2-巯基苯并噻唑合成机理的建模方法、装置及应用制造方法及图纸

本申请涉及一种2

【技术实现步骤摘要】
2
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巯基苯并噻唑合成机理的建模方法、装置及应用


[0001]本申请涉及橡胶助剂
，特别是涉及一种2
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巯基苯并噻唑(MBT)合成机理的建模方法、装置及应用，进一步地，包括MBT合成机理的建模方法，MBT合成过程的预测方法，合成MBT的装置，计算机设备和计算机可读存储介质。

技术介绍

[0002]随着国内汽车工业和橡胶工业的蓬勃发展，橡胶助剂行业也随之快速发展。2
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巯基苯并噻唑(2
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Mercaptobenzothiazole,MBT)，也称为促进剂M，作为一种多用途的橡胶硫化促进剂，还可作为前体合成多种重要橡胶助剂，如促进剂CBS、促进剂NS等，在橡胶助剂行业中占据了举足轻重的地位。
[0003]目前，国内主流企业均采用高压苯胺法在高压间歇釜中合成促进剂MBT，其总反应方程式为：
[0004][0005]然而，相关企业的MBT工业生产过程的自动化水平普遍不足。

技术实现思路

[0006]基于此，有必要针对上述技术问题，提供一种能够提升工业合成2
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巯基苯并噻唑(MBT)的机理分析能力及优化控制能力的2
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巯基苯并噻唑间歇合成过程机理的模型构建方法，MBT合成过程的预测方法，合成MBT的装置，计算机设备和计算机可读存储介质，可显著提升MBT工业生产过程的自动化水平。
[0007]第一方面，本申请提供了一种2
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巯基苯并噻唑(MBT)合成机理的建模方法，所述建模方法包括如下步骤：
[0008]根据合成MBT的反应路线，建立合成MBT的反应动力学模型，其中所述反应动力学模型由常微分代数方程描述；
[0009]基于实验数据，建立反应过程中反应体系气液两相的压力、体积和温度之间的PVT经验关系模型，其中所述PVT经验关系模型由常微分代数方程描述；
[0010]根据物料守恒与能量守恒原理、所述反应动力学模型和所述PVT经验关系模型，建立合成MBT的反应过程的数学机理模型，其中所述数学机理模型由常微分代数方程描述；
[0011]利用加权最小二乘法，建立基于所述数学机理模型的参数估计模型，所述参数估计模型含有常微分代数方程约束；
[0012]利用控制变量参数化法离散常微分代数方程，将所述数学机理模型的参数估计模型转为非线性规划机理模型；
[0013]计算所述非线性规划机理模型的输出变量对所有待定参数的局部灵敏度，根据得到的所有待定参数的局部灵敏度以及所述非线性规划机理模型得到所有待定参数的方差
贡献值，根据所述的方程贡献值确定具有可估计性的待定参数作为待估计参数；
[0014]对所述待估计参数使用训练数据集求解所述非线性规划机理模型，得到所述待估计参数的参数估计值，从而确定所述非线性规划机理模型中相应的待定参数的数值，得到更新的机理模型；
[0015]使用多组独立的验证数据集对所述更新的机理模型的准确性进行交叉检验，判断模型预测结果是否在置信区间内，若是，则输出所述更新的机理模型。
[0016]在其中一个实施例中，所述根据合成MBT的反应路线，建立合成MBT的反应动力学模型，包括：
[0017]将所述合成MBT的反应路线中的反应步骤分为多个子反应步骤；其中，所述多个子反应步骤包括生成焦油的子反应步骤；
[0018]将所述焦油表示为虚拟组分，根据元素守恒获得所述焦油的分子式，结合阿伦尼乌斯公式建立所述合成MBT的反应动力学模型。
[0019]在其中一个实施例中，在所述将所述合成MBT的反应路线中的反应步骤分为多个子反应步骤的步骤中，所述多个子反应步骤包括：
[0020]从苯胺合成二苯硫脲的子反应步骤；
[0021]从二苯硫脲合成苯胺基苯并噻唑的子反应步骤；
[0022]从苯胺基苯并噻唑合成MBT的子反应步骤；
[0023]从苯胺基苯并噻唑生成苯并噻唑的子反应步骤；和
[0024]从MBT生成焦油的子反应步骤。
[0025]在其中一个实施例中，在所述基于实验数据，建立反应过程中反应体系气液两相的压力、体积和温度之间的PVT经验关系模型的步骤中，所述反应过程满足：CS2与H2S均同时存在于气液两相中，且所有反应只在液相中进行。
[0026]在其中一个实施例中，所述计算所述非线性规划机理模型的输出变量对所有待定参数的局部灵敏度，根据得到的所有待定参数的局部灵敏度以及所述非线性规划机理模型得到所有待定参数的方差贡献值，根据所述的方程贡献值确定具有可估计性的待定参数作为待估计参数，包括：
[0027]计算所述非线性规划机理模型的输出变量对所有待定参数的灵敏度矩阵Z；
[0028]对所述矩阵Z进行QR分解，得到正交矩阵Q与上三角矩阵R；
[0029]将所述矩阵R进一步分解为对角阵D与单位上三角矩阵U；
[0030]根据基于所述非线性规划机理模型的个体方差贡献关系式，利用所述对角阵D与所述单位上三角矩阵U，计算所有待定参数对总体方差的贡献度；
