【摘要】：結(jié)晶在極大多數(shù)化工生產(chǎn)過(guò)程中是不可缺少的重要步驟,結(jié)晶產(chǎn)品的質(zhì)量如純度、粒度分布等直接影響著后續(xù)包括分離、提純等操作的難易度,且對(duì)最終的產(chǎn)品效益起著至關(guān)重要的作用。目前工業(yè)常用的結(jié)晶模式是批次結(jié)晶,但由于批次結(jié)晶生產(chǎn)模式對(duì)于產(chǎn)品的一致性難以控制、時(shí)間成本過(guò)高等缺點(diǎn),連續(xù)結(jié)晶逐漸成為新發(fā)展的結(jié)晶模式。在已有的文獻(xiàn)中對(duì)于連續(xù)結(jié)晶多數(shù)是從結(jié)晶器設(shè)計(jì)的角度對(duì)結(jié)晶產(chǎn)品進(jìn)行改善,本文在已有的連續(xù)振蕩擋板結(jié)晶器(Continuous Oscillatory Baffled Crystallizer,COBC)的基礎(chǔ)上,從結(jié)晶動(dòng)力學(xué)等機(jī)理模型入手對(duì)連續(xù)結(jié)晶過(guò)程作出建模、優(yōu)化與控制等研究。主要工作如下:(1)針對(duì)COBC,根據(jù)溶液在其軸向流動(dòng)的特點(diǎn),結(jié)合經(jīng)典粒數(shù)平衡方程(Population Balance Equation,PBE)與結(jié)晶動(dòng)力學(xué)中的晶體成核與晶體生長(zhǎng)機(jī)制,建立粒數(shù)平衡模型(Population Balance Model,PBM),并可通過(guò)特征曲線法或高精度有限體積法對(duì)模型進(jìn)行求解。模擬結(jié)晶過(guò)程時(shí),將COBC分段處理,根據(jù)結(jié)晶過(guò)程中溶液在COBC中的駐留時(shí)間分布(Residence Time Distribution,RTD)情況,使用多釜串聯(lián)模型(Tanks-in-Series Model)確定仿真時(shí)使用的分段數(shù)量,通過(guò)該模型的使用,所得出的仿真結(jié)果更接近于實(shí)際結(jié)果。(2)在以結(jié)晶產(chǎn)品達(dá)到期望的晶體粒度分布(Crystal Size Distribution,CSD)為目標(biāo)建立了以最小化計(jì)算CSD與期望CSD差的平方和為目標(biāo)函數(shù),以結(jié)晶動(dòng)力學(xué)與質(zhì)量平衡等為約束條件的優(yōu)化模型,通過(guò)求解該優(yōu)化問(wèn)題獲得最優(yōu)恒定過(guò)飽和度,從而推導(dǎo)出對(duì)應(yīng)的降溫曲線,并根據(jù)熱交換原理與能量平衡推導(dǎo)出夾套中冷卻水的最佳入口溫度。另外提出模型預(yù)測(cè)控制策略應(yīng)用到連續(xù)結(jié)晶過(guò)程控制中。有了上述的模型與方法,在實(shí)際操作中溫度的控制值能更準(zhǔn)確地設(shè)定與操作。(3)以L-谷氨酸為結(jié)晶對(duì)象,根據(jù)提出的模型與方法對(duì)其進(jìn)行結(jié)晶過(guò)程的仿真實(shí)驗(yàn),可以從圖中清楚地看到CSD及相應(yīng)的過(guò)程變量與狀態(tài)變量的變化。此外設(shè)定了目標(biāo)CSD求得最優(yōu)恒定過(guò)飽和度及相應(yīng)的溶液溫度曲線,并獲取針對(duì)該目標(biāo)CSD夾套中冷卻水的最佳入口溫度。仿真結(jié)果顯示優(yōu)化結(jié)果與目標(biāo)CSD十分相近,驗(yàn)證了該優(yōu)化模型對(duì)于該過(guò)程的有效性。
【學(xué)位授予單位】：大連理工大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2018
【分類號(hào)】：TQ026.5

【參考文獻(xiàn)】

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1 魏關(guān)鋒;江燕斌;吳志輝;錢宇;;間歇結(jié)晶過(guò)程模型和動(dòng)態(tài)優(yōu)化研究的進(jìn)展[J];計(jì)算機(jī)與應(yīng)用化學(xué);2006年07期

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本文編號(hào)：2784153