CN108291883B

CN108291883B - 中和系统

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Publication number: CN108291883B
Application number: CN201680069961.5A
Authority: CN
Inventors: A.屈佩尔
Original assignee: Bayer AG
Current assignee: Bayer AG
Priority date: 2015-09-30
Filing date: 2016-09-26
Publication date: 2021-06-22
Anticipated expiration: 2036-09-26
Also published as: US20180257056A1; CN108291883A; EP3356806A1; US10300449B2; JP6816131B2; WO2017055197A1; JP2018537266A; AU2016330651A1; CA3000034A1; AU2016330651B2; EP3356806B1

Abstract

本发明涉及中和设备（100），包括至少一个反应室（102），所述反应室具有用于含酸产物的第一送料器（114）和至少一个用于含碱产物的另外的送料器（116）。其中所述送料器（114，116）中的至少一个包括至少一个用于控制进入所述反应室（102）中的流入量的阀装置（118，120）。所述离子控制器装置（104，204，205）包括至少一个评价设备（106，206），其设计成基于在所述反应室（102）中的混合物（122）的实际pH值确定至少一个实际离子浓度值，并且所述离子控制器装置（104，204）包括至少一个离子控制器设备（108，208），其包括至少一个设计成根据所述实际离子浓度值和目标离子浓度值调节所述阀装置（118，120）的离子控制器（110，210.1，210.2，211）。

Description

中和系统

技术领域

本发明涉及中和设备，其包括至少一个反应室，该反应室具有用于含酸产物的第一送料器和用于含碱产物的至少一个另外的送料器，其中所述送料器中的至少一个包括至少一个阀装置和至少一个离子控制器装置，所述至少一个阀装置用于控制进入反应室的流入量，所述至少一个离子控制器装置设置成控制所述阀装置。本发明还涉及用于中和含酸或含碱产物的方法以及涉及一种离子控制器装置。

背景技术

在产业中已有生产含酸产物或含碱产物作为主要产物和/或副产物的化学设备。例如设置成生产2，4-甲苯二异氰酸酯（TDI）的设备可能生产盐酸作为副产物。作为中间环节盐酸最初可以储存在合适的存储容器中以便接下来进一步运输到其他化学设备和/或为其他化学设备可获得。

中断可能具有的影响是，达到用于盐酸的存储容量极限而不能存储更多的盐酸。在现有技术中，在这种情况下惯例是关闭化学设备。特别是在所产生的酸或碱只是副产物的情况下，对于经营者来说化学设备的关闭伴随着重大的经济劣势，因为不能再生产主要产物了。

此外，由现有技术众所周知的是在中和设备中用含碱产物来中和含酸产物（或反之亦然）。现有技术的中和设备可以包含反应室。反应室可以包括第一送料器（例如用于含酸产物）和另一个送料器（例如用于含碱产物）。至少一个送料器可以包括阀装置以控制进入反应室中的相应产物的流量。

例如在上述TDI设备中，中和设备可以包括用于TDI设备的副产物的第一送料器（在本例中是盐酸）和用于含碱产物的另一个送料器（例如氢氧化钠溶液）。在本示例中，该另一个送料器尤其包括阀装置以控制（比如以增加或减少）氢氧化钠溶液的流入量，即被操控的变量。通常依据在反应室中的混合物的所测量的实际pH而实现此控制。

但是，此处的一个问题是必须非线性地操作具有设置成控制阀装置的pH控制器的控制器装置。这样做的原因是被操控的变量（比如液体氢氧化钠的流入量）因为水离解、酸和共轭碱的平衡/碱和共轭酸的平衡以及H₃O⁺ 浓度的对数检测非线性地影响受控变量（即待控制的pH）。在相关的pH范围中，被操控的变量对pH的影响的大小的数量级发生了变化。因此控制过程要求通过增益调度（依据所测得的pH的控制器增益的变化）对控制器参数进行复杂调节。

特别是对于与目标pH的大偏差（例如偏离>pH 2）来讲，控制器还必要对被操控的变量进行激进的改变。这对pH控制器来讲尤其难以实施。

因此本发明解决的问题是提供中和设备，该中和设备允许以简单的方式实现中和过程的改进的控制。

根据本发明的第一方面，上文导出和列出的问题由按本发明的中和设备解决。所述中和设备包括至少一个反应室，该反应室具有用于含酸产物的第一送料器和用于含碱产物的至少一个另外的送料器。至少一个所述送料器包括至少一个阀装置以用于控制进入所述反应室中的流入量。所述离子控制器装置包括至少一个评价设备，该评价设备设置成基于在所述反应室中的混合物的实际pH确定至少一个实际离子浓度。所述离子控制器装置包括至少一个离子控制器设备，所述离子控制器设备包括至少一个设置成依据所述实际离子浓度和目标离子浓度控制所述阀装置的离子控制器。

