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《江南大学》 2009年
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模拟移动床(SMB)色谱模型的求解方法研究

王敏  
【摘要】: 模拟移动床(SMB)色谱技术是一种强大的且极具吸引力的新型吸附分离手段,时空守恒元解元(CE/SE)方法是求解守恒型方程的一种全新的高精度的数值研究方法,本文将两者结合起来进行研究,经过研究取得了较好的效果。一方面为SMB色谱吸附分离模型探索出了一种优越、快速高效的数值方法,使得SMB色谱吸附分离过程的整体性能得到了提升和改善,相应地为工业色谱分离带来了一定的经济效益和社会效益;另一方面,将国际上流行的时空CE/SE方法的应用领域拓展到SMB色谱吸附分离领域,某种程度上证实了该高效算法的广泛适用性和强大的处理复杂流体问题的能力。 本文首先对SMB色谱吸附分离模型进行了研究,经过模拟仿真,对模型数值求解方法的数值结果进行了比较,结果表明,二阶中心差分机制的数值解不稳定,一阶迎风机制的数值结果与五阶WENO机制的数值结果的精确度表现出近5倍的最大差距,且计算速度也达到了接近9倍的差距,因而推出数值求解方法的优劣对SMB色谱分离效果的影响比较大的结论,以及SMB色谱模型的传统数值方法表现出了求解速度慢、数值结果不稳定、精度不高的局限性。接着引入了对时空CE/SE方法的深入研究,通过仿真求解一维守恒型对流扩散方程,得出时空CE/SE方法具有求解数值结果稳定、高效和高精度的优点。然后将时空CE/SE方法与SMB色谱模型结合起来进行研究,将时空CE/SE方法应用到具体SMB色谱模型上进行仿真求解,在理论和模拟仿真结果上分别与正交配置有限元法(OCFEM)进行了整体比较,结果表明,时空CE/SE方法比OCFE方法稳定,精确度比OCFE方法高近5%,计算速度也比OCFE方法提高了近1/3。最后又借助实际工业葡萄糖-果糖SMB色谱吸附分离实例,针对时空CE/SE方法本身的CFL数和网格数两个主要参数对分离性能的影响,通过模拟仿真对数值结果进行了性能评价,结果表明,CFL数对结果影响较小,网格点数对结果影响较大,且分离过程在CFL数为0.8、网格数为51和第40个周期循环时达到伪稳定状态,数值计算结果的性能相对是最好的,并且在选择了满足稳定性和精度要求的合适网格点数的情况下,CFL数在满足稳定性要求的|υ|1范围内还可以适当的增大来减少计算时间和提高精度。 本文的研究,把时空CE/SE方法的优越性在SMB色谱模型上加以体现,对时空CE/SE方法和SMB色谱吸附分离问题的研究都取得了进展。将本文的研究成果应用到实际工业工程上指导实践,根据本文的研究内容和结果,理论上能够减少实验成本,提高效率,有利于工业放大,带来较大的经济效益和社会效益,但在工业工程上的具体实际应用以及产生的积极效果尚需要进一步的研究证实。另外,本文的研究,对有关时空CE/SE数值方法在SMB色谱模型问题上的应用研究有一定的借鉴意义,研究成果具有一定的理论价值、现实价值和实践价值。
【学位授予单位】:江南大学
【学位级别】:硕士
【学位授予年份】:2009
【分类号】:O657.7

【引证文献】
中国博士学位论文全文数据库 前1条
1 唐萍;CSMB集成反应分离装备技术研究[D];浙江大学;2011年
【参考文献】
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【共引文献】
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2 唐萍;CSMB集成反应分离装备技术研究[D];浙江大学;2011年
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2 梁慧;混沌粒子群优化算法的分析与应用[D];广东工业大学;2011年
3 李丁;采用新型分子表面印迹技术构建手性空穴实现对手性药物对映体的高效识别与拆分研究[D];中北大学;2011年
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6 徐建冬;时-空守恒元解元数值方法研究[D];南京航空航天大学;2009年
7 周倩;离子交换法海水提钾过程优化[D];河北工业大学;2011年
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【同被引文献】
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【二级参考文献】
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7 杨芳;居住社区商业建筑研究[D];中南大学;2008年
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10 朱德志;多冻结的主生产计划对供应链绩效的影响研究[D];天津大学;2004年
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