[发明专利]一种模拟移动床分离装置的工艺参数寻优方法

说明书

本发明涉及一种模拟移动床分离装置的工艺参数寻优方法，包括S1、建立模拟移动床的数学模型；S2、设定初始工艺参数，基于所述数学模型，使所述模拟移动床在所述初始工艺参数下运行；S3、搜寻所述模拟移动床的新的鲁棒性工艺参数以替换所述初始工艺参数；S4、使模拟移动床在所述S3得到的鲁棒性工艺参数下运行，并判断所述鲁棒性工艺参数能否满足模拟移动床的分离性能指标，保存满足所述分离性能指标的鲁棒性工艺参数为最优工艺参数。其能够寻找一组鲁棒的模拟移动床工艺参数值,模拟移动床运行在鲁棒的新工艺参数下能有效克服扰动对其分离性能的影响,能够确保生产过程平稳运行。

技术领域

本发明涉及工业过程优化技术领域，尤其是指一种模拟移动床分离装置的工艺参数寻优方法。

背景技术

随着化学工业的发展和进步，许多制备工艺常需要高纯度的原料进行化工生产。模拟移动床(Simulated Moving Bed,简称SMB)技术是连续色谱分离技术的主要代表，其根据进料液中各组分在固定相和流动相中吸附和分配系数的不同实现彼此的分离。模拟移动床技术在石油化工、制糖工业、生物制药和精细化工等领域都有应用。

工业级模拟移动床是一个复杂的装置，其分离效果除了和固相吸附剂、洗脱液极性、色谱柱的填装和尺寸有关外，还和工艺参数，如：切换时间和四个分离区域的流量等有关。关于模拟移动床工艺参数的寻优一直是分离领域的研究重点之一。

通过各种多目标优化算法，虽然可以根据不同的性能指标得到一组最优的工艺参数，但这都是在模型参数固定不变的情况下得到的。实际中，由于工业现场情况存在众多不确定因素，如：进料浓度变化、等温线参数变化、循环泵的稳定性和色谱柱的填充不一致等，其导致的模型参数的变化会使所得初始工艺参数不能满足分离的性能指标。

因此，寻找一组鲁棒的模拟移动床工艺参数值，对确保生产过程平稳运行很有必要。

发明内容

本发明要解决的技术问题是提供一种模拟移动床分离装置的工艺参数寻优方法，其能够寻找一组鲁棒的模拟移动床工艺参数值,模拟移动床运行在鲁棒的新工艺参数下能有效克服扰动对其分离性能的影响,方法简单，且能够确保生产过程平稳运行。

为解决上述技术问题，本发明提供了一种模拟移动床分离装置的工艺参数寻优方法，包括S1、建立模拟移动床的数学模型；S2、设定初始工艺参数，基于所述数学模型，使所述模拟移动床在所述初始工艺参数下运行；S3、搜寻所述模拟移动床的新的鲁棒性工艺参数以替换所述初始工艺参数；S4、使模拟移动床在所述S3得到的鲁棒性工艺参数下运行，并判断所述鲁棒性工艺参数能否满足模拟移动床的分离性能指标，保存满足所述分离性能指标的鲁棒性工艺参数为最优工艺参数。

作为优选的，所述S1中数学模型包括色谱柱的平衡扩散模型，选用有限元正交配置法求解所述数学模型。

作为优选的，建立所述色谱柱的平衡扩散模型时：设定进料液中溶质分子吸附过程中温度恒定；设定进料液中各组分在固定相与流动相间的传质瞬间完成；设定进料液中溶质分子扩散和涡流扩散能够整合成轴向扩散，且轴向扩散的系数一定；设定每个色谱柱填装均匀，孔隙率一致；进料液沿色谱柱的流速恒定。

作为优选的，所述S1中，选用有限元正交配置法求解所述模拟移动床的数学模型时：将色谱柱沿轴向划分为I个有限元；每个所述有限元均配置有N个内配置点；对每个所述有限元应用正交配置法，使用正交配置法对每个所述有限元进行处理，获得色谱柱轴向第i个有限元的第n个内配置点处离散的导数值；根据所述离散的导数值将色谱柱的平衡扩散模型中的流动相的质量守恒方程进行离散化；对离散化的所述质量守恒方程进行求解，输出模拟移动床在一个循环内的轴向浓度变化。

作为优选的，所述S1中还包括设定进料液分离过程的性能指标，所述性能指标包括：纯度、回收率、生产率和洗脱液消耗。