与现有技术相反，当从所述专门测量的实际pH确定实际离子浓度并且该实际离子浓度被用作离子控制器的（辅助的）受控变量时，以简单的方式实现了中和过程改进的控制。尤其是，这可以实现所述控制问题的线性化，即可以实现所述至少一个控制器相对所述系统至少在所述相关pH范围的很大的一部分上的几乎线性的行为。在这个pH范围中，被操控的变量对pH的影响的大小的数量级发生了变化。根据本发明的技术方案使得可以通过增益调度（依据所测得的pH的控制器增益的变化）避免对控制器参数的复杂调节。可以实现的是，对偏离目标pH的大偏差（例如>pH 2）来讲，通过所述离子控制器对被操控的变量进行激进的改变，而对偏离目标pH的较小偏差（例如<pH 2）来讲，由所述离子控制器完成的对被操控的变量的改变的大小的数量级较小，因此所述过程的pH全都迅速收敛至期望的目标pH。

所述中和设备包括至少一个反应室。反应室的一个特征是化学中和过程在所述反应室中进行。由至少两种液体产物（比如含酸产物和含碱产物）组成的液体混合物可以位于所述反应室中。第一产物可以通过第一送料器（例如管道）进入所述反应室中，以及第二产物可以通过另一送料器（例如也是管道）进入所述反应器中。应当了解的是所述至少两个送料器可以以常见的送料器的形式实施。另外应当了解的是所述中和过程可以是采用多个反应室的多阶段过程。反应室的中和功能也可以通过管式反应器或混合器实现。

至少一个所述送料器包括阀装置以控制（即比如增加或减少）进入所述反应室的流入量。具体地，至少所述送料器包括至少一个阀装置，用作所述控制系统的被操控的变量的产物/产物流通过所述阀装置被运输。如果例如含酸产物待中和，那么至少用作被操控的变量的所述产物（比如含碱产物）的所述送料器包括阀装置。所述阀装置可以整合到基础的质量流控制系统或体积流量控制系统中。

所述至少一个阀装置包括连接到离子控制器装置的通信连接。所述离子控制装置设置成控制所述阀装置，即例如使得根据由所述离子控制器装置决定的被操控变量的调节阀的致动器。因此通过所述送料器的流量可以增加（至最大值）或减少（至最小值，例如0）。

所述离子控制器装置具有的特征是：设置评价装置，该评价装置设置成从所提供的实际的pH获得离子浓度。已经发现在pH和离子浓度之间有固定的关系。当从所提供的在所述反应室中的混合物的实际的pH确定实际的离子浓度（具体是计算）时，所述控制问题可以线性化。目标离子浓度可以以相应的方式确定。

所述离子控制器装置包括至少一个离子控制器设备，所述离子控制器设备包括至少一个离子控制器。离子控制器是获得离子浓度值并将离子浓度值作为输入处理的控制器。具体地，所述离子控制器依据在所述反应室中的混合物的实际离子浓度和目标离子浓度控制至少一种产物/产物流的流入。被操控的变量可以由从实际离子浓度到目标离子浓度的控制偏差确定。如前所述，被操控的变量可以通过通信连接传输到所述阀装置。然后根据所述被操控的变量调节所述阀装置的被操控装置（比如致动器）。

可以直接规定中和过程的目标离子浓度。替代地，可以规定目标pH，所述目标pH可以通过例如离子控制器装置转换成目标离子浓度。所述目标离子浓度对应于期望的目标pH。所述目标离子浓度/目标pH可以是对允许排入环境中（比如诸如河流）的混合物的管理规范。在上述TDI设备的示例中，所规定的目标pH可以是例如7.8±0.3的目标pH。应当了解的是目标pH可以有其他的值。

应当了解的是所述离子控制器装置可以至少部分地实施在数据处理设备（比如计算机，等）中。

在本发明的中和设备的第一示例性实施例中，所述评价设备可以包括第一评价模块，该第一评价模块设置成基于所述实际pH确定第一实际离子浓度。所述评价设备可以包括至少一个另外的评价模块，该另外的评价模块设置成基于所述实际pH确定至少一个另外的实际离子浓度。通过确定两个不同的实际离子浓度，宽的实际pH范围（例如pH 0到pH 14）可以分成两个实际离子浓度范围。那么总是可以采用最适合当前控制状况的实际离子浓度。在一特别优选的示例性实施例中，所述第一实际离子浓度可以是实际OH^-（氢氧离子）离子浓度和/或所述另外的实际离子浓度可以是实际H₃O⁺（水合氢离子）离子浓度。水合氢离子指的是质子化的水分子（H₃O⁺）。氢氧离子是当碱与水反应时形成的带负电的离子。尽管通过酸的加入，平衡浓度通过从酸到水分子的质子转移降低了pH，但是在碱性溶液中pH增大了，因为水合氢离子的浓度降低了。

中和过程可以大体上用单个离子控制器控制。在另一实施例中，为了达到实际pH至目标pH特别精确和迅速的收敛，所述离子控制器设备可以包括第一离子控制器和至少一个另外的离子控制器。所述第一离子控制器可以设置成根据所述第一实际离子浓度和所述第一目标离子浓度控制所述阀装置。所述另外的离子控制器可以设置成根据所述另外的实际离子浓度和所述另外的目标离子浓度控制所述阀装置。

