[发明专利]模拟移动床色谱过程仿真系统

说明书

本发明涉及一种模拟移动床色谱过程仿真系统，所述仿真系统由体系参数文件、输出结果文件以及链接所述体系参数文件和所述输出结果文件的Matlab指令集组成，所述体系参数文件和所述输出结果文件以Excel格式存储，所述Matlab指令集包含读取模块、仿真模块和输出模块，所述读取模块用于读取所述体系参数文件中的全部参数；所述仿真模块应用多种算法，根据所述参数计算生成所述模拟移动床色谱过程结果；所述输出模块将所述结果存储于所述输出结果文件。本发明的系统具有界面友好，易于操作的优点，能高效、快速、准确地对模拟移动床色谱过程进行仿真优化，加速了模拟移动床色谱工艺过程的开发效率。

技术领域

本发明涉及一种优化的化工过程仿真系统，具体的说，涉及一种模拟移动床色谱过程仿真系统。

背景技术

模拟移动床(simulated moving bed，SMB)色谱技术是在移动床的基础上发展起来的新型的现代化分离技术，具有连续生产、节省物耗、分离效率高的特点，广泛应用于化学和生物制药工业。例如，作为模拟移动床最早的应用实例，在糖醇生产过程中，使用模拟移动床技术对果糖和葡萄糖的分离提纯效率比一般工业制备的色谱分离高出40％。

利用模拟移动床色谱技术进行分离的效果依赖于连续系统的运行、柱系统的空间结构、填料与待分离物系的交互作用(例如待分离物质在填料中的热力学性质和动力学性质)。也就是说，模拟移动床色谱工艺的优化需要同时考虑拟分离体系的物性条件、生产装置的设备参数和操作工艺。由于输入参数多，且各参数可能具有非线性的关联，难以直观地从输入参数推知最终的分离效果，或者据此来优化操作条件。

对模拟移动床色谱工艺进行优化的传统方法依靠大量的实验摸索，耗时耗力，且获得的结果并不一定为最优。学术界已经报道通过建模来进行优化，例如采用遗传算法和神经网络结合的算法获得理想的操作条件(李凌等，模拟移动床过程的软测量建模仿真研究，计算机与应用化学，2014，31(11)：1298-1302)。然而，这些对于实验操作人员来说，模型和计算过程过于复杂，难于理解掌握并进行调整。因此有必要开发一种用户友好且易于操作的仿真系统。

发明内容

本发明提供一种整体性的模拟移动床色谱过程仿真系统，所述仿真系统由体系参数文件、输出结果文件以及链接所述体系参数文件和所述输出结果文件的Matlab指令集组成；

其中，所述体系参数文件和所述输出结果文件以Excel格式存储，所述体系参数文件包括基本柱参数、分离物系的热力学参数、分离物系的动力学参数以及移动床设备的操作边界；其中，所述输出结果文件包含最优操作时间和各区流速；

其中，所述Matlab指令集包含读取模块、仿真模块和输出模块，所述读取模块用于读取所述体系参数文件中的全部参数；所述仿真模块应用色谱模型公式、色谱模型离散化方法、常微分方程求解方法、模拟移动床运行逻辑以及遗传算法寻优方法，根据所述参数计算生成所述模拟移动床色谱过程结果；所述输出模块将所述结果存储于所述输出结果文件。

本发明提供的优化仿真系统利用Matlab中的模型求解模块、最优解求解模块和图形化模块，并以Excel文件作为数据输入和输出载体，模拟移动床色谱分离过程。本发明的系统具有如下有益效果：用户界面友好、易于输入，便于显示优化结果。通过建模的方式进行优化，能够高效、快速、准确地对模拟移动床色谱过程进行仿真，提高了模拟移动床色谱工艺过程的开发和优化效率。借助本发明的系统，非专业技术人员能够快速、准确的寻找到最佳的工艺参数并用来指导工业生产。此外，本发明的系统可用于对员工进行工艺和生产操作培训。

附图说明

图1是本发明的模拟移动床过程仿真系统原理图。

图2显示根据本发明的一个实施方式，体系参数Excel文件的表格。

图3显示根据本发明的一个实施方式，输出结果Excel文件的表格。