[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

说明书

本发明公开了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，本发明的主要目的是为有限组分两出口体系的串级萃取分离工艺，提供一种科学的静态理论设计计算方法。本发明的设计能够节约大量的实验资金和实验时间。采用本发明创造的理论和算法设计出的串级萃取分离工艺优化工艺技术参数准确、可靠，与生产实际相符；除实际流量和级数n、m需要进行一步放大外，其他的工艺技术参数不需要修正都可直接应用。编程后，在普通的电脑上的计算速度都可舜间完成。因此，可使串级萃取分离生产工艺实现在线智能无人自动控制成为可能。

技术领域

本发明涉及萃取理论设计计算方法技术领域，尤其涉及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。

背景技术

二十世纪70年代，北京大学徐光宪先生首先提出了可用于稀土分离的两组分两出口体系串级萃取理论，并解决了简单(特殊)的两组分两出口体系串级萃取理论静态设计计算问题，并发展了串级萃取的计算机静态设计和动态仿真技术，实现了稀土分离工艺设计参数“一步放大”到工业规模生产，从而促进了我国稀土分离工业的高速发展。徐光宪先生提出的串级萃取理论(参见：徐光宪，稀土(上)，北京：冶金工业出版社，1995)。基于简单的两组分两出口体系，推导出了：最小萃取量和最小洗涤量代表给定分离过程所需的化工试剂理论最小消耗量，尽可能接近理论最小萃取量和最小洗涤量是稀土分离工艺设计的重要内容。早期的串级萃取理论给出了两组份分离所需的理论最小萃取量和最小洗涤量的计算公式，但并不能准确适用大于两组分的分离体系，而大于两组分的分离体系却是稀土分离体系中最常见、最普遍的分离体系。因此，上世纪末，北京大学萃取理论界提出了“完善徐光宪先生的串级萃取理论”的重大研究课题，在我国的萃取理论界和科研人员中一时掀起了串级萃取理论研究高潮，也发表了许多的研究成果。因为，这一时期的研究大多都是在基于徐光宪先生两组分体系串级萃取理论的相邻分离系数模型的基础上进行理论研究，因此，碰到了许多难以克服的困难，如：

1.在分离体系中的组分数多于两组分时，因为组分之间存在推拉效应，分离体系中组分之间分离系数实际上会大于或等于两组分条件下测定的相邻分离系数，存在较大的误差，而已经发表的许多研究成果中，提出了各种各样所谓的等效分离系数计算法，希望套用徐光宪先生的两组分两出口体系串级萃取分离理论计算方法来解决大于两组分两出口体系的理论设计，最终都没有成功。后来，北大一些学者，采用相邻分离系数的数学模型进行多组分分离体系的研究，却又发现一些了新的问题。

2.随着对相邻分离系数的数学模型深入研究，发现随着组分数的增加平衡关系越来越复杂，致使理论研究的平衡关系式表述越来越复杂(参见：徐光宪，稀土(上)，北京：冶金工业出版社，1995 672-676)。我们在研究时发现采用相邻分离系数模型研究大于两个组分的分离体系时，是导致平衡关系式表述越来越复杂主要原因。

3.另是采用相邻分离系数的数学模型进行多组分分离体系的研究，在计算两端出口组分的组成和各级的萃取平衡组成时，一个t组分的体系就是在不断解t次方程几十次的过程，如果采用遂级递推仿真计算法，并搜索找到最优化的工艺参数，就必须再增几十倍的不断解t次方程几十次的过程，不仅计算复杂且耗时，更重的是，该法微量组分的计算结果可精算到负几十次方(实践中并不可能这么小)，因此，看似计算很精确，却与生产实践结果不符；因为，萃取分离工艺目前能够达到的产品纯度最高为99.9999％左右。而十多个其他稀土的微量组分基本上都检测得到，即微量组分一般都在10^-5至10^-7之间。因为精确设计计算法还存在上述难以一时跨过理论问题，所以，一部分学者干脆采用徐光宪先生推导出最小萃取量和最小洗涤量极限公式进行近似工艺参数设计，如：专利201810183244.6，一种多组分联动萃取分离流程设计系统及设计方法，就是采用最小萃取量和最小洗涤量极限公式进行近似工艺参数设计，当然，所设计的工艺参数也是近似的、不优化的。由此可见，我国稀土之父徐光宪先生遗留下的“完善串级萃取理论”研究的课题，也可以说是萃取分离领域的一座很高的山峰，想登顶需要更大的勇气和更多的付出才有可能。