[发明专利]一种有限组分两出口体系静态串级萃取理论设计计算方法

权利要求书

1.一种有限组分两出口体系静态串级萃取理论设计计算系统，其特征在于：

系统包括数据输入处理模块、萃取体系中相对分离系数计算处理模块、两端出口组分组成的精确计算模块、逐级递推仿真计算工艺参数及优化判断选择模块、优化工艺参数的“一步放大”和各进出口流量换算输出模块五个模块组成；

数据输入处理模块，用于已知和规定数据的输入，包括待分离组分数，切割位置序号，待分离的组分Q1、Q2、Q3、…、QN的重量百分比含量、待分离组分的相邻分离系数，在所使用的萃取体系中按萃取能力顺序，从难到易依次输入；以及两端出口产品的摩尔纯度和要求或收率和要求四个分离指标中任意两个分离指标和工艺所需使用原辅材料摩尔浓度；

萃取体系中相对分离系数计算处理模块，依据已知相邻分离系数和在实际萃取分离工艺各级中的有效相邻分离系数的规律对相对分离系数进行计算处理；

两端出口组分组成的精确计算模块，依据物料进出平衡、萃取分配平衡原则和相对分离系数规律，用于两端出口组分组成的精确计算；

逐级递推仿真计算工艺参数及优化判断选择模块，在相对分离系数数学模型上建立了逐级递推仿真计算方法和算法；

优化工艺参数的“一步放大”和各进出口流量换算输出模块，依据实际进料量，在理论进料量和级数的基础上，进行工艺参数“一步放大”到实际工艺操作流量后进行输出；

萃取体系中相对分离系数计算处理模块，根据已知相邻分离系数在实际萃取分离工艺各级中相对分离系数推导出一套萃取体系中相对分离系数计算方法和公式，设任意级中的组成下为：

其中Y、X分别为有机相、水相中在k级中的出口组份组成；脚标[k,i]中,k为级数序号,i为组分数序号, i=1,2,3,┄,N；

根据溶剂萃取平衡理论相邻分离系数的定义有：

根据溶剂萃取平衡理论相对分离系数的定义有：

相对于第一组份时，适应于从第一级向后递推计算：

或相对于最后的N组份时，适应于从最后级向前递推计算：

在实际的分离体系中，理论研究和实践都证明各功能段或级中，存在过量萃取、等量萃取或等量洗涤、过量洗涤三种不同的萃取状态，建立的萃取理论模型也必须符合生产实际，因此，必须采用各功能段或级中的实际相对分离系数建立数学模型和静态设计算法；

对于待分离组分N2的有限组分萃取分离体系中，因存在组分之间的推拉作用，实际相邻分离系数并不等于在简单的两组分时，测得的已知相邻分离系数；为了方便描述，引入了有效相邻分离系数的概念，便于描述相对分离系数与已知相邻分离系数之间的关系；

所谓的相邻分离系数是指待分离组分数时，经较长时混合澄清后测定在完全平衡状态下的两相组成，计算得到的一种分离系数，待分离组分数时，因不存在组分之间的推拉作用，因此，是萃取分离体系中的一个特例，所以在上述三种不同的萃取状态中的平均相邻分离系数和相对分离系数相等，在各级中变化不大，平均相邻分离系数和相对分离系数视为常数，而在待分离组分数N2时，因存在组分之间的推拉作用，分离工艺中己知的平均相邻分离系数在各级中有变化，这是一种普遍现象，因此，根据槽体所处的萃取状态，我们建立了适用待分离组分数普遍和特殊分离体系的相对分离系数计算数学模型，利用已知平均相邻分离系数在不同级和功能段内的变化规律，推导出在不同级和功能段内的有效相邻分离系数后，再分別计算出各级中的相对分离系数；方法如下：

所谓的有效相邻分离系数是针对微量组分在两相中的分配平衡提出的，当两端出口产品都为纯产品时，因为微量组分作为杂质组分本身就很微小，在两相中的分配和值之差也很微小，这时认为不能分离，即微量元素之间的有效相邻分离系数为：

第1、n、n+m级，进、出料级中实际为等量萃取或等量洗涤现象，第1级中，为等量洗B组分；第n级中水相进料时是等量萃A组分或有机相进料时等量洗B组分；第n+m级中是等量萃A组分；此时，有效相邻分离系数恒等于两组分时的相邻分离系数，即：：

相对分离系数的计算通式为：

同理，水相出口级中的易萃微量组分之间相对分离系数为：

而在除第1、、级外的其它级中, 有效相邻分离系数不等于已知两组分时的相邻分离系数, 即：

在第2至级，萃取段内各级实际为过量萃取现象，此时，各级中易萃A组分或，其中有效萃取量：水相进料时；有机相进料时，其中，为B出口级的摩尔分数，因此，易萃组分之间几乎没有分离效果，即有效相邻分离系数可视为等于1，即有；而其它的组分之间的能有效分离，所以有效相邻分离系数恒等于两组分时的相邻分离系数，；即将有效相邻分离系数代入（7）式，计算第2至级的相对分离系数；

第至级，洗涤段内各级实际为过量洗涤现象，此时，各级中难萃B组分或，其中有效洗涤量：水相进料时；有机相进料时，其中，为A出口的摩尔分数，因此，难萃组分之间没有分离效果，即有效相邻分离系数等于1；即有，而其它的组分之间的存在有效分离，所以难萃组分之间的有效相邻分离系数恒等于两组分时的相邻分离系数，；

相对分离系数的计算通式为： 

将有效相邻分离系数代入（9）式，计算第至级的相对分离系数；

同理，有机相出口级中的难萃微量组分之间相对分离系数为：

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