在一优选实施例中，所述第一离子控制器可以是OH^-离子控制器。作为输入参数，所述OH^-离子控制器尤其可以获得实际OH^-离子浓度。所述OH^-离子控制器可以进一步获得目标OH^-离子浓度进而确定所述控制偏差。附加地或替代地，所述另外的离子控制器可以是H₃O⁺ 离子控制器。作为输入参数，所述H₃O⁺ 离子控制器尤其可以获得实际H₃O⁺ 离子浓度。所述H₃O⁺ 离子控制器还可以获得目标H₃O⁺ 离子浓度进而确定控制偏差。所述OH^-离子控制器的有效方向具体是所述H₃O⁺离子控制器的有效方向的相反方向。在被操控的变量是碱流的情况下，所述OH^-离子控制器的有效方向是逆向的，并且所述H₃O⁺ 离子控制器的有效方向是顺向的。在被操控的变量是酸流的情况下，所述OH^-离子控制器的有效方向是顺向的，并且所述H₃O⁺ 离子控制器的有效方向是逆向的。

优选的是，当在具有两个离子控制器的离子控制器设备中时，所述离子控制器都配置成竞争的离子控制器。换句话说，优选的是当所述两个离子控制器之一是运行的时候另一个离子控制器是不运行的。因此，在任何时候所述两者中只有一个是运行的。只有所述运行的离子控制器的被操控的变量传输到所述阀装置。在根据本发明的一实施例中，为了从所述至少两个离子控制器选择一个合适的运行的离子控制器，所述离子控制器装置可以包括至少一个离子控制器选择设备，所述离子控制器选择设备设置成从所述第一离子控制器和所述另外的离子控制器确定一个运行的离子控制器，其中只有所述运行的离子控制器控制所述阀装置。

由于在任何时候两个离子控制器中只有一个是运行的，因此可以选择最适合于所述控制过程的当前情况/目前要求的离子控制器。这允许进一步改进所述控制过程。具体的，所述离子控制器选择设备可以设置成基于所述第一实际离子浓度和所述第一目标离子浓度之间的控制偏差和/或所述另外的实际离子浓度和所述另外的目标离子浓度之间的控制偏差确定所述运行的离子控制器。已经发现，尤其所述控制偏差是用于选择当前优选的离子控制器的好标准。

在一特别优选的实施例中，所述离子控制器选择设备可以包括第一受控变量偏差模块，所述第一受控变量偏差模块设置成确定在所述第一实际离子浓度和所述第一目标离子浓度之间的所述控制偏差的大小。所述离子控制器选择设备可以包括至少一个另外的受控变量偏差模块，所述另外的受控变量偏差模块设置成确定在所述另外的实际离子浓度和所述另外的目标离子浓度之间的所述控制偏差的大小。所述离子控制器选择设备可以包括至少一个比较模块，所述比较模块设置成比较所确定的大小，即在所述第一实际离子浓度和第一目标离子浓度之间的所述控制偏差的大小以及在所述另外的实际离子浓度和所述另外的目标离子浓度之间的所述控制偏差的大小。所述离子控制器选择设备可以设置成基于所述比较结果确定所述运行的离子控制器。特别是已经发现将在大小方面具有较大的控制偏差的所述离子控制器确定为所述运行的离子控制器是有利的。

优选的是，所述离子控制器选择设备例如以特定时间间隔或基本上连续地检查应该使所述至少两个离子控制器中的哪个离子控制器运行以及应该使哪一个不运行。为了在不引起受控变量发生跳跃的情况下总是使优选的离子控制器运行而使其他的不运行，优选的是跟踪所述不运行的离子控制器。在所述中和设备的一个实施例中，所述离子控制器选择设备可以设置成将所述不运行的离子控制器切换到跟踪，使得在所述第一离子控制器和所述另外的离子控制器之间实现大体平稳的切换。平稳的切换尤其应当被理解为意味着所述被操控的变量在切换的瞬间是不变的。

在另一实施例中，所述至少两个离子控制器可以组合为单个离子控制器。优选地可以提供组合式离子控制器。所述组合式离子控制器可以设置成根据实际组合离子浓度和目标组合离子浓度控制所述阀装置。可以提供设置成根据所述实际OH^-离子浓度和所述实际H3O⁺离子浓度确定所述实际组合离子浓度的第一确定模块。可以提供设置成根据所述目标OH^-离子浓度和所述目标H₃O⁺ 离子浓度确定所述目标组合离子浓度的的另外的确定模块。尤其是，OH^-离子控制器和H₃O⁺ 离子控制器可以组合以提供一个控制器。例如所述OH^-离子浓度和所述H₃O⁺ 离子浓度可以组合以提供一个组合离子浓度。由于所述OH^-离子浓度范围要求的控制器有效方向与所述H₃O⁺ 离子浓度范围要求的相反，所以对于OH^-离子浓度范围，可以通过负的前缀使所述组合式控制器的有效方向（间接地）反向。当所述H₃O⁺ 离子浓度大于所述OH^-离子浓度时，所述组合离子浓度可以是H₃O⁺ 离子浓度。所述组合式控制器可以例如在碱流作为所述被操控的变量时顺向地操作或在酸流作为所述被操控的变量时逆向地运行。当所述H₃O⁺ 离子浓度小于所述OH^-离子浓度时，所述组合离子浓度可以是所述OH^-离子浓度。如前文所述，这可以用负的前缀实现。用于所述OH^-离子浓度范围的所述控制器的有效方向可以通过所述负的前缀间接地从顺向切换到逆向（或从逆向切换到顺向）。对所述目标pH和所述实际pH两者都计算所述组合离子浓度，并且所述组合离子浓度作为目标组合离子浓度/实际组合离子浓度供应给其余的控制器。