[0031]依据所述对总体方差的贡献度的高低对所有待定参数进行贡献度由低到高依次向后的排序，选择排序在前的一个或多个待定参数作为所述待估计参数。
[0032]在其中一个实施例中，合成MBT的原料包括苯胺、二硫化碳和硫磺；
[0033]优选地，在所述计算所述非线性规划机理模型的输出变量对所有待定参数的局部灵敏度的步骤中，输入变量包括苯胺的进料量、二硫化碳的进料量、硫磺的进料量和体系温度，所述输出变量包括反应体系压力、压力曲线、粗产品的量(如质量或摩尔数等)和粗产品中的MBT含量(如粗产品中的MBT质量占比，进一步如质量百分含量)中的一种或多种。
[0034]在其中一个实施例中，所述粗产品包括MBT，还包括苯并噻唑、苯胺基苯并噻唑、N,
N'
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二苯基硫脲和焦油中的一种或多种。
[0035]在其中一个实施例中，在所述使用多组独立的验证数据集对所述更新的机理模型的准确性进行交叉检验的步骤中，所述验证数据集包括实验数据集和工业数据集中的一种或两种。
[0036]在其中一个实施例中，所述MBT合成机理基于苯胺法合成MBT的间歇过程。
[0037]第二方面，本申请还提供了一种MBT合成过程的预测方法，所述预测方法包括：
[0038]获取输入变量；
[0039]将所述输入变量输入至MBT合成机理模型，得到目标输出变量；
[0040]其中，所述MBT合成机理模型采用本申请的第一方面所述的建模方法建立得到；
[0041]优选地，所述输入变量包括苯胺的进料量、二硫化碳的进料量、硫磺的进料量和体系温度，所述输出变量包括反应体系压力、压力曲线、粗产品的量(如质量或摩尔数等)和粗产品中的MBT含量(如粗产品中的MBT质量占比，进一步如质量百分含量)中的一种或多种。
[0042]第三方面本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种2
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巯基苯并噻唑(MBT)合成机理的建模方法，其特征在于，所述建模方法包括如下步骤：根据合成MBT的反应路线，建立合成MBT的反应动力学模型，其中所述反应动力学模型由常微分代数方程描述；基于实验数据，建立反应过程中反应体系气液两相的压力、体积和温度之间的PVT经验关系模型，其中所述PVT经验关系模型由常微分代数方程描述；根据物料守恒与能量守恒原理、所述反应动力学模型和所述PVT经验关系模型，建立合成MBT的反应过程的数学机理模型，其中所述数学机理模型由常微分代数方程描述；利用加权最小二乘法，建立基于所述数学机理模型的参数估计模型，所述参数估计模型含有常微分代数方程约束；利用控制变量参数化法离散常微分代数方程，将所述数学机理模型的参数估计模型转为非线性规划机理模型；计算所述非线性规划机理模型的输出变量对所有待定参数的局部灵敏度，根据得到的所有待定参数的局部灵敏度以及所述非线性规划机理模型得到所有待定参数的方差贡献值，根据所述的方程贡献值确定具有可估计性的待定参数作为待估计参数；对所述待估计参数使用训练数据集求解所述非线性规划机理模型，得到所述待估计参数的参数估计值，从而确定所述非线性规划机理模型中相应的待定参数的数值，得到更新的机理模型；使用多组独立的验证数据集对所述更新的机理模型的准确性进行交叉检验，判断模型预测结果是否在置信区间内，若是，则输出所述更新的机理模型。2.根据权利要求1所述的建模方法，其特征在于，所述根据合成MBT的反应路线，建立合成MBT的反应动力学模型，包括：将所述合成MBT的反应路线中的反应步骤分为多个子反应步骤；其中，所述多个子反应步骤包括生成焦油的子反应步骤；将所述焦油表示为虚拟组分，根据元素守恒获得所述焦油的分子式，结合阿伦尼乌斯公式建立所述合成MBT的反应动力学模型。3.根据权利要求2所述的建模方法，其特征在于，在所述将所述合成MBT的反应路线中的反应步骤分为多个子反应步骤的步骤中，所述多个子反应步骤包括：从苯胺合成二苯硫脲的子反应步骤；从二苯硫脲合成苯胺基苯并噻唑的子反应步骤；从苯胺基苯并噻唑合成MBT的子反应步骤；从苯胺基苯并噻唑生成苯并噻唑的子反应步骤；和从MBT生成焦油的子反应步骤。4.根据权利要求1所述的建模方法，其特征在于，在所述基于实验数据，建立反应过程中反应体系气液两相的压力、体积和温度之间的PVT经验关系模型的步骤中，所述反应过程满足：CS2与H2S均同时存在于气液两相中，且所有反应只在液相中进行。5.根据权利要求1所述的建模方法，其特征在于，所述计算所述非线性规划机理模型的输出变量对所有待定参数的局部灵敏度，根据得到的所有待定参数的局部灵敏度以及所述非线性规划机理模型得到所有待定参数的方差贡献值，根据所述的方程贡献值确定具有可
估计性的待定参数作为待估计参数，包括：计算所述非线性规划机理模型的输出变量对所有待定参数的灵敏度矩阵Z；对所述矩阵Z进行QR分解，得到正交矩阵Q与上三角矩阵R；将所述矩阵R进一步分解为对角阵D与单位上三角矩阵U；根据基于所述非线性规划机理模型的个体方差贡献关系式，利用所述对角阵D与所述单位上三角矩阵U，计算所有待定参数对总体方差的贡献度；依据所述对总体方差的贡献度的高低对所有待定参数进行贡献度由低到高依次向后的排序，选择排序在前的一个或多个待定参数作为所述待估计参数。6.根据权利要求...

【专利技术属性】
技术研发人员：梁恩智，袁志宏，张颂，刘彬，朱国旭，齐步金，聂言培，
申请(专利权)人：山东尚舜化工有限公司，
类型：发明
国别省市：