，该指令装置实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能。
[0163]
这些计算机程序指令也可装载到计算机或其他可编程数据处理设备上，使得在计算机或其他可编程设备上执行一系列操作步骤以产生计算机实现的处理，从而在计算机或其他可编程设备上执行的指令提供用于实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能的步骤。
[0164]
在一个典型的配置中，计算设备包括一个或多个处理器(cpu)、输入/输出接口、网络接口和内存。
[0165]
存储器可能包括计算机可读介质中的非永久性存储器，随机存取存储器(ram)和/或非易失性内存等形式，如只读存储器(rom)或闪存(flash ram)。存储器是计算机可读介质的示例。
[0166]
计算机可读介质包括永久性和非永久性、可移动和非可移动媒体可以由任何方法或技术来实现信息存储。信息可以是计算机可读指令、数据结构、程序的模块或其他数据。计算机的存储介质的例子包括，但不限于相变内存(pram)、静态随机存取存储器(sram)、动态随机存取存储器(dram)、其他类型的随机存取存储器(ram)、只读存储器(rom)、电可擦除可编程只读存储器(eeprom)、快闪记忆体或其他内存技术、只读光盘只读存储器(cd-rom)、数字多功能光盘(dvd)或其他光学存储、磁盒式磁带，磁带磁磁盘存储或其他磁性存储设备或任何其他非传输介质，可用于存储可以被计算设备访问的信息。按照本文中的界定，计算机可读介质不包括暂存电脑可读媒体(transitory media)，如调制的数据信号和载波。
[0167]
以下结合具体实施例对本发明的特征和性能作进一步的详细描述。
[0168]
实施例1
[0169]
根据图1建立硫酸法烷基化反应动力学模型，将原料分为丙烷(不反应)、正丁烷(不反应)、异丁烷、丁烯4个集总，产物划分为c5烷烃、c6烷烃、c7烷烃、c8烷烃(包含tmp和dmh)、c9烷烃、c
10
烷烃和c
11
烷烃共8个集总，20个反应。
[0170]
根据工厂的日常分析数据，得到烷基化油的性质见表1，部分操作条件及分析数据见表2。
[0171]
根据本发明公开的方法，建立动力学模型，之后基于工厂分析数据，对动力学模型参数进行求解，获得模型参数。然后根据动力学模型进行预测产物分布及烷基化油的性质。实验值与预测值的对比结果见表3。
[0172]
对比例1
[0173]
根据图5建立全混流反应器模型，并且使用与实施例1相同的集总划分方法。不同
之处在于该动力学模型将反应器模型作为一个全混流模型，反应器内各处(不包括进口)浓度、温度均一。利用该动力学模型计算得到的实验值与预测值的对比见表3。
[0174]
表1烷基化油性质
[0175][0176]
表2主要操作条件及产品分布
[0177][0178][0179]
注：表2中异丁烷以m表示，丁烯以z表示，温度的单位为“℃”，压力的单位为“mpa”。
[0180]
表3实验值和预测值的平均相对误差
[0181][0182]
从表3的数据可以发现，实施例1采用基于实际工业装置的流动特性建立的模型预测的相对误差更小，具有更好的预测精度。说明根据正碳离子的机理建立的动力学模型和工业装置的实际流动情况建立的反应器模型可以更好的描述工业烷基化反应过程，本发明提出的建模方法更适用于内部有循环的反应器系统。
[0183]
综上所述，本技术根据烷基化反应的特性及正碳离子机理，对反应物和产物进行集总划分并建立烷基化反应网络，构建反应动力学微分方程组，同时根据工业烷基化反应器的实际流动状态及结构型式建立反应器模型，再根据目标函数求解动力学模型参数，能够较为准确的描述烷基化反应机理，较为准确的预测烷基化反应的产物分布。
[0184]
