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南京工业大学
硕士学位论文
萃取精馏萃取剂的计算机优化设计研究
姓名:吴莉莉
申请学位级别:硕士
专业:化学工程
指导教师:管国锋
20060601
硕士学位论文
摘要

针对近沸程或共沸物体系萃取精馏萃取剂的设计问题,本文提出了一种新的
分子设计策略——计算机优化设计方法,主要分为两个部分:计算机辅助分子设
计方法和计算机优化筛选方法。以基团贡献法为基础,采用计算机辅助分子设计
方法中的遗传算法设计了链状、环状和单环芳烃三类萃取剂;并对设计出的萃取
剂采用计算机优化筛选方法进行模糊综合评价。通过气相色谱法测定水-醋酸体
系在较优萃取剂中的无限稀释活度系数,将计算得到的无限稀释相对挥发度与本
文预测值相比较,验证设计方法的准确性。
针对遗传算法搜索效率低和不易得到全局最优解等问题,本文设计了一套新
的分子设计方法,整个设计的核心为:编码方案的确定以及遗传算法操作算子的
改进。采用基团的子基团号组合直接表示分子的新编码方案,生成的分子形式简
单,且基团的各种参数均通过子基团号链接,大大增加了算法的执行效率。采用
跨代精英选择方法,克服了传统选择算子选择机制产生的随机误差。提出错位交
叉算子,避免了交叉产生个体等位基因上的值相同或者相近,大大增强了种群的
多样性。采用突变算子,在种群进化后期增加对种群的扰动,防止提前收敛。
为了全面评价设计结果,本文建立了模糊综合评价的优化筛选方法,得到包
含两组权重分配集,并考虑选择性、溶解性、粘度、比热、相对分子量、毒性、
腐蚀性和沸点等性质的综合评价模型,使评价结果更加准确可靠。
为了考察本文设计方法以及所编程序的准确性,对已有文献报道的丙酮-甲
醇、乙醇-乙酸乙酯体系的萃取精馏萃取剂进行了验证设计。对于丙酮-甲醇体系,
较好的萃取剂有水、乙二醇以及二甲亚砜等;对于乙醇-乙酸乙酯体系,较好的
萃取剂有三甲苯、丙三醇和氯苯等。设计结果、评价结果与文献报道基本一致,
且预测精度高于文献预测精度。
对未见文献报道的水-醋酸体系,设计和优化筛选出了 N-甲基吡咯烷酮、N-
甲基乙酰胺、二甲亚砜和 2-吡咯烷酮等萃取剂。为了验证设计结果的准确性,采
用气相色谱法测定了水和醋酸在 N-甲基吡咯烷酮和 N-甲基乙酰胺中的无限稀释
活度系数,将计算得到的无限稀释相对挥发度与本文预测值比较,相对误差小于
10%,从而表明本文提出的计算机优化设计方法,即与 基团贡献法
Ⅰ
摘要
相结合的改进遗传算法和模糊综合评价方法是准确可靠的。

关键词:遗传算法基团贡献分子设计模糊综合评价萃取剂
Ⅱ
硕士学位论文
ABSTRACT

A novel strategy for designing extractants puter optimization design
method was presented. It posed with puter-aided molecular design
puter optimization screening method. The pounds, compounds ring
and mononuclear aromatics were designed bining group
contribution method with modified ic algorithm. And the obtained extractants
were estimated by puter optimization screening method. The accuracy of the
method was verified by determining the infinite dilution activity coefficient of the
water + acetic acid system in the superior extractants by gas-liquid chromatography
method.
A method based on the improved ic algorithm for puter-aided
molecular design for extractive distillation was presented. A number of enhancements
had prised. In order to greatly enhance the algorithm performing efficiency