[发明专利]一个适用于含离子液体体系的联合热力学模型—COMSO-UNIFAC在审
申请号: | 201811595072.X | 申请日: | 2018-12-25 |
公开(公告)号: | CN109817283A | 公开(公告)日: | 2019-05-28 |
发明(设计)人: | 雷志刚;黄帅;朱瑞松;董一春 | 申请(专利权)人: | 北京化工大学 |
主分类号: | G16C10/00 | 分类号: | G16C10/00 |
代理公司: | 北京思海天达知识产权代理有限公司 11203 | 代理人: | 张立改 |
地址: | 100029 *** | 国省代码: | 北京;11 |
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摘要: | |||
搜索关键词: | 离子液体体系 热力学模型 二元基团 联合 基团贡献法 先验 参数预测 离子液体 模型参数 模型计算 模型结合 原始模型 参数表 预测 稀释 活度 空缺 | ||
一个适用于含离子液体体系的联合热力学模型—COMSO‑UNIFAC,属于热力学模型参数预测技术领域。该模型将基团贡献法(GCMs)和COSMO‑based模型相结合,并首次扩展到离子液体(ILs)。该模型先通过COSMO‑based模型计算出含离子液体体系的无限稀释活度系数(γ∞),再进一步得到该体系在UNIFAC模型当中空缺的二元基团相互作用参数(见附图3),从而使该联合模型既保持了UNIFAC原始模型方程和模型参数,也同时得到了我们参数表中所缺少的二元基团相互作用参数。因此,该联合模型结合了UNIFAC模型(精确预测)和COSMO‑based模型(先验预测)各自的优点。
技术领域
本发明涉及一种应用于含离子液体体系的联合热力学模型,即COSMO-UNIFAC热力学模型,属于热力学模型参数预测技术领域。
背景技术
离子液体由于其独特的性质,如不挥发性、不可燃性、盐效应、热化学稳定性等,在许多化学分离过程(如气体吸收,液-液萃取,萃取精馏)中得到了广泛的应用。在这种情况下,含离子液体混合物的相平衡数据在离子液体的应用中起着重要作用。
UNIFAC模型是最成功的基团贡献模型,被广泛用于预测混合物体系的热力学相平衡数据。在过去的十年里,一些基于UNIFAC的模型已经扩展到离子液体。其中,Lei等人在2009年建立了针对离子液体(ILs)的UNIFAC模型,即UNIFAC-Lei模型。该模型已经被广泛应用于含ILs的系统相平衡的预测。随着多年的扩展,UNIFAC-Lei模型现在包含75个主基团和130个子基团。虽然部分UNIFAC-Lei模型的基团相互作用参数已通过关联实验数据得到,但空缺的模型参数仍占70%以上(见附图3)。为了填补空缺的参数,需要消耗大量的人力、物力和财力。因此,找到一个有效的方法来解决这个问题是有必要的。
另一方面,COSMO-based热力学模型,如COSMO-RS、COSMO-RS(O1)和COSMO-SAC模型,是目前比较流行的预测模型,它是直接分析溶质表面的电荷密度分布,可以不依靠实验数据,直接从统计机理来计算组分的化学位和活度系数。然而,以COSMO-based模型的计算精度通常比UNIFAC模型类的基团贡献模型(GCMs)要差。COSMO-based模型和GCMs各有其独特的优势,因此许多研究者尝试将COSMO-based模型与GCMs相结合。Mu和Gmehling提出了一个新的模型,即GC-COSMO,该模型将GCMs与COSMO-RS(O1)和COSMO-SAC模型相结合。GC-COSMO模型是通过基团贡献法来预测分子的表面电荷(σ-profiles)分布,而不是通过量子化学计算。Soares和Gerber开发了一个新的模型——功能性基团活度系数(F-SAC)模型。这个模型是基于GCMs这个模型,但能量交互参数来自COSMO-SAC模型,同时,新的参数(Qk+、Qk-和σk+)也是需要的。此外,针对反应体系,Gmehling等人还试图利用COSMO-RS(O1)计算出的模拟实验数据来填补改进的UNIFAC(Dortmund)参数表的空白参数。目前,通过这种方法获得了约300对二元相互作用参数。然而,UNIFAC的大多数参数仅UNIFAC-Consortium的成员能够获取。
本发明提出了一个联合热力学模型,即COSMO-UNIFAC模型,该模型将基团贡献法(GCMs)和COSMO-based模型相结合,并首次扩展到离子液体。这个联合模型通过COSMO-based模型先计算出适合的无限稀释活度系数(γ∞)(溶质的质量分数不超过10^-9),再进一步得到离子液体在UNIFAC模型当中与传统物质之间空缺的二元基团相互作用参数(见附图3),从而使该联合模型既保持了UNIFAC原始模型方程,也不改变原始的模型参数。因此,该联合模型结合了UNIFAC模型(精确预测)和COSMO-based模型(先验预测)各自的优点。
发明内容
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