[发明专利]一种环隙式离心萃取器工艺参数与单级萃取性能之间关系的综合计算及模拟方法

说明书

本发明公开了一种环隙式离心萃取器工艺参数与单级萃取性能之间关系的综合计算及模拟方法。确定所需研究的萃取体系，改变水相流速Vsubgt;a/subgt;、有机相流速Vsubgt;o/subgt;、萃取剂浓度C及离心筒转速R这4个工艺参数，在环隙式离心萃取器中进行单级萃取操作，收集水相流出液，通过紫外分光光度计测量溶液的吸光度A，利用朗伯比尔定律和萃取率计算公式得到萃取率E；数据处理，将环隙式离心萃取器看作一个黑箱，利用三种方式对数据(Vsubgt;a/subgt;/Vsubgt;o/subgt;/C/R‑E)进行处理，确定目标萃取率。本发明能够为萃取工艺的优化提供重要参考，减少了工艺研发的工作量，提高了工艺研发的目标性及针对性。

技术领域

本发明涉及一种环隙式离心萃取器工艺参数与单级萃取性能之间关系的综合计算及模拟方法，属于化工技术领域。

背景技术

离心萃取器具有萃取介质存留量小、两相接触时间短、传质级效率高、传质平衡时间短、易于实现自动化控制等优点，在化工生产中具有重要的应用价值；相比于混合澄清槽和脉冲萃取柱，离心萃取器具有占地面积小，萃取速度快，自动化程度高的特点，在环境保护(含酚废水处理)、湿法冶金(稀土组分离)及核化工(乏燃料后处理)中得到了广泛的应用。

离心萃取器以高速的离心筒旋转使密度不同的两相充分混合以完成传质过程，同时通过离心筒旋转产生的强大离心力使两相按照密度不同(所受离心力也不同)而分开，最后经过偏心片的分隔根据两相被甩出的位置不同而得以分离。

环隙式离心萃取器的工作过程如下：①当密度不同、互不相溶的两相液体分别从两个进料口进入环隙后，依靠离心筒的高速旋转以及液层间的摩擦，在环隙内实现剧烈而均匀的混合，传质过程由此发生；②当高速旋转的混合液向下流动碰到固定叶片后，从离心筒底部的混合相入口进入筒体；③混合液在离心力的作用下进行分相，重相被甩到转筒外缘，聚集到转筒壁处，通过靠近转筒壁的垂直孔道经重相堰流入重相收集室，从重相出口流出；④轻相则被挤向转筒内侧，经轻相堰和水平通道流入轻相收集室，从轻相出口流出；⑤流出的两相液体进入各自的贮槽完成单级萃取过程，或流入到相邻的离心萃取器以进行多级萃取过程。

目前人们对于环隙式离心萃取器的工艺参数-萃取性能研究完全基于实验结果来采集数据点，最佳工艺参数是通过大量工艺参数的排列组合及萃取结果的分析来确定相应的最佳萃取率值；采用级效率的概念进行单级萃取效率的研究，通过水力学性能及传质效率进行级效率的计算及模拟，数据采集过程比较繁琐，数据分析过程比较简单。

黑箱理论，是指对特定的系统展开研究时，人们把该系统作为一个看不透的黑色箱子，在研究过程中并不涉及系统内部的结构和相互关系，仅从其输入值及输出值的变化情况来了解该系统的运行规律，用黑箱方法得到的是对该系统总体规律的认识。

最小二乘法(又称最小平方法)是一种数学优化技术。它通过最小化误差的平方来寻找数据的最佳函数匹配。利用最小二乘法可以简便地求得未知的数据，并使得这些求得的数据与实际数据之间误差的平方和为最小。

线性判别分析(linear discriminant analysis，LDA)是对费舍尔(Fisher) 的线性鉴别方法的归纳，这种方法使用统计学、模式识别和机器学习方法，试图找到两类物体或事件的特征的一个线性组合，以能够特征化或区分它们。所得的组合可用来作为一个线性分类器，为后续的分类做降维处理。

四维插值法，是根据已知的数据序列(也可以理解为坐标中一连串离散的点)，找到其中的规律；然后根据找到的这个规律，来对其中尚未有数据记录的点进行数值估计。

目前人们对于环隙式离心萃取器在单级萃取时的工艺参数-萃取性能关系研究，其主要思路是采取工艺参数排列组合法或者正交实验法，即将离心萃取器视为一个传质单元，通过不同工艺参数的排列组合，来研究萃取性能的变化情况，主要通过离心萃取器的水力学性能及两相传质情况进行级效率的计算及模拟，数据采集过程比较繁琐，数据分析及评价过程比较简单，主要是画图或列表分析最高最低萃取率的变化情况及趋势。