本发明涉及氢氧化钠制备，具体为一种基于温度调控的低成本氢氧化钙高效提纯方法及工艺。
背景技术：
1、根据中国专利号为“cn114291825a”公开的一种制备烧碱的工艺生产线及工艺方法，将浓度32％的碱液作为原料，投入至二效蒸发器中，经过二效蒸发处理后，进入到一效蒸发器中进行一效蒸发；经过一效蒸发器出来的碱液进行分流，部分经过成品片碱工序获得50％的成品碱，部分通过预浓缩器配置为浓度61％的碱液进入到浓缩系统中；浓度61％的碱液进入到降膜管中进行加热浓缩，将碱液浓度控制在99％，浓缩后的碱液进入到成品分离器进行分离，分离后通过碱液分配器分配到若干个片碱机进行片碱制备；通过所述片碱机制备得到的成品片碱送入包装工位进行包装，本发明提供了完整的烧碱工艺生产线，大大提升了烧碱的制备效率，有效地降低了能量损耗。
2、上述专利文件及现有技术在使用时存在以下技术问题：
3、问题一，上述专利文件及现有技术中，针对氢氧化钙或氢氧化钠制备过程中，温度不易精确控制，导致杂质难以有效分离，且能耗较高，无法进行热能回收利用；
4、问题二，上述文件及现有技术中，针对氢氧化钙或氢氧化钠内部的杂质无法进行针对性处理，难以应对杂质种类多样化的问题；
5、问题三，上述文件及现有技术中在对氢氧化钙或氢氧化钠制备过程中产生的废气和废热无法进行二次处理，环保性差，能量利用率低。
技术实现思路
1、解决的技术问题
2、针对现有技术的不足，本发明提供了一种基于温度调控的低成本氢氧化钙高效提纯方法及工艺，解决了以下问题：
3、1、传统提纯工艺难以应对杂质种类多样化的问题，采用智能化工艺控制，通过ai实时采集和分析数据，动态调整工艺参数，优化提纯流程，减少人为干预；
4、2、传统方法中温度不易精确控制，导致杂质难以有效分离，通过pid控制算法，可以实时调节温度，解决反应温度波动的问题；
5、3、传统工艺容易产生未处理的废气或废料，导致环境污染，本工艺通过绿色化处理设备对废气和废料进行二次处理，实现清洁排放。
6、技术方案
7、为实现以上目的，本发明通过以下技术方案予以实现：一种基于温度调控的低成本氢氧化钙高效提纯方法及工艺，所述提纯工艺如下所示：
8、sp1：原料预处理，对含杂质的氢氧化钙原料，进行初步粉碎和筛分，确保颗粒均匀，并去除大部分易分离的杂质；
9、sp2：精细化温度控制与加热，将处理好的原料送入温度分区控制的反应器中，进行分段加热，每个加热区根据不同杂质的挥发点和分解温度，通过传感器实时监控温度，利用pid控制系统自动调节加热功率；
10、sp3：多阶段反应与能量优化，根据杂质的不同反应温度，依次设置低温区、中温区和高温区进行温控处理，并在每个阶段采用热交换回收废热，将其利用到其他阶段的预加热过程中；
11、sp4：智能化工艺控制，利用ai和机器学习算法对整个反应过程进行智能监控和调整，实时采集反应器内的温度、反应速率、杂质浓度数据，ai系统根据传感器反馈的数据，实时调整各个阶段的反应参数，设置加热功率、温度设定值和反应时间，ai系统持续学习和优化提纯流程，通过历史数据建模和工艺参数优化；
12、sp5：产物冷却与废料处理，提纯后的氢氧化钙产品从反应器中导出，进入冷却装置进行冷却，反应产生的废热、废气和废料通过绿色化处理装置进行二次处理，废热通过热交换器再次回收利用。
13、优选的，所述精细化温度控制与加热中在反应器的各个加热区布置温度传感器，温度变化与加热功率关系如下：
14、pi＝ki(ttarget,i-tcurrent,i)
15、其中：
16、pi为第i个区域的加热功率，决定了该区域加热器的能量输出；
17、ki为第i个区域的热传导系数，表示热量在该区域的传递效率；
18、ttarget,i为第i区域的目标温度，反映该阶段所需达到的温度；
19、tcurrent,i为第i区域的当前温度，是实际测得的温度。
