1.一种超临街萃取过程溶解度优化方法,其特征在于,该方法包括以下步骤:步骤一、温度-压力过程与溶解度建模;
步骤二、温度-压力解耦控制与溶解度优化计算;
步骤三、实验结果的分析。
2.根据权利要求1所述的一种超临街萃取过程溶解度优化方法,其特征在于,所述的步骤一的具体方法如下:
11)采用灰色技术对SFE过程中的温度和压力过程的UEIGOM进行建模,方程如下:式中,序列 为经过灰色计算后生成的序列,单位为K或MPa;a、b、c为UEIGOM模型参数; 为模型的残差; 为温度或是压力的原始数据序列; 为经过累减运算后的序列,即所要获得的温度和压力的UEIGOM模型;
Δt为平均时间间隔,
12)PR模型建模,方程如下:
式中,x∈R2为模型状态变量,x1为温度,单位为K,x2为压力,单位为MPa;u∈R2为模型输入;y∈R2为模型输出,y1为温度,单位为K,y2为压力,单位为MPa;
为模型干扰, 为压力对温度的干扰,单位为K,η1x1+η2x11/2+η3为温度对压力的干扰,单位为MPa;a1a2b1b2η1η2η3ζ1ζ2ζ3ζ4≠0,它们为系统参数,均为常数;x0=[0 0]T为模型初始值; 为干扰初始值;
令 系统(14)可表示为:
式中,令 e1
(x)=a1[-p1(x2)+p1(x20) 0]T;e2(x)=a2[0 -p2(x1)+p2(x10)]T; 可将模型的输出中的干扰转换成状态变量中的干扰,将不可输入输出解耦问题转换为干扰解耦问题。
13)溶解度建模,方程如下:
对于低挥发性溶质,摩尔分数 可以表示为:式中,pv(T)为溶质的蒸气压,单位为MPa;Vm为纯溶质的体积,单位为L;φ2为逸度系数,R为气体常数;T为温度,单位为K,其计算公式为:其中 , f
(ω1)=0.37464+1.54226ω1-0.26992ω12;f(ω2)=0.37464+1.54226ω2-0.26992ω22;
式中,pc,1为二氧化碳临界压力,单位为MPa;pc,2为萃取物质的临界压力,单位为MPa;
Tc,1为二氧化碳临界温度,单位为K;Tc,2为萃取物质的临界温度,单位为K;Tb,1为二氧化碳沸点,单位为K;Tb,2为萃取物质沸点,单位为K。
3.根据权利要求1所述的一种超临街萃取过程溶解度优化方法,其特征在于,所述的步骤二的具体方法如下:
21)温度—压力解耦控制
温度和压力控制器均采用PID控制器,PID传递函数如下:式中,KP为比例增益;TI为积分时间;TD为微分时间;s为拉普拉斯变换变量。
22)溶解度优化计算
溶解度优化的目标是寻找最优工作点,即寻找最优的温度与压力以获得SFE过程最大溶解度;萃取过程得率用λ(T,p)的函数来描述,即:式中, 因此,优化计算为:
Tl≤T≤Th
pl≤p≤ph
式中,Tl和Th分别为最低和最高温度值,单位为K。
4.根据权利要求1所述的一种超临街萃取过程溶解度优化方法,其特征在于,所述的步骤三的具体方法如下:
31)使用灰色技术分别对温度和压力过程建立UEIGOM模型,通过对有限数据白化,从而获得可以表征其过程的函数解析式,为后续研究提供必要的理论模型;实验验证了UEIGOM能够较好地描述SFE的温度和压力两个过程;
32)基于非线性系统微分几何的相对阶概念,研究了一类MIMO非线性系统的不可解耦问题。由于其解耦矩阵存在奇异性,不满足解耦条件,因此,通过输出与状态变量变换将其转换为可干扰解耦问题;
33)设计了溶解度优化系统;根据设定反应温度,溶解度优化系统将计算与其对应的最优压力,即最优工作点,同时系统根据其对应的溶解度。