間歇萃取精餾混合溶劑的分子設(shè)計(jì)及過程的動(dòng)態(tài)模擬.pdf

1、間歇萃取精餾是一個(gè)新興的研究課題，它不僅具有間歇精餾的優(yōu)點(diǎn)，如設(shè)備通用性強(qiáng)、操作靈活、單塔可分離多個(gè)產(chǎn)品等，還具有萃取精餾可分離近沸或共沸物系的優(yōu)點(diǎn)，是近年來(lái)非?；钴S的研究和開發(fā)領(lǐng)域。以往萃取精餾采用的溶劑都是單一溶劑，隨著分離的純度及經(jīng)濟(jì)要求日益嚴(yán)格，混合溶劑間歇萃取精餾過程正逐漸成為相關(guān)工藝的研究重心。 溶劑的選擇及過程的模擬是萃取精餾的關(guān)鍵，本文通過理論分析與實(shí)驗(yàn)相結(jié)合的方法，針對(duì)間歇萃取精餾溶劑分子的設(shè)計(jì)方法，混合溶劑的

2、選擇及混合溶劑間歇萃取精餾的動(dòng)態(tài)模擬三個(gè)方面進(jìn)行了研究。 在目前各種溶劑分子的設(shè)計(jì)方法中，遺傳算法因其強(qiáng)大的全局優(yōu)化能力而具有獨(dú)特的優(yōu)勢(shì)，但其自身較差的局部?jī)?yōu)化能力仍會(huì)造成進(jìn)化代數(shù)大、計(jì)算時(shí)間長(zhǎng)等問題。本文根據(jù)遺傳算法的特點(diǎn)從編碼表示、種群創(chuàng)建、適應(yīng)度函數(shù)確定、遺傳算子設(shè)計(jì)及參數(shù)值選取等幾個(gè)方面對(duì)其進(jìn)行了定義及改進(jìn)，之后基于Lamarckian理論將所得遺傳算法與局部搜索能力較強(qiáng)的SQP算法結(jié)合以增強(qiáng)其局部尋優(yōu)能力，建立了間歇萃

3、取精餾溶劑分子設(shè)計(jì)的混合遺傳算法。通過對(duì)典型優(yōu)化函數(shù)進(jìn)行測(cè)試后發(fā)現(xiàn)，混合遺傳算法的優(yōu)化結(jié)果優(yōu)于傳統(tǒng)遺傳算法。 對(duì)于混合溶劑的選擇方法.相關(guān)的報(bào)道及研究目前仍然很少，且大都屬于經(jīng)驗(yàn)半經(jīng)驗(yàn)篩選。本文從物系相溶性的角度出發(fā)，以混合溶劑的互溶參數(shù)作為副溶劑性能的判定準(zhǔn)則，之后根據(jù)基團(tuán)貢獻(xiàn)法計(jì)算了所需UNIFAC預(yù)選基團(tuán)的內(nèi)聚能值并采用基于內(nèi)聚能的溶解度參數(shù)理論實(shí)現(xiàn)了副溶劑的分子設(shè)計(jì)。 對(duì)乙醇、乙酸乙酯和乙腈、甲苯兩組物系進(jìn)行了混

4、合溶劑的分子設(shè)計(jì)，結(jié)果表明：混合遺傳算法在不到100代時(shí)即可收斂到最優(yōu)解，優(yōu)于傳統(tǒng)遺傳算法。對(duì)乙醇、乙酸乙酯物系，采用體積比1：2的二甲基亞砜（DMSO）和N，N-二甲基甲酰胺（DMF）組成的混合溶劑效果較好；對(duì)乙腈、甲苯物系，采用體積比1：1的異丙苯和N-甲基吡咯烷酮（NMP）組成的混合溶劑效果較好。針對(duì)兩組物系的分子設(shè)計(jì)結(jié)果進(jìn)行了汽液平衡實(shí)驗(yàn)，結(jié)果表明：實(shí)驗(yàn)結(jié)果與分子設(shè)計(jì)結(jié)果基本一致，設(shè)計(jì)過程有效。 分別采用純異丙苯及異丙苯

5、-NMP混合溶劑進(jìn)行了乙腈-甲苯物系的間歇萃取精餾實(shí)驗(yàn)并對(duì)回流比和溶劑比對(duì)過程的影響進(jìn)行了分析，結(jié)果表明：在相同實(shí)驗(yàn)條件下，混合溶劑的分離效果明顯好于單一溶劑，塔頂乙腈純度可達(dá)0.994；溶劑比及回流比對(duì)乙腈收率的影響不大；在乙腈產(chǎn)品采出階段，可取較大回流比以利于乙腈和異丙苯的分離，如2～3，同時(shí)混合溶劑的溶劑比不宜過大，可取1～1.5；在采出甲苯產(chǎn)品及回收溶劑階段可適當(dāng)降低回流比以減少操作時(shí)間。 間歇萃取精餾屬于非理想性極強(qiáng)的

6、非穩(wěn)態(tài)過程，很難找到一種快捷有效且易于執(zhí)行的求解方法。針對(duì)這個(gè)問題，本文分別建立了全回流開工、加溶劑全回流及產(chǎn)品采出三個(gè)階段的平衡級(jí)動(dòng)態(tài)模型，編寫S函數(shù)將該模型求解過程嵌套于SIMULINK模塊中并在此基礎(chǔ)上開發(fā)了混合溶劑間歇萃取精餾的動(dòng)態(tài)模擬平臺(tái)。通過將不同解法與實(shí)驗(yàn)值進(jìn)行對(duì)比，確定了本文動(dòng)態(tài)模型的求解策略：ODE45解法適于求解全回流開工和加溶劑全回流動(dòng)態(tài)模型；ODE15s解法和ODE23s解法適于求解產(chǎn)品采出動(dòng)態(tài)模型，其中ODE2