時空守恒元解元方法對模擬移動床色譜過程的仿真模擬及優(yōu)化研究.pdf

1、模擬移動床(SMB)色譜技術(shù)作為對復(fù)雜混合物進(jìn)行高效分離的一種吸附分離技術(shù)，具有分離能力強(qiáng)、傳質(zhì)推動力大、生產(chǎn)能力高、固定相利用率高、洗脫劑消耗小、易于實(shí)現(xiàn)自動化操作等優(yōu)點(diǎn)，現(xiàn)已被廣泛應(yīng)用于石油化工、糖醇行業(yè)、手性藥物、精細(xì)化工等領(lǐng)域。時空守恒元解元(CE/SE)方法是求解守恒型方程的一種全新的、高精度的數(shù)值計(jì)算方法。國外已有學(xué)者將CE/SE方法引入到SMB模型方程的求解中，計(jì)算效率大幅提高，該方法值得進(jìn)一步研究。本文將SMB色譜模型與

2、CE/SE方法相結(jié)合，從CE/SE方法對SMB色譜數(shù)學(xué)模型求解、果糖-葡萄糖分離實(shí)例模擬仿真以及仿真分離系統(tǒng)操作參數(shù)優(yōu)化三個方面開展研究工作。
　　首先，本文構(gòu)建了一種簡單的CE/SE方法用于求解SMB色譜模型方程。為驗(yàn)證該算法計(jì)算精度，將該方法用于具有分析解的間歇色譜過程，即利用CE/SE方法求解單柱模型方程，為了對比，線上(MOL)法也用于求解同一問題。計(jì)算結(jié)果表明，CE/SE方法的計(jì)算精度明顯優(yōu)于MOL法。CE/SE方法計(jì)算

3、曲線與分析解幾乎重合，其最大絕對誤差為1.1×10-4，MOL法的最大絕對誤差為3.8×10-3。
　　其次，又借助文獻(xiàn)中果糖-葡萄糖SMB色譜分離實(shí)例，將CE/SE方法對于SMB色譜數(shù)學(xué)模型的求解用于模擬果糖-葡萄糖分離過程，模擬結(jié)果表明，本文的CE/SE方法計(jì)算所得濃度曲線與實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)吻合良好，純度與產(chǎn)率數(shù)據(jù)與實(shí)驗(yàn)結(jié)果一致，計(jì)算效率高于MOL法及小波配置法。另外，本文改進(jìn)的CE/SE方法計(jì)算效率及精度都高于文獻(xiàn)中的CE/SE方法

4、，通過對比分析指出，文獻(xiàn)中采用近似式ut=-fx，可能是其計(jì)算精度差的主要原因。
　　最后，對果糖-葡萄糖仿真分離系統(tǒng)操作參數(shù)優(yōu)化進(jìn)行了研究。以最大生產(chǎn)能力為優(yōu)化目標(biāo)，以組分純度為約束條件，以SMB四區(qū)帶流量以及切換時間為優(yōu)化參數(shù)，運(yùn)用Box復(fù)合形結(jié)合罰函數(shù)優(yōu)化方法對果糖-葡萄糖分離進(jìn)行模擬優(yōu)化，通過對操作參數(shù)的優(yōu)化，生產(chǎn)能力由未優(yōu)化前的1.67 ml/min提高到了1.74ml/min，提高了5％。通過對分離過程操作參數(shù)的優(yōu)化，