对具有一个控制器的实施例来讲，必须要确保的是，优选地建立pH的修正使得在滴定曲线的突破点处实现所述OH^-离子浓度和所述H₃O⁺ 离子浓度（一个浓度变得大于另一个离子浓度）之间的过渡。尤其对于在两离子浓度范围上实现相同的系统响应（在所述被操控的变量改变时离子浓度的表现）来说这是必要的。因此，在一个控制器用于两种离子浓度范围时，可以建立闭环控制回路的令人满意的表现（即良好的控制响应（实际值跟随目标值）和干扰变量抑制）。

各种控制器原则上可以用作离子控制器。在一优选实施例中，所述离子控制器可以是PID控制器（比例-积分-微分控制器）。具体的，所有的离子控制器可以是PID控制器。

还发现的是，考虑到温度影响、盐形成过程以及类似的影响，所提供的（例如之前所测得的）实际pH可能是错误的。在根据本发明的一实施例中，因此提出所述离子控制器装置包括至少一个校正设备，所述校正设备设置成用于校正在所述反应室中的混合物的实际pH。具体的，所述实际pH可以通过已知的对水离解的影响（酸和碱结合，温度，盐形成）被校正。经校正的实际pH然后可以提供/传输给所述评价设备，以基于这个经校正的实际pH确定（尤其是计算）所述至少一个实际离子浓度。尤其是，可以实现温度影响和盐影响的校正，使得在（接近）滴定曲线的突破点处可以发生所述离子控制器的切换。所述目标pH可以用相应的方式被校正。如果切换在滴定曲线的突破点处实现，那么所述辅助受控变量实际OH^-离子浓度和实际 H₃O⁺离子浓度对被操控的变量的变化的（线性）系统响应可能是相同的，前缀除外。除了有效方向（逆向的，顺向的），因此可以以同样的方式参数化两个离子控制器。

如上文所述，在具有一个控制器的变体中，要求pH控制系统以便从H₃O⁺到OH^-的过渡可以在滴定曲线的突破点处实现。这对用PID控制器的一个参数组实现所述闭环控制回路在整个pH范围上的令人满意的表现是必要的。

此外，可以提供至少一个测量设备，所述至少一个测量设备设置成测量在所述反应室中的混合物的实际pH。所述测量设备可以包括例如pH计。所述测量设备还可以包括与所述离子控制器装置连接的通信连接。所述实际pH的测量优选地是（几乎）连续进行的。

本发明的另一方面是一种用于中和含酸产物或含碱产物的方法。本方法包括：

-提供在反应室中的混合物的实际pH，

-从所述实际pH确定至少一个实际离子浓度，以及

-根据所确定的实际离子浓度和目标离子浓度控制进入所述反应室的至少一种产物的流入量。

本方法可以在中和设备中执行，尤其是在上述中和设备中执行。本方法尤其可以是电脑实施的方法。

含酸产物流和含碱产物流可以流入反应室中然后形成混合物。可以测量以及尤其是提供所述混合物的pH。评价设备可以由所提供的（尤其是，所测得的）实际pH确定至少一个实际离子浓度。优选地可以计算所述至少一个实际离子浓度。进入所述反应室的流入量的控制尤其可以自动实现。

本发明的另一方面是用于中和设备的离子控制器装置。所述离子控制器装置包括至少一个评价设备，所述评价设备设置成从在中和装置的反应室中的混合物的实际pH确定至少一个实际离子浓度。所述离子控制器装置包括至少一个离子控制器设备，所述离子控制器设备具有至少一个离子控制器，所述离子控制器设置成根据所述实际离子浓度和目标离子浓度控制通入所述中和设备的所述反应室中的送料器的至少一个阀装置。

本方法、装置和设备的特征可以自由地与彼此组合。尤其是，具体实施方式和/或从属权利要求的特征自身可以独立地具有创造性或当与彼此自由组合时、甚至当完全或部分地避开所述独立权利要求的特征时也是具有创造性的。

对构造和进一步发展所述创造性的中和设备、所述创造性的方法以及所述创造性的离子控制器装置来讲现在存在多种选择。在这方面，一方面应当参考设置成从属于专利独立权利要求的专利权利要求，另一方面应当结合附图参考示例性实施例的描述。在图中：

图1示出了根据本发明的中和设备的示例性实施例。

图2a示出了根据本发明的离子控制器装置的示例性实施例。

图2b示出了根据本发明的离子控制器装置的另一示例性实施例。

图3a示出了根据本发明的方法的示例性实施例。

图3b示出了根据本发明的方法的另一示例性实施例。以及

图4示出了把550 kg/h的盐酸流与作为被操控的变量的氢氧化钠溶液流NaOH中和的仿真示例。

在下文，相同的附图标记用于相同的元件。

图1示出了根据本发明的中和设备100的第一示例性实施例。中和设备100包括反应室102和本案例中的根据本发明的离子控制器装置104的第一示例性实施例。

设置反应室102，使得中和过程可以在其内部进行。例如通过第一送料器114，含酸产物可以进入所述反应室102中。通过第二送料器116，含碱产物可以进入反应室102中。控制所述两种产物的流入量（在下文会描述）使得所述两种产物彼此中和，即混合物122具有期望的（中性的）pH。混合物122然后可以通过出口112进入环境中。例如混合物122可以进入河流、湖泊或类似物中而不对环境造成损坏。

