1、基于剩余曲线图来设计混合制冷剂精馏分离方式
通过剩余曲线图进行热力学分析,对于多元混合制冷剂的汽液相平衡相图类型进行判断,准确进行Serafimov分类后选择不同精馏手段进行分离,如常规精馏,变压精馏和萃取精馏。
2、利用COSMO-RS模型及分子动力学模拟筛选离子液体
通过类导体屏蔽电荷模型(COSMO),理论研究获得制冷剂在萃取剂中的溶解度,且通过相对挥发度和容量等评价指标,对高沸点绿色溶剂如离子液体、低共熔溶剂进行系统性筛选,定性总结出萃取剂种类对混合制冷剂分离效果的影响。通过分子动力学计算,分析制冷剂+萃取剂的最稳定构型,判断氢键形成位置;通过静电势分布分析相互作用强度和位置,最后通过计算出的相互作用能可以判断制冷剂与萃取剂之间的相互作用强度,从分子层面对萃取剂打破共沸现象进行解释。
3、以年度总费用(TAC)为指标优化离子液体萃取精馏工艺流程
建立离子液体萃取精馏分离混合制冷剂的工艺流程,以年度总费用为衡量指标,通过调整回流比,最小化冷凝器和再沸器负荷,尽可能减少离子液体消耗量的同时,实现年度总费用最小。
关键技术优势是利用量子化学的COSMO-RS模型,从理论的角度(连续溶剂化热力学模型)得到萃取剂和制冷剂各自的sigma-profile,即COSMO文件,再通过COSMOthermX中的COSMO-RS模型计算,得出制冷剂在不同萃取剂中的容量以及相对挥发度等性质,最终筛选出高效分离混合制冷剂的萃取剂。
本团队一直从事制冷剂替代技术、制冷剂回收及再利用技术、可燃性制冷剂的风险评估技术等研究,具备了对绿色制冷剂在复杂工况下进行高精度、高自动化、多种类的热物性测试的能力;提出了基于离子液体的高效制冷剂回收分离流程,能够有效分离近共沸和共沸混合制冷剂;基于制冷系统的运行特性和真实制冷剂的热物性,建立了有限空间内制冷剂的泄露和扩散模型,可对可燃制冷剂在不用条件下泄漏的场强分布规律进行详细分析,准确地获得可燃制冷剂在有限空间内的燃爆区域,并进一步评估其安全风险。
评价单位:“科创中国”融合创新制冷产业科技服务团 (中国制冷学会)
评价时间:2022-11-19
综合评价
该研究利用量子化学COSMO-RS模型,从理论的角度分析制冷剂在不同萃取剂中的容量以及相对挥发度等性质,最终筛选出高效可分离混合制冷剂的萃取剂。
总体而言,该研究对混合制冷剂的回收和高效分析技术发展具有促进作用。研究的成果转化与相关设备的开发应用具有较大局限性,市场应用前景不明确。
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