[發(fā)明專利]一種有限組分兩出口體系靜態(tài)串級萃取理論設計計算方法

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 202011271934.0
• 申請日: 2020-11-13
• 公開（公告）號: CN112507522B
• 公開（公告）日: 2023-05-26
• 發(fā)明（設計）人: 丁永權;丁汀
• 申請（專利權）人: 萍鄉(xiāng)楚峰科技有限公司
• 主分類號: G06F30/20
• 分類號: G06F30/20;B01D11/04;G06F111/10;G06F113/08
• 代理公司: 南昌金軒知識產(chǎn)權代理有限公司 36129
• 代理人: 孫文偉

1.一種有限組分兩出口體系靜態(tài)串級萃取理論設計計算系統(tǒng)，其特征在于：

系統(tǒng)包括數(shù)據(jù)輸入處理模塊、萃取體系中相對分離系數(shù)計算處理模塊、兩端出口組分組成的精確計算模塊、逐級遞推仿真計算工藝參數(shù)及優(yōu)化判斷選擇模塊、優(yōu)化工藝參數(shù)的“一步放大”和各進出口流量換算輸出模塊五個模塊組成；

數(shù)據(jù)輸入處理模塊，用于已知和規(guī)定數(shù)據(jù)的輸入，包括待分離組分數(shù)，切割位置序號，待分離的組分Q1、Q2、Q3、…、QN的重量百分比含量、待分離組分的相鄰分離系數(shù)，在所使用的萃取體系中按萃取能力順序，從難到易依次輸入；以及兩端出口產(chǎn)品的摩爾純度和要求或收率和要求四個分離指標中任意兩個分離指標和工藝所需使用原輔材料摩爾濃度；

萃取體系中相對分離系數(shù)計算處理模塊，依據(jù)已知相鄰分離系數(shù)和在實際萃取分離工藝各級中的有效相鄰分離系數(shù)的規(guī)律對相對分離系數(shù)進行計算處理；

兩端出口組分組成的精確計算模塊，依據(jù)物料進出平衡、萃取分配平衡原則和相對分離系數(shù)規(guī)律，用于兩端出口組分組成的精確計算；

逐級遞推仿真計算工藝參數(shù)及優(yōu)化判斷選擇模塊，在相對分離系數(shù)數(shù)學模型上建立了逐級遞推仿真計算方法和算法；

優(yōu)化工藝參數(shù)的“一步放大”和各進出口流量換算輸出模塊，依據(jù)實際進料量，在理論進料量和級數(shù)的基礎上，進行工藝參數(shù)“一步放大”到實際工藝操作流量后進行輸出；

萃取體系中相對分離系數(shù)計算處理模塊，根據(jù)已知相鄰分離系數(shù)在實際萃取分離工藝各級中相對分離系數(shù)推導出一套萃取體系中相對分離系數(shù)計算方法和公式，設任意級中的組成下為：

其中Y、X分別為有機相、水相中在k級中的出口組份組成；腳標[k,i]中,k為級數(shù)序號,i為組分數(shù)序號,?i=1,2,3,┄,N；

根據(jù)溶劑萃取平衡理論相鄰分離系數(shù)的定義有：

根據(jù)溶劑萃取平衡理論相對分離系數(shù)的定義有：

相對于第一組份時，適應于從第一級向后遞推計算：

或相對于最后的N組份時，適應于從最后級向前遞推計算：

在實際的分離體系中，理論研究和實踐都證明各功能段或級中，存在過量萃取、等量萃取或等量洗滌、過量洗滌三種不同的萃取狀態(tài)，建立的萃取理論模型也必須符合生產(chǎn)實際，因此，必須采用各功能段或級中的實際相對分離系數(shù)建立數(shù)學模型和靜態(tài)設計算法；

對于待分離組分N2的有限組分萃取分離體系中，因存在組分之間的推拉作用，實際相鄰分離系數(shù)并不等于在簡單的兩組分時，測得的已知相鄰分離系數(shù)；為了方便描述，引入了有效相鄰分離系數(shù)的概念，便于描述相對分離系數(shù)與已知相鄰分離系數(shù)之間的關系；

所謂的相鄰分離系數(shù)是指待分離組分數(shù)時，經(jīng)較長時混合澄清后測定在完全平衡狀態(tài)下的兩相組成，計算得到的一種分離系數(shù)，待分離組分數(shù)時，因不存在組分之間的推拉作用，因此，是萃取分離體系中的一個特例，所以在上述三種不同的萃取狀態(tài)中的平均相鄰分離系數(shù)和相對分離系數(shù)相等，在各級中變化不大，平均相鄰分離系數(shù)和相對分離系數(shù)視為常數(shù)，而在待分離組分數(shù)N2時，因存在組分之間的推拉作用，分離工藝中己知的平均相鄰分離系數(shù)在各級中有變化，這是一種普遍現(xiàn)象，因此，根據(jù)槽體所處的萃取狀態(tài)，我們建立了適用待分離組分數(shù)普遍和特殊分離體系的相對分離系數(shù)計算數(shù)學模型，利用已知平均相鄰分離系數(shù)在不同級和功能段內(nèi)的變化規(guī)律，推導出在不同級和功能段內(nèi)的有效相鄰分離系數(shù)后，再分別計算出各級中的相對分離系數(shù)；方法如下：

所謂的有效相鄰分離系數(shù)是針對微量組分在兩相中的分配平衡提出的，當兩端出口產(chǎn)品都為純產(chǎn)品時，因為微量組分作為雜質(zhì)組分本身就很微小，在兩相中的分配和值之差也很微小，這時認為不能分離，即微量元素之間的有效相鄰分離系數(shù)為：

第1、n、n+m級，進、出料級中實際為等量萃取或等量洗滌現(xiàn)象，第1級中，為等量洗B組分；第n級中水相進料時是等量萃A組分或有機相進料時等量洗B組分；第n+m級中是等量萃A組分；此時，有效相鄰分離系數(shù)恒等于兩組分時的相鄰分離系數(shù)，即：：

相對分離系數(shù)的計算通式為：

同理，水相出口級中的易萃微量組分之間相對分離系數(shù)為：

而在除第1、、級外的其它級中,?有效相鄰分離系數(shù)不等于已知兩組分時的相鄰分離系數(shù),?即：

在第2至級，萃取段內(nèi)各級實際為過量萃取現(xiàn)象，此時，各級中易萃A組分或，其中有效萃取量：水相進料時；有機相進料時，其中，為B出口級的摩爾分數(shù)，因此，易萃組分之間幾乎沒有分離效果，即有效相鄰分離系數(shù)可視為等于1，即有；而其它的組分之間的能有效分離，所以有效相鄰分離系數(shù)恒等于兩組分時的相鄰分離系數(shù)，；即將有效相鄰分離系數(shù)代入（7）式，計算第2至級的相對分離系數(shù)；

第至級，洗滌段內(nèi)各級實際為過量洗滌現(xiàn)象，此時，各級中難萃B組分或，其中有效洗滌量：水相進料時；有機相進料時，其中，為A出口的摩爾分數(shù)，因此，難萃組分之間沒有分離效果，即有效相鄰分離系數(shù)等于1；即有，而其它的組分之間的存在有效分離，所以難萃組分之間的有效相鄰分離系數(shù)恒等于兩組分時的相鄰分離系數(shù)，；

相對分離系數(shù)的計算通式為：?

將有效相鄰分離系數(shù)代入（9）式，計算第至級的相對分離系數(shù)；

同理，有機相出口級中的難萃微量組分之間相對分離系數(shù)為：

。