以上所述，仅为本发明的实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应以所述权利要求的保护范围为准。
技术特征：
1.一种烷基化反应动力学模型的建模方法，其特征在于，包括：将烷基化原料和烷基化产物划分为12个集总组分；根据烷基化反应机理，构建烷基化反应网络；根据工业烷基化反应器的结构型式及流动特征，建立烷基化反应器模型；根据烷基化反应网络，结合烷基化反应器模型，建立烷基化反应数学模型方程组；提出目标函数，利用最优化算法对所述烷基化反应数学模型方程组的参数进行参数估计。2.根据权利要求1所述的建模方法，其特征在于，所述烷基化原料包括4个集总组分：丙烷、正丁烷、丁烯和异丁烷；所述烷基化产物包括8个集总组分：c5烷烃、c6烷烃、c7烷烃、tmp、dmh、c9烷烃、c
10
烷烃和c
11
烷烃。3.根据权利要求2所述的建模方法，其特征在于，所述丁烯包括1-丁烯、顺-2-丁烯、反-2-丁烯和异丁烯。4.根据权利要求1-3任一所述的建模方法，其特征在于，所述烷基化反应器模型为带有循环的平推流反应器。5.根据权利要求1-4任一所述的建模方法，其特征在于，所述烷基化反应数学模型方程组包括：组包括：组包括：组包括：组包括：组包括：组包括：
其中，c1～c
20
分别为丁烯、tmp
+
、dmh
+
、异丁烷、c5烷烃、c6烷烃、c7烷烃、tmp、c9烷烃、c
10
烷烃、c
11
烷烃、c
12
烷烃、dmh、ic
4+
、c
5+
、c
6+
、c
7+
、c
5＝
、c
6＝
、c
7＝
的浓度(mol/kg)，ao为酸烃比，w为硫酸浓度(质量分数，％)，wcor是对酸浓度重新归一化后的值，f(ao
·
wcor)是校正函数，k
i
为反应速率常数，α、β、γ分别是1-丁烯、顺-2-丁烯、反-2-丁烯与集总丁烯之间的比例系数。6.根据权利要求5所述的建模方法，其特征在于，所述α、β、γ分别如下：6.根据权利要求5所述的建模方法，其特征在于，所述α、β、γ分别如下：
其中，k1为异丁烯和顺-2-丁烯的平衡常数，k2为顺-2-丁烯和反-2-丁烯的平衡常数，k3为反-2-丁烯和1-丁烯的平衡常数；和/或，所述校正函数为：f(ao,wcor)＝ao
·
e
wcor
。7.根据权利要求1-6任一所述的建模方法，其特征在于，所述目标函数为：其中，f表示模拟计算的各烷基化产物的浓度与实际反应结果的差值平方和，i＝1～n，表示有n组数据；j＝1～m，表示有m个集总，x表示烷基化产物的浓度。8.一种烷基化反应动力学模型建模控制装置，其特征在于，所述控制装置包括控制器，所述控制器用于执行以下操作：将烷基化原料和烷基化产物划分为12个集总组分；根据烷基化反应机理，构建烷基化反应网络；根据工业烷基化反应器的结构型式及流动特征，建立烷基化反应器模型；根据烷基化反应网络，结合烷基化反应器模型，建立烷基化反应数学模型方程组；提出目标函数，利用最优化算法对所述烷基化反应数学模型方程组的参数进行参数估计。9.一种电子设备，其特征在于，包括存储器和处理器，所述存储器上存储有计算机程序，该计算机程序被所述处理器执行时，执行如权利要求1-7中任意一项所述的烷基化反应动力学模型的建模方法。10.一种存储介质，其特征在于，该存储介质存储的计算机程序，能够被一个或多个处理器执行，用于实现如权利要求1-7中任意一项所述的烷基化反应动力学模型的建模方法。
技术总结
本发明提供了一种烷基化反应动力学模型的建模方法及装置。本发明提供的烷基化反应动力学模型建模方法可以用于丁烯和异丁烷的硫酸法烷基化反应的模拟计算，其集总划分更加详细，并且依据工业装置中的烷基化反应器的结构型式及流动状态，更加接近实际的工业生产情况，可以更加准确地预测烷基化油的组成，满足现代硫酸法烷基化工艺装置流程模拟的需要；并为优化操作参数提供了更具实际意义的指导，利于提高生产装置的经济效益。于提高生产装置的经济效益。于提高生产装置的经济效益。
