分子蒸馏产品密度实时检测分析和自适应控制方法

分子蒸馏产品密度实时检测分析和自适应控制方法

李诚（黑龙江省计算中心，黑龙江哈尔滨150036）

摘要：概要说明了LFZ1离心式分子蒸馏装置及其工艺流程，重点介绍分子蒸馏产品密度实时检测分析和自适应控制方法。根据Γ射线穿过被测液体产品的衰减规律，测算馏份产品的密度；采用由一种带时变噪声的系统模型推导出的自适应控制器，实现分子蒸馏产品密度自动控制。

关键词：LFZ1；密度分析；自适应控制器

引言

LFZ1是黑龙江省计算中心与国防科工委远望公司（北京）联合开发研制的高真空离心式分子蒸馏装置。研发该装置是国家921工程的一个子项目。实现分子蒸馏产品及中间产品的密度实时测量和自适应控制，是其中的一项重要课题。

LFZ1主体设备由锥型旋转加热面、冷却冷凝（面）器、重组份冷却器、冷热面间距调节系统、各馏份收集器、进料预热系统、高真空机组、在线分析仪以及计算机测控系统组成。其工艺流程如下：待分离精制的物料由调速齿轮泵输送，经过预热先后进入两级除气系统，除掉物料中的水气、气体、轻组份及其他溶剂。经过充分除气的物料再次预热后，进入高真空蒸馏室内——直接流到转动的加热面中心处；物料在旋转加热面上被加热，同时按涡旋线轨迹，不断向加热面外围移动形成液膜；液膜上的较轻组分的分子飞射到冷凝面上被冷凝。由冷凝面导出的轻馏份和由加热面溢出的重馏份，分别经分析仪进行密度在线分析，进入各自的缓存罐内。

为获得高纯度的产品，常需要经过多次循环蒸馏操作。对分子蒸馏室而言，因进料组成不断变化，操作条件也不断变换。相对于一种进料，影响目的产品浓度及得率的主要操作变量是蒸馏室真空度、热面温度、冷热面间距及温差。分子蒸馏产品密度实时测控子系统的任务是：在线测算蒸馏产品密度；按照给定的设定值序列，自动调节冷、热面温度以控制分馏切割点。使蒸馏过程达到和保持最佳状态。

1产品密度在线分析

产品密度在线分析仪是一种利用Γ射线进行密度检测分析的高精度智能分析设备，可对各类分子蒸馏产品、中间产品进行非接触、实时测量，工作中不受被测介质的温度、压力、粘度、导电性等物理性能的影响。分析仪由Γ射线放射源、密封于钢管护套中的光电探头（探测器）和智能分析器组成。

1．1工作原理

射源发出的Γ射线，穿过被测介质，被探测器接收；所探测到的信号经放大、滤波处理后，由输入通道传送给智能分析器。按照介质对射线的吸收定律，Γ射线穿过介质后，其强度按指数规律衰减；而衰减程度与介质的密度有关。智能分析器由射源发出的Γ射线强度、探测器接收的射线强度，经分析计算可计算出被测介质的密度、浓度。工作原理如图1所示。

1．2分析公式

被测介质的密度分析计算的依据是介质对射线的吸收定律。

当被测介质及容器确定后，d即为常数，I0、μM、由离线标定获得。在线测算分析时，被测介质的密度ρ只与探测器测得的射线强度有关。

2产品密度自适应控制

2．1自适应控制器

鉴于被控对象的动态特性，我们采用了如下的带有未知时变噪声的系统模型。

Y*（t）是已知的参考序列（产品密度设定值）；Si，gi是调试确定的权系数（常数）。时变参数ai（t）和bi（t）由一种改进的自适应Kalman滤波在线递推估计。

与通常控制模型比，该控制器有如下特点：噪声统计不是事先已知的，而是具有一定的时变特性；控制算法比较简单，便于实现。

2．2实用效果

上述控制器经过较长时间的离线调试后在LFZ1装置上投入使用。运行结果表明，控制器具有良好的性能：

（1）用该控制器给出的控制量与同步运行的PID算法及人工经验调节大致吻合，但是控制量的变化更合理。

（2）密度设定值修改后，在很短的时间内，控制输出即稳定在新设定值附近，表明了控制器的良好特性。

（3）有时因操作工艺的变动，如调整冷热面间距而引起密度较大波动。控制器也可以在较短的时间内使被控对象恢复到稳定的状态，体现了控制器对时变系统的很好的自适应特性。

参考文献

[1]邓自立，郭一新.动态系统分析及其应用[M].沈阳：辽宁科学技术出版社，1988.

[2]裴小军，何权.一种实用的生产调优系统[J].黑龙江大学自然科学学报，1994，11（3）.