研究简介
化学和制药工业中萃取蒸馏 (ED) 分离的关键在于筛选合适的夹带剂。随着合成化学科技发展，越来越多的创新夹带剂被设计出来。筛选夹带剂也是 ED 分离过程中的一个关键环节和首要任务。
鉴于不同夹带剂对物理化学和生物化学特性的不同影响，如何筛选出环境友好、低绿色生态毒性的可持续夹带剂，在设计和优化化学分离过程中引起了越来越多研究人员的关注。
基于此，青岛科技大学化工学院朱兆友和王英龙教授清洁化工与过程强化技术团队多年来从事绿色化工过程设计与过程强化技术，在总结在化工萃取精馏分离共沸物过程设计的预测筛选优越 TAC 的启发式模型 (Front. Chem. Sci. Eng.,2020,14: 824-833) 和 (Green Chem.,2023,25: 2305-2317) 研究成果基础上，基于化工过程系统工程 (PSE) 思路，建立了创新启发式过程预测模型，并以计算过程 TAC 作为具有普遍可预测性的定向目标函数进行了验证。
化工萃取精馏分离共沸物工艺设计的过程 TAC 和 LCA 效果影响了最佳经济性、环境友好性和生态毒性绿色可持续性，该启发式过程预测模型具有广泛的可预测性和适用性，可与不同的工艺优化算法相结合，为未来的绿色化学分离工艺集成和开发创新的优化算法模块提供了无限的复合模式和机会。
内容详述
Fig. 2.Process boundary flowsheet for screening entrainers of the prediction model on the ED separation of multi-azeotropes.
Fig. 3.Flowsheet for screening entrainers of the heuristic process prediction model.
Fig. 6.Relationship of TAC to PECI (a, b) and LTEDI to PECI (c, d) with different entrainers.
可视化图 6 中 PECI 比较显示 NMP 和 MEA 分别是两种情况的最佳夹带剂。启发式预测模型指数 PECI 用于从 ED 分离案例的验证模拟和优化结果中预测和筛选与TAC、LTEDI 和 LCA 影响高度一致的最佳夹带剂。同样，化工 ED 分离生产过程设计中的 PECI 也可以预测筛选夹带剂的环境友好性和生态毒性。本工作创新构建了模型指数 PECI，不仅可以预测和筛选夹带剂的工艺经济性，还可以全面预测和筛选环保可持续性能对夹带剂的环境友好性和生态毒性。这突破了原有 LCA 预测模型的局限性，进一步拓展了创新过程预测模型优异性能的普遍适用性。
Fig. 8.Algorithm flowchart of the innovative heuristic process prediction model.
Fig. 9.Flowsheet of an embedded prediction and screening model for improved simulation and optimization algorithms of combined chemical separation processes.
总结展望
青岛科大清洁化工生产与过程强化创新团队基于化工 PSE 的概念，总结并揭示了相对挥发性变化的理论原理和影响因素。αHC-SOL 和 NTR 与 QR、TAC、PECI 和 LTEDI 之间的关系数学单调性趋势表明，启发式过程预测模型是科学有效的。该启发式过程预测模型以加入夹带剂后的
（1）分离共沸物的情况表明，夹带剂的 PECI 分别与 TAC 和 LTEDI 具有相同的单调递增关系，因此最小PECI可以预测TAC、LTEDI和LCA的最小影响。
（2）启发式过程预测模型将过程模拟和优化的工作量从（M×N）次减少到（1+N）次(M 是夹带剂的数量)。
（3）采用 PECI 预测和筛选具有优异 TAC 的最佳夹带剂，避免了溶剂回收中新的共沸困难。
（4）启发式过程预测模型从二项交叉影响因素发展到三项并列影响因素，PECI 可以预测和筛选不同进料共沸物的最佳夹带剂。
论文信息
Heuristic process prediction model for screening optimal green entrainers based on TAC and LCA impacts utilizing PSE concepts
Qinggang Xu, Yangyang Wang, Kexin Yin, Hongwei Xu, Jianguang Qi, Peizhe Cui, Zhaoyou Zhu, Yinglong Wang,*(王英龙，青岛科技大学), Limei Zhong, Yixin Ma
Green Chem., 2024, 26, 6735-6747
https://doi.org/10.1039/D4GC00129J
作者简介
青岛科技大学化工学院 20 级化学工程硕士研究生，导师为朱兆友和王英龙教授，研究方向为绿色化工分离过程设计与强化技术和过程系统工程，在Chinese Journal of Chemical Engineering、Separation and Purification Technology和Green Chemistry期刊共发表一作 SCI 论文 4 篇。