将通过以盐酸为例的方式描述所述中和过程，该盐酸将通过加入氢氧化钠溶液中和。具体的，在所述反应室中包括盐酸和氢氧化钠溶液的混合物122被中和，使得所述混合物具有可规定的期望的pH，即目标pH。在一示例性设备中，所述目标可以是把所得到的混合物排入环境中，比如河流中。此处，所述目标pH可以是例如在7和8.5之间，比如7.8 ± 0.3。

下面的示例反应可以在反应室102中发生：

（a）

换句话说，盐酸和氢氧化钠溶液可以反应以提供溶解在水中的氯化钠和水。

反应室102还可以包括至少一个测量设备125。测量设备125尤其设置成采集混合物122的实际pH。测量设备125可以包括例如pH计。

本示例性实施例的至少两个送料器114，116中的每一个可以包括至少一个阀装置118，120。阀装置118，120设置成通过送料器114，116控制流量。换句话说，所述进入反应室102的（相应的）流入量可以通过阀装置118，120控制。应当了解的是可以仅控制所述至少两种产物的其中一种的流入量。例如当由所述中和设备所解决的问题是中和另一过程的副产物以使该过程不必中断时，通常所述离子控制器装置104仅控制被操控的变量的流入量，比如所述氢氧化钠溶液的流入量。在这种情况下，仅仅氢氧化钠溶液送料器具有可被离子控制器装置104控制的阀装置就足够了。

应当了解的是只是示例性地示出所述反应室。所述反应室可以包括例如多个腔室和/或至少一个搅拌构件以实现进入的物质/产物的均匀的混合。

根据本发明，示例性的离子控制器装置104包括评价设备106和离子控制器设备108。评价设备106尤其可以是或包括具有处理器和存储装置的合适的数据处理设备。尤其，评价设备106构造成用于从所通过信号输入124提供的和测得的实际pH确定至少一个实际离子浓度。

离子控制器设备108包括至少一个离子控制器110，比如PID控制器110。基于通过信号输入126所提供的所述至少一个确定的实际离子浓度和目标离子浓度，至少一个离子控制器110可以通过通信连接128控制至少一个阀装置118，120。所述目标离子浓度尤其对应于所述可规定的目标pH。

图2a示出了根据本发明的离子控制器装置204的一示例性实施例。离子控制器装置204包括校正设备230、评价设备206、离子控制器选择设备232和离子控制器设备208。通过第一信号输入224，在反应室中的混合物的（当前的）实际pH可以提供给（任选的）校正设备230。通过另一信号输入226，目标pH可以提供给校正设备230。

校正设备230可以包括设置成校正所述实际pH和/或所述目标pH的数据处理工具，比如处理器和存储装置。尤其是，可以提供第一校正模块230.1以通过考虑（比如酸和碱的组合，温度，盐形成）对水离解的已知的影响校正所述所测量的和所提供的实际pH。通过示例，可以计算在温度为25℃时不受盐形成的影响的所校正的实际pH。可以如下进行计算：

pH_校正的 = pH – dpH_盐水 – dpH(T)， (a2)

其中，例如dpH_盐水是用于校正盐水对pH的影响的pH校正并且 dpH(T)是与温度有关的pH校正以校正温度的影响。

所述目标pH可以在另一校正模块230.2中以相同的方式转换。

应当了解的是在结构上也可以提供仅一个信号输入或多个信号输入。还应当了解的是所述目标pH也可以在离子控制器装置204的存储设备中存放并且是可检索的。同样地应当了解当（之前）可以提供校正的pH值时，可以避开校正设备230。例如可以提供已经进行自动校正的测量设备。

在本示例性实施例中，将所述经校正的实际pH和所述经校正的目标pH（在下文称为实际pH和目标pH）提供给评价设备206。在本优选的实施例中，评价设备206包括四个评价模块206.1到206.4。

第一评价模块206.1获得所述实际pH作为输入。第一评价模块206.1设置成从所述实际pH确定实际OH^-离子浓度。尤其可以根据下列计算方案计算所述OH离子浓度：

实际OH^-离子浓度=10^{(-14 + 实际pH)} （b）

相应地，在评价模块206.2中可以计算所述目标OH^-离子浓度：

目标OH^-离子浓度=10^{(-14 + 目标pH)} （c）

应当了解的是在本发明的其他实施例中，可以规定所述目标OH^-离子浓度而非目标pH，并且比如在存储装置中可以存储并且可以可检索目标OH^-离子浓度。在这种情况下，可以避免根据公式（c）的计算。

第三评价模块206.3获得所述实际pH作为输入。第三评价模块206.3设置成从所述实际pH确定实际H₃O⁺离子浓度。尤其，可以根据下列计算方案计算所述H₃O⁺离子浓度：

实际H₃O⁺离子浓度=10^(-实际pH) （d）

相应地，在评价模块206.4中，可以计算所述目标H₃O⁺离子浓度：

目标H₃O⁺离子浓度=10^(-目标pH) （e）

换句话说，pH值由所述计算方案反对数化了。应当了解的是，在本发明的其他实施例中，可以规定所述目标H₃O⁺离子浓度而非目标pH，并且例如在存储装置中可以存储且可以检索目标H₃O⁺离子浓度。在这种情况下，可以避免根据公式（e）的计算。

