超臨界萃取過程溫度和壓力精準(zhǔn)控制技術(shù)研究.pdf

1、在CO2超臨界萃取過程中，溫度和壓力是最重要的控制參數(shù)，溫度和壓力在CO2臨界點附近細(xì)微變化，就會使被萃取物在CO2中的溶解能力發(fā)生顯著改變，影響萃取率，因此CO2超臨界萃取過程對溫度和壓力控制精度要求較高，而在萃取過程中溫度和壓力又受到多種可測和不可測的干擾，溫度和壓力兩者之間又存在一定的耦合問題，所以超臨界萃取過程中溫度及壓力的精確控制存在一定困難，研究CO2超臨界萃取過程溫度和壓力解耦控制，對提高萃取率及萃取質(zhì)量意義很大。

2、　　本文在深入分析萃取過程機理的基礎(chǔ)上，建立了部分?jǐn)?shù)學(xué)模型，基于模型，提出采用多變量推理控制方法控制萃取過程中萃取釜內(nèi)的溫度和壓力。仿真結(jié)果表明：該方法可以實現(xiàn)萃取過程中溫度和壓力之間的解耦、給定值擾動下的完全跟蹤和不可測擾動下的完全補償，并且對控制過程不確定性具有一定適應(yīng)能力，為提高CO2超臨界萃取率及萃取質(zhì)量提供理論基礎(chǔ)，基于以上本文完成的主要研究內(nèi)容如下：
　　1、針對萃取過程中萃取釜內(nèi)的主要控制參數(shù)溫度和壓力，采用機理與實

3、驗相結(jié)合的建模方法，利用能量守恒原理建立了萃取釜內(nèi)溫度與加熱時間之間的數(shù)學(xué)模型和萃取釜內(nèi)壓力與電機轉(zhuǎn)速之間的數(shù)學(xué)模型；針對萃取過程萃取釜內(nèi)的溫度及壓力之間的耦合問題，采用PR狀態(tài)方法建立了溫度與電機轉(zhuǎn)速之間的數(shù)學(xué)模型及壓力與加熱時間之間的數(shù)學(xué)模型。最后對比了實測值與模型計算值的誤差，分析了所建數(shù)學(xué)模型的精度，為萃取釜內(nèi)溫度和壓力的精準(zhǔn)控制提供了理論基礎(chǔ)。
　　2、在對CO2超臨界萃取中萃取釜的溫度和壓力模型建立的基礎(chǔ)上，針對溫度和

4、壓力具有非線性、強耦合及干擾不可測的特點，提出了采用多變量的推理控制方法，并且理論分析了該方法不但能實現(xiàn)萃取過程中溫度和壓力之間的解耦，還可以實現(xiàn)設(shè)定值擾動下的完全跟蹤和不可測擾動下的完全補償。針對實際控制過程中V規(guī)范型控制器出現(xiàn)超前項的問題，給出了V規(guī)范型控制器的設(shè)計方法。最后為了更好的凸顯出本文所采用控制方法的的優(yōu)勢，在同樣條件下對萃取釜內(nèi)的溫度和壓力建立的相關(guān)模型進行了仿真分析，對比了采用PID控制方法及多變量推理控制方法的控制效

5、果，得出了本文所提出的控制方法有效性及可行性。
　　3、對CO2超臨界萃取過程中溫度和壓力控制系統(tǒng)進行了硬件和軟件兩部分的設(shè)計，控制系統(tǒng)分兩層結(jié)構(gòu)：上層為監(jiān)控層，選擇MCGS組態(tài)軟件對萃取釜內(nèi)系統(tǒng)所控制參數(shù)的變化趨勢實時監(jiān)控并報警，組建了人機界面；下位機選擇可編程邏輯控制器PLC為控制核心，萃取釜內(nèi)的溫度以及壓力通過測溫元件與測壓元件測量之后，經(jīng)過A/D轉(zhuǎn)換后將測量的實際輸入給控制器，通過多變量推理算法運算后輸出控制數(shù)據(jù)給調(diào)壓裝置