[发明专利]一种模拟移动床色谱操作参数优化方法

说明书

技术领域

本发明涉及模拟移动床色谱技术领域，尤其涉及一种应用于精细化工、手性药物拆分等高要求分离场合的模拟移动床色谱操作参数优化方法。

背景技术

模拟移动床(Simulated Moving Bed，简称SMB)技术作为连续色谱的主要代表，具有生产效率高、有机溶剂消耗少、传质推动力大、便于自动化连续生产等优点，是国际上新一代绿色化工分离技术，也是流程工业绿色化、自动化的一个重要研究方向。其应用范围也从传统的石油化工、糖类分离向生物制药、精细化工等领域不断扩展。

在SMB技术的实际应用中，人们主要关注点在于针对不同的色谱分离过程如何确定合适的操作条件，使整个系统的分离效果不仅能够满足产品质量的要求，而且尽可能的节约成本，提高生产效率。但是其运行机理复杂，影响分离效果的参数众多，一直以来缺乏较为有效的方法确定实际装置的最佳操作条件。

目前常用的几类操作参数优化方法分别为：实验方法、三角形方法、单目标优化方法和一般的多目标优化方法。实验的方法实际应用性较强，但时间成本和经济成本相对较大，并且该方法的适用性较差，难以普遍化；三角形理论对SMB寻优过程具有重要的指导意义，它使得寻优过程得以简化。但这种理论是基于理想状况的假设，忽略了两项间的传质阻力，与实际分离过程存在较大差距，不能用于定量研究。单目标优化方法需要对各个生产目标进行人为的权重设定，这种权重设定方法带有很大的主观因素，也不利于实际过程，并且这种方法的全局搜索能力较差；多目标优化方法虽然可以较好的处理多目标问题，但它在进行优化时对目标空间的全空间进行寻优，从而最终得到的Pareto解是在目标空间均匀分布的，但是真正符合实际生产要求的分离目标区域内操作点数目却较少，给实际工况选择带来较大局限性。

发明内容

本发明的目的是针对现有模拟移动床操作参数优化方法技术的不足，提供一种模拟移动床色谱操作参数优化方法。

本发明的具体技术方案如下：

(1)测定模拟移动床床层参数；

(2)测定色谱过程吸附等温线；

(3)确定模拟移动床色谱模型；

(4)模拟移动床模型的求解；

(5)确定优化目标及目标偏好；

(6)确定决策变量及约束条件；

(7)优化过程设计。

本发明的有益效果是：

1、突破了常规寻优方法的局限性，可有效处理模拟移动床色谱优化问题多变量、多目标的特点。

2、解决了实验寻优方法时间消耗多、经济成本大的缺点。本发明不仅可获得分离性能优异的操作条件，而且能够有效的降低寻优成本。

3、优化过程更具针对性，通过在寻优过程中加入模拟移动床分离目标的偏好信息，使得最终得到的优化结果都位于偏好区域内，可供实际操作者更多的选择范围。

4、优化结果更佳，实验证明，本发明能够比其他方法获得性能指标更优的模拟移动床色谱操作条件。

附图说明

图1是本发明装置对象的运行原理图；

图2是本发明数学模型的求解流程图；

图3是本发明优化方法流程图；

图4是本发明带偏好的优化方法子代产生过程流程图；

图5是本发明中目标偏好设置原理图；

图6是本发明与常用多目标优化方法对模拟移动床某一生产过程的优化结果比较图。

具体实施方式

一种模拟移动床色谱操作参数优化方法利用带生产目标偏好的优化方法对色谱操作条件进行优化，使模拟移动床产品纯度和生产率达到最佳。

本发明一种模拟移动床色谱操作参数优化方法包括以下步骤：

1、测定模拟移动床床层参数

模拟移动床的床层参数是指与模拟移动床装置设计及分离对象相关的参数。主要包括：柱体分布、柱体长度、柱体直径、空隙率、传质系数、扩散系数和Peclet数。柱体分布是指图1所示的装置结构图中每个分离区域的柱体个数；柱体长度和柱体直径可以通过一般测量工具测得，如游标卡尺等；空隙率可从填充柱体的厂家说明书上获得；传质系数一般通过直接测定法和刺激-应答法测定；扩散系数通过时间延迟法测定。

2、测定色谱过程吸附等温线

吸附平衡关系一般采用bi-Langmuir等温线形式，等温线的模型参数通过单根色谱柱的实验数据获得，测定方法可用静态法或流动法。

3、确定模拟移动床色谱模型

本发明利用基于一般速率理论的TMB模型作为数学模型基础。其数学模型无因次化形式如下：

物料平衡方程：