[发明专利]一种溶析结晶过程粒度分布在线控制的方法

权利要求书

1.一种溶析结晶过程粒度分布在线控制的方法，其特征在于包括如下步骤：

1)在反溶剂结晶在线检测控制装置上使用ATR探头测量当前溶质的浓度，FBRM探头测量当前溶质的粒度分布，恒温水浴控制当前结晶釜内温度；

2)将当前测量得到的溶质浓度作为状态变量x(t)，当前测试温度作为操作变量u(t)，输入过程模型n(L,t_f)＝c(x(t),u(t))，解过程模型得到结晶终点的粒度分布n(L,t_f)，以目标函数TARGET＝||n(L,t_f)-n(L,t)_s||²最小化为优化目标，结合操作变量u(t)的搜索范围，得到如下优化方程：

n(L,t_f)＝c(x(t),u(t))

u(t)_min≤u(t)≤u(t)_max

该优化方程为非线性的凸优化方程，由内点法求解该优化方程，得到最优降温曲线；其中，u(t)_min，u(t)_max分别表示操作变量的搜索范围的最小值和最大值，由实际过程中操作变量的工作范围决定；n(L,t)_s表示人为设定的目标粒度分布，n(L,t_f)表示由过程模型n(L,t_f)＝c(x(t),u(t))模拟预测得到结晶终点粒度分布；

所述的过程模型n(L,t_f)＝c(x(t),u(t))选用如下粒度衡算方程：

其中，L为粒径，t为时间，n(L,t)表示粒度分布，n(L,t)是关于L和t的二元函数，B₀为蒿甲醚的成核速率，G为蒿甲醚的生长速率，B(L,t)和D(L,t)分别表示聚结和破碎速率形成生函数和死函数；B₀、G、B(L,t)和D(L,t)四项动力学函数如下式：

式中，λ表示积分中的粒径，n(λ,t)表示积分中的粒度分布，C_s(T)是蒿甲醚的溶解度，主要由操作变量温度T决定，C_eq为蒿甲醚在乙醇和水中的浓度，由ATR探头测量，k_b1，k_b2，b₁，b₂表示蒿甲醚的成核动力学经验方程的拟合参数，k_g1，k_g2，g₁，g₂表示蒿甲醚的生长动力学经验方程的拟合参数；β(L,λ)和α(L)分别表示聚结和破碎的概率密度函数，由下式给出：

α(L)＝L³

β((L³-λ³)^1/3,λ)表示(L³-λ³)^1/3带入上式后的结果；

所述的过程模型的高效求解方法为：

定义向量Λ＝[L₀,L₁,L₂,...,L_max]为离散化的粒径网格，L₀表示最小粒径，取0.1μm，L_max表示最大粒径，取1000μm，离散网格点的数量取1000；再由生长速率代入过程模型中，转化为常微分方程组：

式中L_i表示粒径网格Λ＝[L₀,L₁,L₂,...,L_max]中的网格点，i表示粒径L的下标，然后在每个粒径网格点L_i定义如下的三个向量：

表示L₀至L_i的网格点组成的向量，表示L_i至L_max的网格点组成的向量，则表示至所组成的向量，j表示粒径下标，范围从1至i；

在粒径网格Λ＝[L₀,L₁,L₂,...,L_max]中寻找L_m，使得L_m＜(L_i³-L_j³)^1/3＜L_m+1，从而由n(L_m)和n(L_m+1)插值计算n((L_i³-λ³)^1/3)：

在[L₀,L_i]和[L_i,L_max]的网格点上使用梯形积分法近似的计算聚结和破碎速率形成生函数和死函数；

D(L_i，t)＝βn(L_i)trapz(Λ,n(Λ))+a(L_i)n(L_i)

trapz表示梯形积分公式；再由ATR探头测量的浓度和溶解度得出过饱和度，进一步计算得当前的成核速率B₀和生长速率G；将计算得到的成核速率、生长速率、聚结和破碎速率形成生函数和死函数带入常微分方程组中，求解常微分方程组，得到蒿甲醚粒度分布n(L,t)；

3)恒温水浴按照最优降温曲线调节结晶釜的温度，使得结晶釜内的温度与最优降温曲线吻合；同时根据设定的目标粒度分布n(L,t)_s和FBRM测量的分布n(L,t)_meas的差与n(L,t)_meas的比值设置目标值W，通过目标值判断是否到达结晶终点，若目标值W没有到达目标值，回到步骤1)，若W到达目标值，即可得到粒度分布优化后的结晶产品；

目标值目标值W为人为设定的预期值，取值为0.1～0.2。