如从图2a的示例性实施例还可以得到的，离子控制器设备208优选地包括两个离子控制器210.1和210.2。第一离子控制器210.1，具体的是OH^-离子控制器210.1，获得所述目标OH^-离子浓度和所述实际OH^-离子浓度作为输入。第二离子控制器210.2，具体的是H₃O⁺离子控制器210.2，获得所述目标H₃O⁺离子浓度和所述实际H₃O⁺离子浓度作为输入。离子控制器210.1和210.2两者都设置成从所述控制偏差获得被操控的变量。

如下文所描述的那样，离子控制器选择设备232可以选择两个离子控制器210.1，210.2中的哪一个实际用于控制所述至少一个阀装置。特别是已经发现要达到最精确的可能的控制以及进而实现对所述反应室中的所述混合物的pH水平进行调整，就应从所述离子控制器中选择在大小方面具有较大的受控变量偏差的控制器。换句话说，在任何时候离子控制器210.1，210.3中只有一个是运行的而另一个是不运行的。

具体的，为了这个目的，在离子控制器选择设备232中可以提供三个模块232.1到232.3。第一受控变量偏差模块232.1设置成确定所述OH^-离子浓度的控制偏差。第二受控变量偏差模块232.2设置成确定H₃O⁺离子浓度的控制偏差。这具体的可以基于下面的计算方案实现：

控制偏差=abs（目标离子浓度-实际离子浓度）（f）

可以由受控变量偏差模块232.1，232.2向第三模块232.3、特别是比较模块232.3提供相应控制偏差的计算得到的大小（abs）。比较模块232.3设置成将所提供的控制偏差的大小相互比较。然后可以根据比较结果启动离子控制器210.1，210.2中的一个。具体的，在大小方面具有更大的控制偏差的离子控制器210.1，210.2被启动。

不运行的离子控制器210.1，210.2可以由离子控制器选择设备232设置成追踪。此处，追踪应理解为具体表示不运行的离子控制器210.1，210.2追踪运行的离子控制器210.1，210.2的被操控的变量。在启动的过程中，可以实现在离子控制器210.1，210.2之间的稳定的切换（在切换时刻被操控的变量是不变的）。

图2b示出了根据本发明的离子控制器装置205的另一示例性实施例。离子控制器装置205不同于上文所述的离子控制器装置204，尤其是在由附图标记211和233.1、233.2描述的方框方面。

来自评价模块206.1的实际OH^-离子浓度和来自评价模块206.3的实际H₃O⁺离子浓度可以作为输入提供给第一确定模块233.1。第一确定模块233.1特别设置成根据下列计算方案计算所述实际组合离子浓度：

当实际H₃O⁺离子浓度>实际OH^-离子浓度时，

实际组合离子浓度=实际H₃O⁺离子浓度，否则

实际组合离子浓度=（-1）*实际OH^-离子浓度。

来自评价模块206.2的目标OH^-离子浓度和来自评价模块206.4的目标H₃O⁺离子浓度可以作为输入提供给另一确定模块233.2。另一确定模块233.2具体的设置成根据下列计算方案计算所述目标组合离子浓度：

当目标H₃O⁺离子浓度<目标OH^-离子浓度时，

目标组合离子浓度=目标H₃O⁺离子浓度，否则

目标组合离子浓度=（-1）*目标OH^-离子浓度。

从图2b的示例性的实施例还显而易见的是，相应地提供和设置了（单个的）组合式离子控制器211。作为输入，离子控制器211从确定模块233.1接收所述目标组合离子浓度，并且从确定模块233.2接收所述实际组合离子浓度。组合式离子控制器211设置成从所述控制偏差获得被操控的变量。然后可以用所述被操控的变量控制阀装置。

通过图3a和3b以及上述图2a和2b更具体地描述了离子控制器装置204和211的操作模式。图3a和3b示出了根据本发明的方法的示例性实施例的示例性图解。

在第一步骤301中，可以测量在反应室中的混合物的实际pH。具体的所测得的实际pH可以提供给离子控制器装置204。在接下来的（任选的）步骤302中，可以校正所述所测量的实际pH。特别的，例如所述混合物的温度可能导致所述所测量的实际pH包含误差。校正设备230可以计算经校正的实际pH。此外，也可以相应地校正可规定的目标pH。应当了解的是，当已经给离子控制器装置204提供正确的pH值时，可以避免校正。任选地，也可以在同一步骤中校正目标pH。

接下来，在步骤303中，至少从所提供的正确的实际pH（下文指的是实际pH）可以确定至少一个实际离子浓度。优选的是当在步骤303中时，从来自评价设备206的所述实际pH确定实际H₃O⁺离子浓度和实际OH^-离子浓度。具体的，通过根据离子浓度转换所述实际pH和任选地所述目标pH进行控制问题的线性化。可以进行该转换以提供H₃O⁺离子浓度或OH^-或COH^-浓度。该转换的一个具体的目标是所述辅助的受控变量（pH作为H₃O⁺浓度或pH作为OH^-浓度）的反应以相同的量级的大小对被操控的变量的变化做出反应。这尤其对在所述离子控制器之间的改进的、等效的切换是有利的。因此可以优选地实现温度影响和盐影响的校正，使得在滴定曲线的突破点处实现离子控制器210.1，210.2的切换。

