【文章內(nèi)容簡介】 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) ；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～ ；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 ODE23s 的計(jì)算過程相對(duì)更快捷。分別采用 ASPEN PLUS 和 PROⅡ 兩種商用模擬軟件對(duì)本文中的混合溶劑間歇萃取精餾過程進(jìn)行了模擬計(jì)算。通過對(duì)比后發(fā)現(xiàn)：在本文研究條件下，模擬軟件中提供的積分算法僅適用于全回流階段及加溶劑全回流階段，與 SIMULINK 組件中的 ODE15s 及 ODE23s 解法相比，產(chǎn)品采出階段的計(jì)算結(jié)果偏差較大。 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)，是近年來非常活躍的研究和開發(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優(yōu)化能力仍會(huì)造成進(jìn)化代數(shù)大、計(jì)算時(shí)間長等問題。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 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) ；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～ ；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 ODE23s 的計(jì)算過程相對(duì)更快捷。分別采用 ASPEN PLUS 和 PROⅡ 兩種商用模擬軟件對(duì)本文中的混合溶劑間歇萃取精餾過程進(jìn)行了模擬計(jì)算。通過對(duì)比后發(fā)現(xiàn)：在本文研究條件下，模擬軟件中提供的積分算法僅適用于全回流階段及加溶劑全回流階段，與 SIMULINK 組件中的 ODE15s 及 ODE23s 解法相比，產(chǎn)品采出階段的計(jì)算結(jié)果偏差較大。 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 自身較差的局部優(yōu)化能力仍會(huì)造成進(jìn)化代數(shù)大、計(jì)算時(shí)間長等問題。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 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) ；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～ ；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 ODE23s 的計(jì)算過程 相對(duì)更快捷。分別采用 ASPEN PLUS 和 PROⅡ 兩種商用模擬軟件對(duì)本文中的混合溶劑間歇萃取精餾過程進(jìn)行了模擬計(jì)算。通過對(duì)比后發(fā)現(xiàn)：在本文研究條件下，模擬軟件中提供的積分算法僅適用于全回流階段及加溶劑全回流階段，與 SIMULINK 組件中的 ODE15s 及