本文通讯作者，青岛科技大学教授、博士生导师，主要从事化工过程模拟与系统集成、流体相平衡与热力学特性、环境污染控制与废弃物资源化和分子辨识工程等领域研究，出版教材及译著 7 部。以研究石油和化工行业中多元共沸混合物分离过程为主线，围绕多元共沸物的溶剂结构和分离性能间作用机理，结合人工神经网络算法，开发了满足分离工艺的特定结构溶剂及系列特殊精馏过程综合节能强化工艺。在 AIChE J.、Chem. Eng. Sci.、Ind. Eng. Chem. Res. 和 Chem. Eng. J. 等化学工程领域传统知名期刊上发表 SCI 高水平论文 358 篇，被引用 6300 余次，H 指数41，2 篇论文入选 ESI 高被引论文。常年受邀上述期刊审稿，2017、2018 年分别获得 Energy、The Journal of Chemical Thermodynamics 等期刊的杰出审稿贡献奖。受邀参加国际会议“Global Cleaner Production Conference 2023”并作报告。2023 年入选全球学者学术影响力排名（终身学术影响力榜），2021、2022、2023 年连续三年入选全球前 2% 顶尖科学家榜单。
课题组介绍
青岛科大清洁化工生产与过程强化创新团队由朱兆友教授于 2005 年组建，主要研究方向为过程工业清洁生产、工艺过程强化、分离纯化精密控制和过程系统工程。目前团队拥共有教授 3 人，特聘教授 1 人，副教授 5 人，讲师 2 人，其中，享受国务院政府特殊津贴专家 1 人，入选省级黄大年式教师团队 3 人，入选全球前 2% 顶尖科学家（化学工程）1 人，是一支结构合理，工作认真负责、科研能力强的导学团队。
团队始终高度重视教学工作并坚持“产、教、研、学”深度融合的培养理念，勤奋探索，勇于实践。在实践教学和教学改革等方面取得了累累硕果，团队老师主编或参编《过程模拟热力学》、《Chemical Engineering Thermodynamics》等教材，主持 14 项研究生培养的教研项目，提出“秉承传统，逐本溯源”培养模式，多次受到省、市、校多级有关部门的表彰，获评山东省高校黄大年式教师团队、山东省优秀研究生导学团队。其中英文教材《Chemical Process Simulation: Green, Energy Saving and Precise Control》和探索提出了“一核多维-产教融合-协同创新”化工专业研究生三线制培养模式，在华南理工大学、东南大学等 20 余所高校推广应用，协助培养青年教师 36 人，受益学生千余人。
团队自成立以来，承担国家自然科学基金项目、省部市厅级科研项目 20 项，企业委托横向课题 80 余项，到账总经费上千万元。授权发明专利 90 余件，多项成果实现工业化应用，创造显著的经济效益和社会效益。获得山东省科学技术进步一等奖、中国化工学会科技进步一等奖等省部市厅级科研奖励 30 余项，其中，“基于产业基础技术创新的高品质布洛芬制备与规模化生产”获 2023 年山东省科学技术进步一等奖，“布洛芬清洁高效生产关键技术及其产业化”获 2020 年中国化工学会科技进步一等奖，“原料药清洁化生产关键共性技术及产业化”获 2021 年中国发明协会发明创业创新奖一等奖，《一种缩短布洛芬合成工艺缩酮化反应时间的装置及方法》获中国专利优秀奖。团队将解决实际工业化工程应用技术问题凝练上升至理论研究，在化工领域著名的 AIChE J.、Chem. Eng. Sci.、Ind. Eng. Chem. Res. 等学术期刊上发表 SCI 收录论文 300 余篇。
2005-2023 年，清洁化工生产与过程强化创新团队共培养研究生 151 人，25 人获国家奖学金，多人获省研究生优秀实践成果奖、省优秀硕士论文等荣誉奖励。毕业生进入浙江大学、天津大学、北京化工大学、华南理工大学等高校继续攻读博士学位，或进入知名高校或者中海油、万华和新华等知名企业工作。
期刊介绍
rsc.li/greenchem
Green Chem.
| 2-年影响因子* | 9.3分 |
| 5-年影响因子* | 9.3分 |
| JCR 分区* | Q1 绿色可持续科技 Q1 化学-跨学科 |
| CiteScore 分† | 16.1分 |
| 中位一审周期‡ | 37 天 |
Green Chemistry 专注于绿色化学和可持续性替代技术的最前沿，报道的跨学科研究工作致力于构建对生物和环境友好的技术基础，以期减少化学生产对环境的影响。该刊发表的原创性研究成果代表了绿色化学研究领域的重大进展，具有广泛的吸引力。该刊的论文必须将所报道的新方法与现有方法进行比较，并证明新方法具有的优势，特别是在减少或消除对环境的不良影响方面。
Javier Pérez-Ramírez
🇨🇭 苏黎世联邦理工学院
Editorial board members
‡中位数，仅统计进入同行评审阶段的稿件
📧 RSCChina@rsc.org
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