20、优选的，所述精细化温度控制与加热中基于pid控制算法，调节加热元件的功率，pid控制方程用于精确调节温度，公式如下：
21、
22、其中：
23、u(t)，控制信号，指的是加热功率调整量，用于控制每个区域的加热元件的功率；
24、kp，为比例增益系数，决定了温差e(t)＝ttarget,i-tcurrent,i对加热功率调节的影响程度；
25、ki，积分增益系数，反映过去温差的累积对当前加热功率的影响，用于消除长期的稳态误差；
26、kd，微分增益系数，反映温差的变化率对加热功率的影响，用于预测温差趋势，减缓响应过度；
27、e(t)，为目标温度与当前温度的差值e(t)，是需要消除的误差；
28、为误差的时间积分，表示误差随时间的累积影响；
29、为误差的变化率，表示误差随时间的变化趋势。
30、优选的，所述多阶段反应与能量优化中，根据杂质的物理化学性质，将反应过程划分为多个温控阶段，每个阶段设定不同的目标温度，以分离特定杂质，采用阿伦尼乌斯方程用于描述各个阶段的反应速率与温度的关系，公式如下：
31、
32、其中：
33、k(t)为反应速率常数，表示在温度t下反应的速度，用于描述不同温度下的化学反应速率；
34、a为频率因子，表示分子碰撞的频率和有效碰撞的几率，与反应物的本质相关；
35、ea为活化能，表示使反应发生所需的最小能量，活化能越高，反应越慢；
36、r为气体常数，值为8.314j/mol用于将温度与能量联系起来；
37、t为绝对温度，单位为开尔文，影响分子动能和碰撞几率。
38、优选的，所述多阶段反应与能量优化中，每个反应阶段通过热交换器进行热能回收，使用卡诺效率公式评估能量回收的效率，公式如下：
39、
40、卡诺效率，表示从高温热源中提取能量并将其转化为有用功的最大可能效率；
41、低温热源的绝对温度，单位卡尔文，此温度越高，效率越低；
42、高温热源的绝对温度，单位卡尔文，此温度越高，效率越高。
43、优选的，所述智能化工艺控制中，在整个提纯工艺中布置物联网设备，进行温度、压力、反应速率和杂质浓度的监测，ai系统通过机器学习算法分析立式数据，并通过不断更新优化反应条件，进行工艺优化，优化公式如下：
44、maxt，p，te(t,p,t)
45、其中：
46、e(t,p,t)为提纯效率函数，表示在特定的温度t、加热功率p、反应时间t下提纯工艺的效率；
47、t为温度，工艺过程中各阶段的反应温度；
48、p为加热功率，决定了反应器中热能的输入量；
49、t为反应时间，指各阶段反应持续的时间。
50、优选的，所述原料预处理中，对含杂质的氢氧化钙原料进行粉碎时粉碎粒径控制在100-200μm，通过重力分选法或磁悬法去除铁屑、泥沙杂质，采用袋式除尘器进行粉碎过程中的粉尘排放处理。
51、优选的，所述精细化温度控制与加热中在每个加热区布置高精度热电偶温度传感器，实时监测温度变化，温度信号通过控制系统传输到pid控制器，由pid控制算法调节加热功率，确保温度始终保持在最佳范围。
52、优选的，所述多阶段反应与能量优化中进一步包括以下内容：
53、低温区温度设定在100-200℃，主要去除水分、挥发性杂质和低熔点的有机物；
54、中温区温度设定在300-500℃，分解含中等熔点的无机杂质，此时反应速率较高，通过温度梯度控制优化反应时间；
55、高温区温度设定在600-900℃，用于去除金属氧化物等耐高温杂质，达到氢氧化钙的高纯度提纯要求。
56、优选的，所述产物冷却与废料处理中提纯完成后的氢氧化钙通过传输装置进入冷却系统，采用逆流冷却或空气冷却技术，使产物迅速降温，废热通过热交换器再次回收，部分用于前一阶段的预加热，其余可用于其他厂区供热或发电，反应过程中产生的废气通过绿色环保设备处理，经过洗涤塔或过滤装置净化后排出。