在下一个步骤304中，此时首先可以决定启动两个离子控制器210.1，210.2中的哪一个用于控制。选择两个离子控制器210.1，210.2中的哪一个作为运行的控制器可以由离子控制器选择设备232确定，具体是通过参考所述控制偏差。在大小上具有较大的控制偏差的离子控制器210.1，210.2可以被启动。因此，所述控制器控制所述过程。不运行的离子控制器210.1，210.3可以设置成追踪。

在步骤305中，启动的离子控制器210.1，210.2然后根据由评价设备206提供的所述实际离子浓度和由评价设备206提供的所述目标离子浓度控制所述至少一个阀装置。

参照图3b，提供了步骤306和307而不是步骤304和305。在步骤306中，具体的所述实际组合离子浓度和所述目标组合离子浓度的计算通过模块233.1和233.2实现。

在步骤307中，启动的组合式离子控制器211因此根据所述所确定的实际组合离子浓度控制所述至少一个阀装置。

应当了解的是，上述步骤可以至少部分并行地进行。具体的，可以实现所述中和过程的（几乎）连续的监控和控制。

图4示出了把550 kg/h的盐酸流HCl与作为被操控的变量的氢氧化钠溶液流NaOH中和的仿真示例。图4的上面的图示出了pH突破曲线。中间的图示出了离子浓度（H₃O⁺，OH^-）。下面的图示出了组合离子浓度。

如果在滴定曲线的突破点处实现了切换，那么辅助的受控变量实际OH^-离子浓度和实际H₃O⁺离子浓度对被操控的变量的变化的（线性）系统响应是一致的，前缀除外，如图4中的中间的图清楚所示。除了有效方向（逆向的，顺向的）之外，两个离子控制器因此可以以相同的方式参数化。如下面的图所示，可以在整个两种离子浓度范围上实现相同的系统相应（被操控的变量变化时所述离子浓度的表现）。

Claims

1.一种中和设备（100），包括：

——至少一个反应室（102），所述反应室具有用于含酸产物的第一送料器（114）和用于含碱产物的至少一个另外的送料器（116），

——其中所述送料器（114，116）中的至少一个包括至少一个阀装置（118，120）用于控制进入所述反应室（102）的流入量，

其特征在于，

——离子控制器装置（104，204，205）包括至少一个评价设备（106，206），所述评价设备（106，206）设置成基于在所述反应室（102）中的含酸或含碱混合物（122）的实际pH确定至少一个实际离子浓度，并且

——所述离子控制器装置（104，204，205）包括至少一个离子控制器设备（108，208），所述离子控制器设备（108，208）包括至少一个设置成根据所述实际离子浓度和目标离子浓度控制所述阀装置（118，120）的离子控制器（110，210.1，210.2，211），

——所述评价设备（106，206）包括第一评价模块（206.1），所述第一评价模块（206.1）设置成基于所述实际pH确定第一实际离子浓度，

——所述评价设备（106，206）包括至少一个另外的评价模块（206.2），所述另外的评价模块（206.2）设置成基于所述实际pH确定至少一个另外的实际离子浓度，

——所述离子控制器设备（108，208）包括第一离子控制器（210.1）和至少一个另外的离子控制器（210.2），

——所述第一离子控制器（210.1）设置成根据所述第一实际离子浓度和第一目标离子浓度控制所述阀装置（118，120），

——另外的离子控制器（210.2）设置成根据所述另外的实际离子浓度和另外的目标离子浓度控制所述阀装置（118，120），并且

——所述离子控制器装置（104，204，205）包括至少一个离子控制器选择设备（232），所述离子控制器选择设备（232）设置成从所述第一离子控制器（210.1）和所述另外的离子控制器（210.2）确定一个运行的离子控制器（210.1，210.2），

——其中只有所述运行的离子控制器（210.1，210.2）控制所述阀装置（118，120）。

2.根据权利要求1所述的中和设备（100），其特征在于，

——所述第一实际离子浓度是实际OH^-离子浓度，和/或

——所述另外的实际离子浓度是实际H₃O⁺离子浓度。

3.根据权利要求1所述的中和设备（100），其特征在于，

——所述第一离子控制器（210.1）是OH^-离子控制器（210.1），和/或

——所述另外的离子控制器（210.2）是H₃O⁺离子控制器（210.2）。

4.根据权利要求1所述的中和设备（100），其特征在于，所述离子控制器选择设备（232）设置成基于在所述第一实际离子浓度和所述第一目标离子浓度之间的控制偏差和/或在所述另外的实际离子浓度和所述另外的目标离子浓度之间的控制偏差确定所述运行的离子控制器（210.1，210.2）。

5.根据权利要求1所述的中和设备（100），其特征在于，

——所述离子控制器选择设备（232）包括第一受控变量偏差模块（232.1），所述第一受控变量偏差模块（232.1）设置成确定在所述第一实际离子浓度和所述第一目标离子浓度之间的控制偏差的大小，

