基于粒數(shù)衡算的結(jié)晶過程粒度分布預(yù)測與優(yōu)化.pdf

1、近些年來結(jié)晶過程在諸如醫(yī)藥、微電子以及食品等工業(yè)扮演著重要的角色，結(jié)晶過程對于產(chǎn)品質(zhì)量（粒度分布）的把控有著極其重要的影響。同時結(jié)晶過程的難點(diǎn)還在于如何能產(chǎn)出均勻的期望粒度分布并具有可重復(fù)性。為解決相關(guān)問題，本文整體采用基于模型的結(jié)晶過程控制方法，以優(yōu)化問題為導(dǎo)向，可計(jì)算出對結(jié)晶過程具有指導(dǎo)意義的優(yōu)化控溫曲線，實(shí)現(xiàn)對產(chǎn)品質(zhì)量的提升。粒數(shù)衡算模型用來對結(jié)晶過程進(jìn)行建模，以動態(tài)跟蹤粒度分布的演化過程。粒數(shù)衡算模型涉及到非線性的積分微分方程的

2、求解，在采用粒度相關(guān)的生長模型中，為便于直接求解出最后產(chǎn)品的粒度分布，采用特征曲線法進(jìn)行求解，甚至當(dāng)模型進(jìn)行簡化后可能會有解析解。為在各離散時間點(diǎn)提取預(yù)測粒度分布，采用有限體積高精度算法求解粒數(shù)衡算模型。為估計(jì)粒度相關(guān)生長模型的參數(shù)，設(shè)計(jì)三組不同操作條件下的結(jié)晶實(shí)驗(yàn)，分別用兩種方式進(jìn)行參數(shù)估計(jì)。一種為基于優(yōu)化問題的參數(shù)估計(jì)方法，根據(jù)每組實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)以迭代的方式不斷提高對參數(shù)估計(jì)的精度。另一種為基于馬爾可夫鏈蒙特卡羅采樣方法的參數(shù)估計(jì)方法，以

3、解決參數(shù)期望涉及到積分難以求解的問題，并能同時得到參數(shù)不確定性。
　　本研究針對β型L-谷氨酸冷卻結(jié)晶過程，為使產(chǎn)品達(dá)到期望粒度分布，通過優(yōu)化結(jié)晶過程的過飽和度來計(jì)算得出最優(yōu)控溫曲線，實(shí)現(xiàn)基于恒定過飽和度的晶體生長過程控制優(yōu)化。優(yōu)化得出的恒定過飽和度值可使晶體在介穩(wěn)區(qū)內(nèi)平穩(wěn)生長，避免成核發(fā)生。依據(jù)維持該過飽和度的控溫曲線控制溶液溫度，通過圖像處理系統(tǒng)分析實(shí)驗(yàn)產(chǎn)品的粒度分布，證明了基于最優(yōu)恒定過飽和度晶體生長過程控制的有效性。在單純