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任意组分体系萃取过程的动态平衡研究
作者:网站采编关键词:
摘要：随着计算机模拟技术的广泛应用，动态平衡研究已成为各行各业中一个重要的研究课题，如稀土的多组分体系串级萃取理论研究。我国北京大学徐光宪、李标国、严纯华等人的研究组，
随着计算机模拟技术的广泛应用，动态平衡研究已成为各行各业中一个重要的研究课题，如稀土的多组分体系串级萃取理论研究。我国北京大学徐光宪、李标国、严纯华等人的研究组，以及国内各大研究机构和各大型生产企业的研究人员都做了很多的工作，并取得了很多成果[1-5]。稀土的多组分体系串级萃取理论研究，最重要的是动态平衡模型的正确建立。动态平衡模型的科学性，直接关系到萃取平衡方程式的建立和计算机算法的确定[2-3]。算法的确定又直接影响到程序开发的难易程度及计算机模拟过程效率的高低。以北京大学为代表的多组分体系萃取动态平衡研究模型建立在多组分相邻分离系数动态平衡的模型基础之上[4-5]，对于一个任意的三组分体系来说，所能找到的萃取平衡方程式如式1所示。
联立（1）式，可得到一个一元三次方程式如式2所示：
而对于一个含有15个组分的稀土原料，则有：
通过计算机解高次方程式是相对简单的，但方程式系数的确定和程序的编制比较困难，因为方程式的系数规律性不强和解高次方程式所带来的大量增根需要判断。
1 任意组分体系萃取动态平衡模型研究
在任意组分体系萃取理论研究中，已经建立了任意组分体系相对分离系数萃取平衡模型，这一萃取平衡模型也适用动态平衡研究。采用任意组分体系相对分离系数萃取平衡模型以及所导出的平衡方程式，应用计算机模拟“分液漏斗法”的实验操作进行动态过程研究。根据任意组分体系萃取平衡在恒定萃取比体系下的特点，各组分在各个分液漏斗中，达到萃取平衡时有下列关系式[6-7]：
解方程式5有两个根，其中以Mi＞Xi＞0为真根，经过N次变换解方程式5中的系数和重复N次求解（Xi），就能求出水相中所有组分的含量；回代公式4中相关的恒等式中就能求出有机相中所有组分的含量（Yi）。其中，分别求出各组分在萃取平衡时，在两相中平衡分配量。
本模型不论组分数是多少都只需要重复解一元二次方程式，并且只要确定一个相中各组分的方程系数，而这些系数都是统一按公式5确定，规律性强，计算程序也容易编制；增根只有一个判断和确认是二选一。而有机相中所有组分的平衡分配量，只需回代公式6中一次代入就能一步求出所有有机相中各组分的含量，这种简单的重复计算是计算机的强项，因而可以极大地提高计算机的计算速度，从而提高工作效率。
2 任意组分体系串级萃取操作的计算机模拟
在漏斗串级实验中，有齐头式充槽和宝塔式充槽两种启动方式。实验室的小型试验多采用后者，而生产中多采用前者启动。上述公式4～6仅解决了每个漏斗中各组分在不同工艺参数和起始量时，两相分配量的计算问题。要真实地模拟串级中全部漏斗的操作，就必须完成以下操作的计算机模拟[9]。
2.1 漏斗的设置
在计算机模拟过程中，是以两组数据分别代替串级实验室中的一组漏斗两相组成，或是代替生产中的一列萃取槽。计算机多以齐头式充槽模拟实际生产过程，这是因为生产过程中萃取级数是固定的；而实验室的漏斗串级实验一般级数难以在实验前准确确定，可以随时在两端增加漏斗个数，所以，多以宝塔式充槽模拟实验室的漏斗串级实验过程。这两种充槽启动方式，各有所长。齐头式充槽启动方式主要验证现行工艺的可靠性，而宝塔式充槽启动方式主要工艺的实验性。
2.2 启动前的充料
采用齐头式充槽，以水相进料为例，按表1中各物料量加入各漏斗中，其组成为料液组成。
2.3 任意组分体系的萃取平衡操作
在实验室中摇漏斗的操作过程就是萃取平衡的过程，而计算机模拟萃取平衡操作过程就是按照公式4～6解一组方程式，求两相中各组分组成（Xi和Yi）的过程[10-11]。
2.4 相转移操作
萃取平衡操作完成后，进行相转移是动态模拟的必要条件。计算机模拟相转移是采用公式7进行操作的。
表1 水相进料体系的物料平衡表—S B=1.0 0 0 0 W↓ ↓ ↓F m=f— /A+f— /级号 1 i n j n+m Y m S—S—S—S—f— /B X m f /B W+1 W+1 W W相对第1组分 相对第N组分β N L ∏ ∏ ∏β β β+1■■i i,( ) ,=■■N L个-L i=1 i=1■■N ∏β i i=1 N -∏ ∏ ∏■■N L N i i i-+ -==1 1 β=■ ■■N L i() ,L个β β 1■齐头式充槽级号 1 i n j n+m M A(S—+f /B)·f /Ai(S—+W+1)·f /Ai(S—+W)·f— /Ai (W+f /A)·f— /A i M B(S—+f /B)·f /Bi(S—+W+1)·f /Bi(S—+W)·f— /Bi (W+f /A)·f— /B i ∑N k i i=[,]1 M(S—+f /B)(S—+W+1)(S—+W)W+f— /A i
文章来源：《计算机产品与流通》 网址: http://www.jsjcpylt.cn/qikandaodu/2021/0320/988.html
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