超临界萃取过程温度和压力精准控制技术研究

发布时间：2017-06-01 23:10

  本文关键词：超临界萃取过程温度和压力精准控制技术研究，由笔耕文化传播整理发布。

【摘要】：在CO2超临界萃取过程中,温度和压力是最重要的控制参数,温度和压力在CO2临界点附近细微变化,就会使被萃取物在CO2中的溶解能力发生显著改变,影响萃取率,因此CO2超临界萃取过程对温度和压力控制精度要求较高,而在萃取过程中温度和压力又受到多种可测和不可测的干扰,温度和压力两者之间又存在一定的耦合问题,所以超临界萃取过程中温度及压力的精确控制存在一定困难,研究CO2超临界萃取过程温度和压力解耦控制,对提高萃取率及萃取质量意义很大。本文在深入分析萃取过程机理的基础上,建立了部分数学模型,基于模型,提出采用多变量推理控制方法控制萃取过程中萃取釜内的温度和压力。仿真结果表明:该方法可以实现萃取过程中温度和压力之间的解耦、给定值扰动下的完全跟踪和不可测扰动下的完全补偿,并且对控制过程不确定性具有一定适应能力,为提高CO2超临界萃取率及萃取质量提供理论基础,基于以上本文完成的主要研究内容如下:1、针对萃取过程中萃取釜内的主要控制参数温度和压力,采用机理与实验相结合的建模方法,利用能量守恒原理建立了萃取釜内温度与加热时间之间的数学模型和萃取釜内压力与电机转速之间的数学模型;针对萃取过程萃取釜内的温度及压力之间的耦合问题,采用PR状态方法建立了温度与电机转速之间的数学模型及压力与加热时间之间的数学模型。最后对比了实测值与模型计算值的误差,分析了所建数学模型的精度,为萃取釜内温度和压力的精准控制提供了理论基础。2、在对CO2超临界萃取中萃取釜的温度和压力模型建立的基础上,针对温度和压力具有非线性、强耦合及干扰不可测的特点,提出了采用多变量的推理控制方法,并且理论分析了该方法不但能实现萃取过程中温度和压力之间的解耦,还可以实现设定值扰动下的完全跟踪和不可测扰动下的完全补偿。针对实际控制过程中V规范型控制器出现超前项的问题,给出了V规范型控制器的设计方法。最后为了更好的凸显出本文所采用控制方法的的优势,在同样条件下对萃取釜内的温度和压力建立的相关模型进行了仿真分析,对比了采用PID控制方法及多变量推理控制方法的控制效果,得出了本文所提出的控制方法有效性及可行性。3、对CO2超临界萃取过程中温度和压力控制系统进行了硬件和软件两部分的设计,控制系统分两层结构:上层为监控层,选择MCGS组态软件对萃取釜内系统所控制参数的变化趋势实时监控并报警,组建了人机界面;下位机选择可编程逻辑控制器PLC为控制核心,萃取釜内的温度以及压力通过测温元件与测压元件测量之后,经过A/D转换后将测量的实际输入给控制器,通过多变量推理算法运算后输出控制数据给调压装置及调温装置,达到温度以及压力的精准控制。
【关键词】：CO2超临界萃取 温度 压力 多变量推理控制
【学位授予单位】：长春工业大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：TQ028.32;TP273
【目录】：

• 摘要3-4
• Abstract4-8
• 第一章 绪论8-13
• 1.1 论文的来源及意义8
• 1.1.1 论文的来源8
• 1.1.2 论文的研究意义8
• 1.2 国内外发展现状及趋势8-10
• 1.3 二氧化碳超临界萃取的优势10-11
• 1.4 二氧化碳超临界萃取的重要影响参数11
• 1.5 主要研究内容及结构安排11-13
• 1.5.1 论文的主要研究内容11-12
• 1.5.2 论文的结构安排12-13
• 第二章 超临界二氧化碳的萃取工艺13-20
• 2.1 超临界流体介绍13-14
• 2.2 超临界流体性质14-16
• 2.2.1 超临界流体的基本性质14
• 2.2.2 超临界流体的溶解性质14-16
• 2.3 超临界流体的萃取原理16-17
• 2.4 超临界二氧化碳的萃取工艺17-18
• 2.5 超临界二氧化碳萃取控制装置18-19
• 2.5.1 加压装置18-19
• 2.5.2 调温装置19
• 2.6 本章小结19-20
• 第三章 二氧化碳超临界萃取过程的数学建模20-30
• 3.1 超临界萃取过程中数学模型的重要作用20
• 3.2 建立数学模型的基本方法20-21
• 3.3 超临界萃取过程萃取釜内温度模型的建立21-23
• 3.4 超临界萃取过程萃取釜内压力模型的建立23-26
• 3.4.1 异步交流电机模型24
• 3.4.2 高压柱塞泵模型24-26
• 3.5 温度与压力的耦合模型26-29
• 3.6 本章小结29-30
• 第四章 二氧化碳超临界萃取过程中温度及压力解耦控制方法30-42
• 4.1 推理控制的来源及原理30
• 4.1.1 推理控制的来源30
• 4.1.2 推理控制原理30
• 4.2 推理控制算法在萃取过程中的应用30-32
• 4.2.1 系统组成30-31
• 4.2.2 模型误差对控制特性影响31-32
• 4.3 超临界萃取过程的多变量推理控制方法研究32-37
• 4.4 控制系统仿真分析37-41
• 4.5 本章小结41-42
• 第五章 系统实现42-60
• 5.1 系统硬件42-52
• 5.1.1 传感器42-44
• 5.1.2 控制单元44-48
• 5.1.3 执行单元48-52
• 5.1.4 键盘显示52
• 5.2 系统软件52-56
• 5.2.1 系统主程序53-54
• 5.2.2 温度控制子程序54
• 5.2.3 压力控制子程序54-55
• 5.2.4 系统初始化程序55-56
• 5.2.5 中断子程序56
• 5.3 上位机监控界面56-59
• 5.3.1 MCGS组态软件介绍56-57
• 5.3.2 MCGS在萃取控制系统的应用57-59
• 5.4 本章小结59-60
• 第六章 全文总结与前景展望60-62
• 6.1 全文总结60-61
• 6.2 前景展望61-62
• 致谢62-63
• 参考文献63-67
• 附录67-68
• 作者简介68
• 攻读硕士学位期间研究成果68

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