基于粒數(shù)衡算的結晶過程粒度分布預測與優(yōu)化.pdf

1、近些年來結晶過程在諸如醫(yī)藥、微電子以及食品等工業(yè)扮演著重要的角色，結晶過程對于產品質量（粒度分布）的把控有著極其重要的影響。同時結晶過程的難點還在于如何能產出均勻的期望粒度分布并具有可重復性。為解決相關問題，本文整體采用基于模型的結晶過程控制方法，以優(yōu)化問題為導向，可計算出對結晶過程具有指導意義的優(yōu)化控溫曲線，實現(xiàn)對產品質量的提升。粒數(shù)衡算模型用來對結晶過程進行建模，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，在采用粒度相關的生長模型中，為便于直接求解出最后產品的粒度分布，采用特征曲線法進行求解，甚至當模型進行簡化后可能會有解析解。為在各離散時間點提取預測粒度分布，采用有限體積高精度算法求解粒數(shù)衡算模型。為估計粒度相關生長模型的參數(shù)，設計三組不同操作條件下的結晶實驗，分別用兩種方式進行參數(shù)估計。一種為基于優(yōu)化問題的參數(shù)估計方法，根據(jù)每組實驗數(shù)據(jù)以迭代的方式不斷提高對參數(shù)估計的精度。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-谷氨酸冷卻結晶過程，為使產品達到期望粒度分布，通過優(yōu)化結晶過程的過飽和度來計算得出最優(yōu)控溫曲線，實現(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)分析實驗產品的粒度分布，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