間歇萃取精餾混合溶劑的分子設(shè)計及過程的動態(tài)模擬.pdf

1、間歇萃取精餾是一個新興的研究課題，它不僅具有間歇精餾的優(yōu)點，如設(shè)備通用性強、操作靈活、單塔可分離多個產(chǎn)品等，還具有萃取精餾可分離近沸或共沸物系的優(yōu)點，是近年來非?；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)濟要求日益嚴格，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驗相結(jié)合的方法，針對間歇萃取精餾溶劑分子的設(shè)計方法，混合溶劑的

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

3、取精餾溶劑分子設(shè)計的混合遺傳算法。通過對典型優(yōu)化函數(shù)進行測試后發(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。 對于混合溶劑的選擇方法.相關(guān)的報道及研究目前仍然很少，且大都屬于經(jīng)驗半經(jīng)驗篩選。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則，之后根據(jù)基團貢獻法計算了所需UNIFAC預(yù)選基團的內(nèi)聚能值并采用基于內(nèi)聚能的溶解度參數(shù)理論實現(xiàn)了副溶劑的分子設(shè)計。 對乙醇、乙酸乙酯和乙腈、甲苯兩組物系進行了混

4、合溶劑的分子設(shè)計，結(jié)果表明：混合遺傳算法在不到100代時即可收斂到最優(yōu)解，優(yōu)于傳統(tǒng)遺傳算法。對乙醇、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。針對兩組物系的分子設(shè)計結(jié)果進行了汽液平衡實驗，結(jié)果表明：實驗結(jié)果與分子設(shè)計結(jié)果基本一致，設(shè)計過程有效。 分別采用純異丙苯及異丙苯

5、-NMP混合溶劑進行了乙腈-甲苯物系的間歇萃取精餾實驗并對回流比和溶劑比對過程的影響進行了分析，結(jié)果表明：在相同實驗條件下，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0.994；溶劑比及回流比對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降低回流比以減少操作時間。 間歇萃取精餾屬于非理想性極強的

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。針對這個問題，本文分別建立了全回流開工、加溶劑全回流及產(chǎn)品采出三個階段的平衡級動態(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態(tài)模擬平臺。通過將不同解法與實驗值進行對比，確定了本文動態(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態(tài)模型；ODE15s解法和ODE23s解法適于求解產(chǎn)品采出動態(tài)模型，其中ODE2