57、有益效果
58、本发明提供了一种基于温度调控的低成本氢氧化钙高效提纯方法及工艺。
59、具备以下有益效果：
60、1、本发明采用精细化温度控制和分区加热，各加热区根据不同杂质的挥发点、分解温度，实时监控温度，确保每一阶段温度精准达到设定值，采用pid控制算法调节加热功率，避免过热或不足，确保氢氧化钙的纯度，能量回收系统通过热交换器将反应过程中产生的废热回收，并用于预加热其他阶段的原料，有效降低能耗。
61、2、本发明采用工艺中设定低温区、中温区和高温区，依据杂质的物理化学性质分阶段加热处理，通过智能化工艺控制，结合ai与机器学习技术，工艺参数，如温度、加热功率、反应时间实时调整，动态优化提纯流程，确保提纯过程自动化、智能化，ai通过历史数据建模，不断优化和学习，提升提纯效果和反应速率。
62、3、本发明工艺采用环保设计，包含废热、废气及废料处理装置，反应过程中产生的废热通过热交换器回收并二次利用于其他工艺环节，减少能耗，同时，废气通过洗涤塔和过滤装置处理，确保排放符合环保标准，废料如金属杂质可以通过二次利用回收，减少环境污染和资源浪费。
1.一种基于温度调控的低成本氢氧化钙高效提纯工艺，其特征在于：所述提纯工艺如下所示：
2.根据权利要求1所述的一种基于温度调控的低成本氢氧化钙高效提纯工艺，其特征在于：所述精细化温度控制与加热中在反应器的各个加热区布置温度传感器，温度变化与加热功率关系如下：
3.根据权利要求1所述的一种基于温度调控的低成本氢氧化钙高效提纯工艺，其特征在于：所述精细化温度控制与加热中基于pid控制算法，调节加热元件的功率，pid控制方程用于精确调节温度，公式如下：
4.根据权利要求1所述的一种基于温度调控的低成本氢氧化钙高效提纯工艺，其特征在于：所述多阶段反应与能量优化中，根据杂质的物理化学性质，将反应过程划分为多个温控阶段，每个阶段设定不同的目标温度，以分离特定杂质，采用阿伦尼乌斯方程用于描述各个阶段的反应速率与温度的关系，公式如下：
5.根据权利要求1所述的一种基于温度调控的低成本氢氧化钙高效提纯工艺，其特征在于：所述多阶段反应与能量优化中，每个反应阶段通过热交换器进行热能回收，使用卡诺效率公式评估能量回收的效率，公式如下：
6.根据权利要求1所述的一种基于温度调控的低成本氢氧化钙高效提纯工艺，其特征在于：所述智能化工艺控制中，在整个提纯工艺中布置物联网设备，进行温度、压力、反应速率和杂质浓度的监测，ai系统通过机器学习算法分析立式数据，并通过不断更新优化反应条件，进行工艺优化，优化公式如下：
7.根据权利要求1-6任意所述的一种基于温度调控的低成本氢氧化钙高效提纯工艺的方法，其特征在于：所述原料预处理中，对含杂质的氢氧化钙原料进行粉碎时粉碎粒径控制在100-200μm，通过重力分选法或磁悬法去除铁屑、泥沙杂质，采用袋式除尘器进行粉碎过程中的粉尘排放处理。
8.根据权利要求1-6任意所述的一种基于温度调控的低成本氢氧化钙高效提纯工艺的方法，其特征在于：所述精细化温度控制与加热中在每个加热区布置高精度热电偶温度传感器，实时监测温度变化，温度信号通过控制系统传输到pid控制器，由pid控制算法调节加热功率，确保温度始终保持在最佳范围。
9.根据权利要求1-6任意所述的一种基于温度调控的低成本氢氧化钙高效提纯工艺的方法，其特征在于：所述多阶段反应与能量优化中进一步包括以下内容：
10.根据权利要求1-6任意所述的一种基于温度调控的低成本氢氧化钙高效提纯工艺的方法，其特征在于：所述产物冷却与废料处理中提纯完成后的氢氧化钙通过传输装置进入冷却系统，采用逆流冷却或空气冷却技术，使产物迅速降温，废热通过热交换器再次回收，部分用于前一阶段的预加热，其余可用于其他厂区供热或发电，反应过程中产生的废气通过绿色环保设备处理，经过洗涤塔或过滤装置净化后排出。
