[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

摘要

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Va、有机相流速Vo、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(Va/Vo/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。

主权项

1.一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，其特征在于，为以下步骤：(1)数据采集及计算步骤：确定所需研究的萃取体系，改变水相流速V_a、有机相流速V_o、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(V_a/V_o/C/R‑E)进行处理，即全参数最小二乘法拟合、四维插值法及Fisher线性分类法，并获得数据处理结果；综合评价，确定目标萃取率，通过Fisher线性分类得出该萃取率下的不同工艺参数的组合，然后通过固定其他工艺参数，得出该控制条件下时萃取剂浓度的阈值；或者通过输入工艺参数范围内的不同工艺参数组合，计算目标萃取率；(2)拟合原理及计算过程2.1假定拟合曲线方程令拟合曲线方程为E_i＝a₀+a₁V_ai+a₂V_oi+a₃C_i+a₄R_i，i＝1...108；实验值为2.2列出离差平方和将拟合曲线方程代入得到离差平方和φ的一般值：其中i＝1...108目的是让离差平方和最小：求导下利用离差平方和φ分别对a₀、a₁、a₂、a₃、a₄求偏导数，并列出方程组：将上式展开可得：2.3解方程展开可得该矩阵的形式为：X′Xβ＝X′Y则：β＝(X′X)^‑1X′Y将数据代入可以得到最小二乘法的拟合曲线方程为：E＝0.0528V_o‑0.0412V_a+0.0798C+0.000749R+0.511；(3)Fisher线性分类法计算3.1人工分类将整个样本人工分为两个样本类：类A和类B。分类手段利用Matlab等程序进行：类A：类B：总样本数为n＝n_a+n_b，n_a和n_b视阈值而定；3.2给出样本重心样本类A重心：其中样本类B重心：其中3.3提出Fisher判别函数设Fisher判别函数为g(x)＝w₀+w₁x₁+w₂x₂+…+w_mx_m，当g(x)＞0，判别样本属于A类，当g(x)＜0，判别样本属于B类；3.4计算离散度样本类A的内离散度矩阵为：其中：i＝1，2，...，m；j＝1，2，...，m样本类A的内离散度矩阵为：其中：i＝1，2，...，m；j＝1，2，...，m总类内离散度为：总类内离散度为m*m的方阵，其逆矩阵为S^‑1；3.5得到系数代入g(x)＝w₀+w₁x₁+w₂x₂+…+w_mx_m，可得Fisher线性分类器；除了给出分类方程以外，将该方程作为已知条件，任意给出水相流速(V_a)、有机相流速(V_o)、萃取剂浓度(C)及离心筒转速(R)四个工艺参数中的三个，反解出另一工艺参数的阈值；(4)四维插值法计算步骤4.1输入数据并计算欧式距离，选择空间中的一点，其坐标为：(V_a，V_o，C，R)，已知数据矩阵其中n＝108利用Matlab程序计算每一行的数据与(V_a，V_o，C，R)的欧氏距离，距离计算公式为：并进行排序，选取出三个或五个距离最近的值；4.2根据欧氏距离推导萃取率插值公式若空间距离所求坐标点d(V_a，V_o，C，R)最近的三个点为a、b、c，距离分别为ad、bd、cd，它们各自坐标点对应的萃取率为E_a、E_b、E_c、E_d，则可推导出Ed的公式为：在极限条件下依然成立。