一种可视化色谱分离系统及其分离控制方法与流程

本发明涉及色谱分离及流体控制，具体为一种可视化色谱分离系统及其分离控制方法。

背景技术：

1、在色谱分离及流体控制技术领域，现有的分离系统通常采用不锈钢或深色聚合物材质制成的封闭式色谱柱。这类结构设计导致最核心的分离场所——色谱柱内部处于“黑箱”状态。操作人员无法直接观测到柱体内的填料装填状态、流体分布形态以及目标产物的迁移过程。

2、由于缺乏对内部物理状态的实时监控手段，现有系统的分离参数调控严重滞后且依赖人工经验，在传统工艺中，面对分离效果不佳的情况，操作人员通常需要凭借个人经验反复试错，手动调整流速、压力或进样量，这种方式不仅耗时费力，而且由于无法通过视觉直观判断填料的分布均匀性及流体前沿的推进状态，导致批次间的分离重复性难以保证，产品质量波动大，特别是在模拟移动床等复杂连续分离工艺中，无法根据各柱体的实时饱和状态进行精准切换，进一步限制了分离效率的提升。

3、虽然现有技术中偶有采用玻璃柱来实现可视化观察的方案，但这些方案存在致命的工程化缺陷，玻璃材质虽然透明，但其机械强度极低，耐腐蚀性差，无法承受工业化制备色谱中常见的高压环境（通常要求耐压10mpa以上），同时，玻璃柱极易破碎，存在安全隐患，且难以进行自动化改造，此外，即便是采用了透明柱体，现有技术也仅仅停留在“目视观察”层面，缺乏将视觉信息与控制系统深度融合的机制，无法实现“观察-分析-调控”的闭环自动化控制，导致可视化仅流于形式，无法转化为实际的生产力增益。

4、综上所述，现有色谱分离系统普遍存在“黑箱操作、调控滞后、透明材料强度不足、缺乏智能协同”的技术痛点，因此，迫切需要开发一种能够兼具高机械强度与可视化能力的分离器件，并能将实时获取的内部视觉信息转化为控制指令，从而实现分离过程的动态优化与闭环控制。

技术实现思路

1、本发明的目的在于提供一种可视化色谱分离系统及其分离控制方法，以解决上述背景技术中提出的问题。

2、为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：一种可视化色谱分离系统，包括：

3、中空分离器件，用于实现流体分离并允许内部状态被实时观察；

4、可视信息获取模块，用于获取所述分离器件内部的流体或填料状态信息；

5、状态分析模块，用于接收并处理所述状态信息，以判断分离过程中的填料分布状态及流体前沿位置；

6、控制模块，用于根据所述状态分析模块的判断结果生成调控指令；

7、执行模块，用于接收并执行所述调控指令，以调整分离参数；

8、其中，所述可视信息获取模块、状态分析模块、控制模块及执行模块之间形成分离过程的闭环控制系统。

9、优选的，所述可视信息获取模块包括光学观察装置及图像采集装置，所述系统还包括光源组件，所述光源组件用于为所述分离器件内部提供稳定的照明光线，所述图像采集装置为高清摄像机或工业相机，其采集方向垂直于所述分离器件的中轴线。

10、优选的，所述状态分析模块包括图像预处理单元，所述图像预处理单元用于对所述图像采集装置获取的原始图像进行去噪、增强及边缘提取处理，并通过对连续帧图像的对比分析，识别出分离器件内是否发生通道效应或填料分布不均的现象。

11、优选的，所述执行模块包括流体输送泵和背压调节阀；所述控制模块通过pid控制算法调节所述流体输送泵的转速以改变流速，通过调节所述背压调节阀以改变系统压力。

12、优选的，所述中空分离器件由具有优异机械强度和化学惰性的高分子聚合物材料制成，优选为peek或pekk材料，使得所述系统能够适用于高压分离环境。

13、优选的，所述系统还包括报警模块，所述报警模块与所述状态分析模块电连接；当所述状态分析模块判断出分离器件内部的填料出现断裂、干裂或严重的通道效应时，所述报警模块发出声光报警信号并反馈至控制模块以暂停分离进程。

14、优选的，所述分离器件内填充有荧光吸附性介质填料，所述可视信息获取模块还包括激发光光源，所述激发光光源照射在所述填料上使其显示荧光背景，以便于清晰观测被分离物质在荧光背景中形成的环状有色荧光带。

15、优选的，所述系统应用于模拟移动床色谱分离工艺，所述分离器件为多个且通过管路和切换阀相互连接；所述控制模块根据各分离器件内的实时可视化状态，协同控制所述切换阀的动作时序，以实现多柱体的连续分离与在线反洗。

