[發明專利]用模擬移動床色譜分離復雜混合物中目標物的優化方法

有效

• 申請號: 201611116372.6
• 申請日: 2016-12-07
• 公開（公告）號: CN106596815B
• 公開（公告）日: 2018-06-19
• 發明（設計）人: 王紹艷;李守江;魏伯峰;石爽;張偉;范嘉園
• 申請（專利權）人: 遼寧科技大學
• 主分類號: G01N30/86
• 分類號: G01N30/86
• 代理公司: 鞍山貝爾專利代理有限公司 21223
• 代理人: 顏偉

1.一種用模擬移動床色譜分離復雜混合物中目標物的優化方法，其特征在于，包括以下步驟：

(1)配制復雜混合物的進樣液，復雜混合物含有3種以上組分，并測定其中目標物的濃度；

(2)用模擬移動床色譜所采用的色譜單柱確定在模擬移動床色譜分離體系所用固定相和流動相中目標物的干擾組分，并賦予干擾組分的濃度；

當所述干擾組分結構未知，其濃度無法測定時，所述賦予干擾組分的濃度為假定干擾組分濃度；

(3)逆法建立目標物和干擾組分的單柱色譜模型并求解：

①用i代表目標物和干擾組分，i＝1為目標物，i＝2為干擾組分；用進樣液采集2～5條組分i的模擬移動床所用色譜單柱的實際流出曲線數據；

②選擇單一組分的吸附等溫線描述組分i的單柱的吸附行為；

③選擇色譜模型描述組分i的色譜行為；所述單柱色譜模型為理想色譜模型；

④采用差分法求解組分i的單柱色譜模型，獲得組分i的單柱計算流出曲線；

⑤設定組分i的吸附等溫線參數和單柱色譜模型計算參數的初始值，通過調整吸附等溫線參數和單柱色譜模型計算參數來求解單柱色譜模型，獲得組分i的計算流出曲線，使組分i的計算流出曲線與實際流出曲線相吻合，由此確定組分i的吸附等溫線參數和單柱色譜模型的計算參數；

其中，單柱模型計算參數包括時間步長τ和空間步長h；

并且，單柱的理想色譜模型的差分求解方法如下：

q_i＝f(C_i) (2)

式(1)為理想色譜模型，式(2)為吸附等溫線，其中i代表組分i，C_i,q_i分別為組分i在流動相與固定相的濃度，u為流動相的流速，F為相比，F＝(1-ε)/ε，ε為孔隙率，t代表時間，x代表位置；

進而，將式(1)寫成：

式中，

再將式(3)中項向后差分，項向前差分，建立顯式差分格式：

式中，τ為時間步長，h為空間步長，j表示當前的塔板，j＝1,2,…,L/h,n代表時間，n＝kτ，k＝1,2,3...，

顯式差分格式穩定性條件：

或者將式(3)中項和項都向后差分，建立隱式差分格式：

上述兩種差分格式邊界條件：C_i,F為進料液中組分i的濃度，t_p為進料時間；

通過對上述顯式差分格式或者隱式差分格式迭代求解，獲得組分i單柱計算流出曲線C_i(L,t)-t，L為色譜柱長；

所述的采集組分i的模擬移動床所用色譜單柱的實際流出曲線數據為采集線性條件下組分i的色譜單柱的實際制備色譜的流出曲線數據，以及采集過載條件下組分i的色譜單柱的實際制備色譜的流出曲線數據；

(4)建立并求解模擬移動床色譜模型：

SMB體系由M根色譜柱構成，分別標記為z＝1,2,3,…,M，單柱色譜模型結合結點模型構成模擬移動床色譜模型，利用SMB模型參數和SMB操作參數，對模擬移動床色譜模型求解，所述的SMB模型參數包括組分i的吸附等溫線參數、組分i的單柱色譜模型的計算參數和結點模型參數，所述的SMB操作參數包括組分i的進料濃度、SMB各帶流速、進樣時間、切換時間；根據色譜柱柱頭連接點的銜接關系得到組分i的進樣濃度曲線，按照差分格式對組分i的進樣濃度曲線與組分i的色譜柱內濃度曲線同時差分迭代求解，得到組分i的色譜單柱流出曲線；根據色譜柱柱尾的連接點的銜接關系，得到組分i的SMB體系的流出曲線；

然后，再按切換時間將所有連接點的銜接關系下移一根柱子，進入下一次循環，繼續求得組分i的SMB體系的流出曲線，達到設定循環后求解結束；

(5)用SMB色譜模型優化SMB色譜體系操作參數；

(6)在由SMB色譜模型優化出來的分離條件下進行實際分離。

2.根據權利要求1所述的一種用模擬移動床色譜分離復雜混合物中目標物的優化方法，其特征在于，所述的用SMB色譜模型優化SMB色譜體系分離目標物和干擾組分的操作參數是按單因素法或單純形或正交設計或均勻設計或響應面設計或遺傳算法進行的。

3.根據權利要求1所述的一種用模擬移動床色譜分離復雜混合物中目標物的優化方法，其特征在于，所述復雜混合物的進樣液按SMB分離體系的流動相的配比配制。

4.根據權利要求1所述的一種用模擬移動床色譜分離復雜混合物中目標物的優化方法，其特征在于，按照SMB的三角形理論，在三角形區域內選實驗點用SMB色譜模型計算，得到優選實驗點對應的SMB色譜體系操作參數。