——所述离子控制器选择设备（232）包括至少一个另外的受控变量偏差模块（232.2），所述另外的受控变量偏差模块（232.2）设置成确定在所述另外的实际离子浓度和所述另外的目标离子浓度之间的控制偏差的大小，

——所述离子控制器选择设备（232）包括至少一个比较模块（232.3），所述比较模块（232.3）设置成比较所确定的大小，并且

——所述离子控制器选择设备（232）设置成基于比较结果确定所述运行的离子控制器（210.1，210.2）。

6.根据权利要求1所述的中和设备（100），其特征在于，所述离子控制器选择设备（232）设置成把不运行的离子控制器（210.1，210.2）切换到追踪，使得实现在所述第一离子控制器（210.1）和所述另外的离子控制器（210.2）之间的大致平稳的切换。

7.根据权利要求1或2所述的中和设备（100），其特征在于，所述离子控制器（110，210.1，210.2）是PID控制器（110，210.1，210.2）。

8.根据权利要求1或2所述的中和设备（100），其特征在于，所述离子控制器装置（104，204）包括至少一个校正设备（230），所述校正设备（230）设置成校正在所述反应室（102）中的所述含酸或含碱混合物（122）的实际pH和/或目标pH。

9.根据权利要求1或2所述的中和设备（100），其特征在于，

——提供了组合式离子控制器（211），

——所述组合式离子控制器（211）设置成根据实际组合离子浓度和目标组合离子浓度控制所述阀装置（118，120），

——其中提供了第一确定模块（233.1），所述第一确定模块（233.1）设置成根据实际OH^-离子浓度和实际H₃O⁺离子浓度确定所述实际组合离子浓度，和/或

——其中提供了另外的确定模块（233.2），所述另外的确定模块（233.2）设置成根据目标OH^-离子浓度和目标H₃O⁺离子浓度确定所述目标组合离子浓度。

10.一种用于在中和设备（100）中中和含酸或含碱混合物（122）的计算机实施的方法，包括至少一个反应室（102）和至少一个送料器（116），所述反应室（102）包括所述含酸或含碱混合物（122），所述送料器（116）包括至少一个阀装置（120）用于控制向所述反应室（102）送料的流入量，

其中所述方法包括：

步骤a）：提供在所述反应室（102）中的所述含酸或含碱混合物（122）的实际pH和至少一个第一目标离子浓度和另外的目标离子浓度，

步骤b）：把所述实际 pH传输到评价设备（106，206），其中所述评价设备（106，206）从所述实际pH获得至少一个第一实际离子浓度和另外的实际离子浓度，

步骤c）：把所述第一实际离子浓度传输到第一离子控制器，所述第一离子控制器确定来自步骤b）的第一实际离子浓度到所述第一目标离子浓度的控制偏差，并且把所述另外的实际离子浓度传输到另外的离子控制器，所述另外的离子控制器确定来自步骤b）的另外的实际离子浓度到所述另外的目标离子浓度的控制偏差，

步骤d）：从所述第一离子控制器（210.1）和所述另外的离子控制器（210.2）确定一个运行的离子控制器（210.1，210.2），并且

通过操作只被所述运行的离子控制器（210.1，210.2）控制的所述阀装置（120）控制进入所述反应室（102）的送料的流入量。

11.根据权利要求10所述的方法，其中在步骤a’）中，来自步骤a）的所述实际pH和任选的目标pH被输送到校正设备中，所述校正设备通过从包括酸和碱组合、温度和盐形成的组中选择的一个或更多对水离解的影响校正所述实际pH和任选地校正所述目标pH，并且在接下来的步骤b）中经校正的实际pH和目标pH被传输到所述评价设备（106，206）。

12.一种用于中和设备（100）的离子控制器装置（104，204，205），包括：

——至少一个评价设备（106，206），所述评价设备（106，206）设置成从在所述中和设备（100）的反应室（102）中的含酸或含碱混合物（122）的实际pH确定至少一个实际离子浓度，其中所述评价设备（106，206）包括第一评价模块（206.1），所述第一评价模块（206.1）设置成基于所述实际pH确定第一实际离子浓度，并且所述评价设备（106，206）包括至少一个另外的评价模块（206.2），所述另外的评价模块（206.2）设置成基于所述实际pH确定至少一个另外的实际离子浓度，

——至少一个具有至少一个离子控制器（110，210.1，201.2）的离子控制器设备（108，208），所述离子控制器设置成根据所述实际离子浓度和目标离子浓度控制通入所述中和设备（100）的所述反应室（102）的送料器（114，116）的至少一个阀装置（118，120），其中所述离子控制器设备（108，208）包括第一离子控制器（210.1）和至少一个另外的离子控制器（210.2），并且其中所述第一离子控制器（210.1）设置成根据所述第一实际离子浓度和第一目标离子浓度控制所述阀装置（118，120），并且所述另外的离子控制器（210.2）设置成根据所述另外的实际离子浓度和另外的目标离子浓度控制所述阀装置（118，120）,并且

——至少一个离子控制器选择设备（232），所述离子控制器选择设备（232）设置成从所述第一离子控制器（210.1）和所述另外的离子控制器（210.2）确定一个运行的离子控制器（210.1，210.2），其中只有所述运行的离子控制器（210.1，210.2）控制所述阀装置（118，120）。