16、优选的，所述中空分离器件的内侧壁具有极高的内壁一致性及光洁度，以减小流体流动过程中的管壁效应，且所述分离器件的外壁设有刻度标尺，用于辅助标定流体前沿的实时位置。

17、一种基于可视化流体分离系统的分离控制方法，包括以下步骤：

18、s1：通过可视信息获取模块实时获取分离器件内部的视觉状态信息；

19、s2：将获取的视觉信息传输至状态分析模块，通过图像识别技术分析并判断当前的分离状态是否正常；

20、s3：若分离状态异常，控制模块根据预设的补偿策略自动生成调控指令；

21、s4：执行模块接收所述调控指令，动态调整流速、压力和进样量中的至少一种参数，直至状态分析模块判定分离状态恢复至最优水平。

22、与现有技术相比，本发明的有益效果是：

23、本可视化色谱分离系统及其分离控制方法，实现分离过程实时可视化，通过直接观察填料分布与流体前沿，替代传统间接参数判断，可即时识别通道效应等异常，显著提升分离状态监测的准确性与及时性。

24、本可视化色谱分离系统及其分离控制方法，构建“观察-分析-调控-执行”闭环控制系统，基于实时可视化信息动态调节流速、压力等参数，有效解决传统调控滞后的问题，大幅提升分离效率与批次间重复性。

25、本可视化色谱分离系统及其分离控制方法，采用pekk等高强度材料制备分离器件，兼具优异机械强度与化学惰性，突破透明材料的高压限制，使系统可稳定适用于高压分离场景，满足工程化应用需求。

26、本可视化色谱分离系统及其分离控制方法，通过可视化反馈优化分离参数，减少试错性调试，降低溶剂消耗与人工干预成本，同时避免因填料异常未及时处理导致的产品不合格，提升生产经济性与稳定性。

1.一种可视化流体分离系统，其特征在于，包括：

2.根据权利要求1所述的可视化流体分离系统，其特征在于，所述可视信息获取模块包括光学观察装置及图像采集装置，所述系统还包括光源组件，所述光源组件用于为所述分离器件内部提供稳定的照明光线，所述图像采集装置为高清摄像机或工业相机，其采集方向垂直于所述分离器件的中轴线。

3.根据权利要求2所述的可视化流体分离系统，其特征在于，所述状态分析模块包括图像预处理单元，所述图像预处理单元用于对所述图像采集装置获取的原始图像进行去噪、增强及边缘提取处理，并通过对连续帧图像的对比分析，识别出分离器件内是否发生通道效应或填料分布不均的现象。

4.根据权利要求1所述的可视化流体分离系统，其特征在于，所述执行模块包括流体输送泵和背压调节阀；所述控制模块通过pid控制算法调节所述流体输送泵的转速以改变流速，通过调节所述背压调节阀以改变系统压力。

5.根据权利要求1所述的可视化流体分离系统，其特征在于，所述中空分离器件由具有优异机械强度和化学惰性的高分子聚合物材料制成，优选为peek或pekk材料，使得所述系统能够适用于高压分离环境。

6.根据权利要求1所述的可视化流体分离系统，其特征在于，所述系统还包括报警模块，所述报警模块与所述状态分析模块电连接；当所述状态分析模块判断出分离器件内部的填料出现断裂、干裂或严重的通道效应时，所述报警模块发出声光报警信号并反馈至控制模块以暂停分离进程。

7.根据权利要求1所述的可视化流体分离系统，其特征在于，所述分离器件内填充有荧光吸附性介质填料，所述可视信息获取模块还包括激发光光源，所述激发光光源照射在所述填料上使其显示荧光背景，以便于清晰观测被分离物质在荧光背景中形成的环状有色荧光带。

8.根据权利要求1所述的可视化流体分离系统，其特征在于，所述系统应用于模拟移动床色谱分离工艺，所述分离器件为多个且通过管路和切换阀相互连接；所述控制模块根据各分离器件内的实时可视化状态，协同控制所述切换阀的动作时序，以实现多柱体的连续分离与在线反洗。

9.根据权利要求1所述的可视化流体分离系统，其特征在于，所述中空分离器件的内侧壁具有极高的内壁一致性及光洁度，以减小流体流动过程中的管壁效应，且所述分离器件的外壁设有刻度标尺，用于辅助标定流体前沿的实时位置。

10.一种基于权利要求1至9任一项所述可视化流体分离系统的分离控制方法，其特征在于，包括以下步骤：