相对挥发度构效模型的建立及其在萃取精馏中的应用

发布时间：2020-06-21 01:32

【摘要】：本文从热力学、萃取剂、稳态过程优化与工艺强化以及动态控制四个方面对萃取精馏进行了总结研究。提出运用定量构效关系(QSPR,即quantitative structure-property relationship)技术对二元共沸物萃取精馏分离的相对挥发度的建模分析,本文针对异丙醇-水和叔丁醇-水体系萃取剂的选择方面,分别建立萃取精馏相对挥发度模型来研究萃取剂对相对挥发度的影响因素,基于四氢呋喃和丙酮所建立的构效模型,通过流程模拟的方式验证模型的准确性和稳定性。2、以Discovery Studio和Material Studio软件为工具,分别建立两体系的萃取剂分子结构,通过一系列的分子力场优化方法建立能量最小分子结构。采用内置描述符计算模块,计算得一维、二维和三维描述符共计617种,采用遗传算法严格筛选和GFA建模,建立两研究体系的相对挥发度模型。对模型进行了内部及外部验证来检验模型的可靠性,对于异丙醇-水体系,验证参数R~2=0.8,R~2_(CV)=0.857,R~2_(adj)=0.7,通过最终的模型验证方法,所计算的参数值均在标准范围之内。对于叔丁醇-水体系,验证参数:R~2=0.983,R~2_(CV)=0.976,R~2_(adj)=0.937。所计算的参数值均在标准范围之内,通过最终的模型验证。基于定量构效理论,建立四氢呋喃(THF)-丙酮(ACT)体系相对挥发度QSPR模型,以此模型为基础筛选出新型萃取剂正辛烷并计算新、旧(丁基醚)萃取剂相对挥发度。借助Aspen Plus软件构建正辛烷/THF/ACT三元剩余曲线图,并以此分析分离可行性。建立两萃取剂下的萃取精馏分离工艺流程,以年度总费用为目标函数,采用基于序贯迭代法的Visual Basic优化工具,对流程进行经济性优化。基于最优稳态工艺设计,研究萃取精馏动态控制最优策略,以平方误差积分(ISE)对控制策略进行评估。通过比较相对挥发度、稳态经济性、温控可控性,实现对QSPR模型的稳定性与可预测性工业分离验证。
【学位授予单位】：青岛科技大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2018
【分类号】：TQ028.3

【参考文献】