[发明专利]一种结晶过程粒度分布建模与控制方法

说明书

本发明公开了一种结晶过程粒度分布建模与控制方法。其中，结晶过程粒度分布的控制方法，在结晶过程粒度分布模型的基础上，以晶体平均粒径作为衡量晶体粒度分布的指标，结合结晶过程约束条件，建立结晶过程粒度分布的最优控制模型；对结晶过程粒度分布的控制向量离散化并参数化处理，求解结晶过程粒度分布的最优控制模型，以获取结晶过程最优控制曲线，实现晶体平均粒径的最大化。该方法改进了结晶过程的控制曲线的获取方式，提高了结晶效率和晶体平均粒径。

技术领域

本发明属于过程控制领域，尤其涉及一种结晶过程粒度分布建模与控制方法。

背景技术

结晶以其效率高、晶体纯度高、污染小和能耗低的优点广泛应用于食品加工、医药生产和冶金化工等领域，是工业生产不可或缺的环节。晶体粒度分布是衡量晶体质量高低的重要指标，通过对结晶过程粒度分布进行建模与控制对于提高晶体产品质量和结晶效率具有重要意义。

结晶过程是一个复杂的传热传质的过程，晶体的粒度分布不仅仅受单一变量的影响。在很多实际应用中，为满足产品质量和生产效率的需求，通常会同时控制结晶过程的多个操作条件，这就要求在结晶过程的粒度分布控制中需考虑多个操作条件的影响，如温度、溶析剂等。通常情况下，结晶过程粒度分布的控制是通过控制操作条件(如温度和溶析剂流加速率等的变化)来实现的。传统的控制曲线一般为线性或通过工艺摸索，控制效果差，产品质量低。

发明内容

为了解决现有技术的不足，本发明的第一目的是提供一种结晶过程粒度分布建模方法，其考虑了温度和溶析剂对结晶过程的影响，完善了结晶过程的模型，有助于提高结晶收率，改善粒度分布。

本发明针对溶质溶解度受温度和溶析剂影响的间歇结晶，结晶方式为降温-溶析结晶。

本发明的一种结晶过程粒度分布建模方法，包括：

在考虑溶质溶解度受温度和溶析剂影响的情况下，联立溶解度方程、成核速率方程、生长速率方程、粒数衡算方程和质量守恒方程，进而构建出结晶过程粒度分布模型；其中，溶解度方程是在Apelblat方程的基础上，通过关联结晶液温度和溶析剂浓度得到的经验方程。

本发明的第二目的是提供一种结晶过程粒度分布控制方法。

本发明的一种结晶过程粒度分布控制方法，包括：

利用上述所述的结晶过程粒度分布建模方法，构建出结晶过程粒度分布模型；

在结晶过程粒度分布模型的基础上，以晶体平均粒径作为衡量晶体粒度分布的指标，结合结晶过程约束条件，建立结晶过程粒度分布的最优控制模型；其中，最优控制模型的目标函数是结晶终点时刻晶体的平均粒径最大化；

对结晶过程粒度分布的控制向量离散化并参数化处理，求解结晶过程粒度分布的最优控制模型，以获取结晶过程最优控制曲线，实现晶体平均粒径的最大化。

进一步的，通过显微镜粒度测量仪测量并统计结晶过程不同粒度范围内晶体的粒径大小，计算粒数密度，进而计算平均粒径。

进一步的，所述结晶过程约束条件包括结晶过程动态模型约束和操作条件约束。

进一步的，在求解结晶过程粒度分布的最优控制模型的过程中：

划分时间网格，将控制向量在时间上离散化；

并在每个时间网格内以常量代替，对每个时间网格内控制变量参数化，将最优控制问题转化为微分方程组初值问题和非线性规划问题。

进一步的，对于微分方程组初值问题，采用四阶R-K法求解。

进一步的，对于非线性规划问题，通过序列二次规划算法求解，从而获取结晶过程最优控制曲线，并以曲线的第一个区段作为结晶过程控制系统的参数设定，实现结晶过程粒度分布的控制。

进一步的，该方法还包括：