分子蒸餾產品密度檢測分析論文

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摘要：概要說明了LFZ1離心式分子蒸餾裝置及其工藝流程，重點介紹分子蒸餾產品密度實時檢測分析和自適應控制方法。根據Γ射線穿過被測液體產品的衰減規律，測算餾份產品的密度；采用由一種帶時變噪聲的系統模型推導出的自適應控制器，實現分子蒸餾產品密度自動控制。

關鍵詞：LFZ1；密度分析；自適應控制器

引言

LFZ1是黑龍江省計算中心與國防科工委遠望公司（北京）聯合開發研制的高真空離心式分子蒸餾裝置。研發該裝置是國家921工程的一個子項目。實現分子蒸餾產品及中間產品的密度實時測量和自適應控制，是其中的一項重要課題。

LFZ1主體設備由錐型旋轉加熱面、冷卻冷凝（面）器、重組份冷卻器、冷熱面間距調節系統、各餾份收集器、進料預熱系統、高真空機組、在線分析儀以及計算機測控系統組成。其工藝流程如下：待分離精制的物料由調速齒輪泵輸送，經過預熱先后進入兩級除氣系統，除掉物料中的水氣、氣體、輕組份及其他溶劑。經過充分除氣的物料再次預熱后，進入高真空蒸餾室內——直接流到轉動的加熱面中心處；物料在旋轉加熱面上被加熱，同時按渦旋線軌跡，不斷向加熱面外圍移動形成液膜；液膜上的較輕組分的分子飛射到冷凝面上被冷凝。由冷凝面導出的輕餾份和由加熱面溢出的重餾份，分別經分析儀進行密度在線分析，進入各自的緩存罐內。

為獲得高純度的產品，常需要經過多次循環蒸餾操作。對分子蒸餾室而言，因進料組成不斷變化，操作條件也不斷變換。相對于一種進料，影響目的產品濃度及得率的主要操作變量是蒸餾室真空度、熱面溫度、冷熱面間距及溫差。分子蒸餾產品密度實時測控子系統的任務是：在線測算蒸餾產品密度；按照給定的設定值序列，自動調節冷、熱面溫度以控制分餾切割點。使蒸餾過程達到和保持最佳狀態。

1產品密度在線分析

產品密度在線分析儀是一種利用Γ射線進行密度檢測分析的高精度智能分析設備，可對各類分子蒸餾產品、中間產品進行非接觸、實時測量，工作中不受被測介質的溫度、壓力、粘度、導電性等物理性能的影響。分析儀由Γ射線放射源、密封于鋼管護套中的光電探頭（探測器）和智能分析器組成。

1．1工作原理

射源發出的Γ射線，穿過被測介質，被探測器接收；所探測到的信號經放大、濾波處理后，由輸入通道傳送給智能分析器。按照介質對射線的吸收定律，Γ射線穿過介質后，其強度按指數規律衰減；而衰減程度與介質的密度有關。智能分析器由射源發出的Γ射線強度、探測器接收的射線強度，經分析計算可計算出被測介質的密度、濃度。工作原理如圖1所示。

1．2分析公式

被測介質的密度分析計算的依據是介質對射線的吸收定律。

當被測介質及容器確定后，d即為常數，I0、μM、由離線標定獲得。在線測算分析時，被測介質的密度ρ只與探測器測得的射線強度有關。

2產品密度自適應控制

2．1自適應控制器

鑒于被控對象的動態特性，我們采用了如下的帶有未知時變噪聲的系統模型。

Y*（t）是已知的參考序列（產品密度設定值）；Si，gi是調試確定的權系數（常數）。時變參數ai（t）和bi（t）由一種改進的自適應Kalman濾波在線遞推估計。

與通常控制模型比，該控制器有如下特點：噪聲統計不是事先已知的，而是具有一定的時變特性；控制算法比較簡單，便于實現。

2．2實用效果

上述控制器經過較長時間的離線調試后在LFZ1裝置上投入使用。運行結果表明，控制器具有良好的性能：

（1）用該控制器給出的控制量與同步運行的PID算法及人工經驗調節大致吻合，但是控制量的變化更合理。

（2）密度設定值修改后，在很短的時間內，控制輸出即穩定在新設定值附近，表明了控制器的良好特性。

（3）有時因操作工藝的變動，如調整冷熱面間距而引起密度較大波動。控制器也可以在較短的時間內使被控對象恢復到穩定的狀態，體現了控制器對時變系統的很好的自適應特性。

參考文獻

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