一种混脂醇生物抑芽剂生产工艺参数确定方法

本发明属于混脂醇生物抑芽剂生产，具体而言，涉及一种混脂醇生物抑芽剂生产工艺参数确定方法。

背景技术：

1、混脂醇类生物抑芽剂是一种新型的植物生长调节剂，在农业生产中具有广泛的应用前景。这类物质能够有效抑制植物腋芽的萌芽和生长，在烟草抑芽、农作物储藏、种子处理和果树修剪等领域发挥重要作用。近年来，随着人们对食品安全和环境保护意识的提高，生物抑芽剂逐渐取代了传统的化学抑芽剂，成为研究热点。

2、目前，混脂醇类生物抑芽剂的生产主要依赖于从天然植物中提取或通过化学合成的方法。从植物中提取的方法虽然绿色环保，但存在原料来源受限、提取效率低、成本高等问题。而化学合成法虽然可以实现规模化生产，但往往存在反应条件苛刻、副产物多、产品纯度不高等缺点。

3、在现有的混脂醇生物抑芽剂生产工艺中，参数的确定通常依赖于经验法则和反复试错。这种方法不仅耗时耗力，而且难以获得最优的工艺参数组合。特别是在面对复杂的多组分体系时，传统的优化方法往往难以兼顾各个参数之间的相互影响，导致最终得到的工艺参数可能只是局部最优解。

4、此外，现有技术中对原料和产品的分析往往不够全面，这可能导致在后续的工艺优化过程中忽略了某些关键因素。例如，原料中微量杂质的存在可能对反应过程产生显著影响，而产品中某些微量组分可能是决定生物活性的关键。因此，如何全面准确地分析原料和产品组成，成为优化生产工艺的一个重要挑战。

5、另一个普遍存在的问题是，实验室优化的工艺参数往往难以直接应用于工业化生产。这主要是由于实验室小试和工业化生产在反应器规模、传热传质条件等方面存在显著差异。如何建立一种可靠的方法，将实验室优化结果有效地转化为工业化生产参数，是当前面临的一个重要技术难题。

6、综上所述，现有的混脂醇生物抑芽剂生产工艺参数往往通过人工经验和反复试错进行设定，难以获得最优的工艺参数组合。

技术实现思路

1、有鉴于此，本发明提供一种混脂醇生物抑芽剂生产工艺参数确定方法，能够解决现有的混脂醇生物抑芽剂生产工艺参数往往通过人工经验和反复试错进行设定，难以获得最优的工艺参数组合的技术问题。

2、本发明是这样实现的：

3、本发明提供一种混脂醇生物抑芽剂生产工艺参数确定方法，其中，包括以下步骤：

4、s10、对混脂醇生物抑芽剂生产的原料进行全面分析，包括物理性质、化学组成、杂质含量、稳定性和反应活性，并确定生产得到的混脂醇目标馏分的主要活性组分；

5、s20、根据所述主要活性组分的分子信息，根据结构相似性和反应活性原则选择前体化合物，并通过实验室合成确定最优化学合成路线；

6、s30、根据所述物理性质以及所述最优化学合成路线,建立合成参数方程组,包括物料平衡方程、反应动力学方程、热量平衡方程、相平衡方程、传质传热方程以及质量转移方程；

7、s40、基于预设的初始参数,代入所述合成参数方程组,求解得到所述合成参数的范围；

8、s50、根据所述初始参数、所述合成参数的范围,设计正交试验,得到正交试验结果，包括每一种合成参数组合及其对应的产品收率质量向量；

9、s60、根据所述正交试验结果利用遗传算法，以产品收率为适应度函数，以合成参数组合为基因编码，以正交试验结果为初始种群，迭代执行得到最优的多个合成参数组合；

10、s70、在中试规模下验证所述多个合成参数组合，并根据实际生产情况进行微调，得到最优的成参数组合作为混脂醇生物抑芽剂生产工艺的最优参数。

11、其中，所述确定生产得到的混脂醇目标馏分的主要活性组分的方法为气相色谱-质谱联用的方法。

12、进一步的，所述合成参数包括反应温度、反应时间、催化剂用量、原料配比、反应压力、搅拌速度、ph值、分馏温度、分馏回流比、溶剂用量、反应器尺寸、进料速率、冷却水流量、分离效率。

13、进一步的，所述预设的初始参数包括反应物的初始浓度、反应器的初始温度和压力、催化剂的初始活性、原料的纯度和配比、反应介质的初始ph值。

14、所述物料平衡方程，具体表示为：

15、

16、式中，ci为组分i的浓度；t为时间；u为流体速度矢量；di为组分i的扩散系数；ri为组分i的反应速率；

17、扩散系数di通过wilke-chang方程估算:

18、

19、式中，x为溶剂的结合因子；m为溶剂的分子量；t为温度；η为溶剂的粘度；va为溶质在沸点时的摩尔体积。

20、所述反应动力学方程，具体表示为：

21、

22、式中，rj为反应j的速率；kj为反应j的速率常数,n为反应级数；ci为反应物i的浓度；αij为反应j中反应物i的反应级数；ea,j为反应j的活化能；r为气体常数；t为温度；ke为平衡常数；βij为反应j中产物i的化学计量系数；

23、速率常数kj通过arrhenius方程计算:

24、

25、其中aj是指前因子,通过实验数据拟合得到。

26、所述热量平衡方程，具体表示为：

27、

28、式中，ρ为流体密度；cp为流体比热容；t为温度；t为时间；u为流体速度矢量；k为热导率；δhj为反应j的反应热；rj为反应j的速率；q为外部热源项。

29、所述相平衡方程，具体表示为：

30、

31、式中，yi为气相中组分i的摩尔分数；p为系统总压；γi为组分i的活度系数；xi为液相中组分i的摩尔分数；为组分i的饱和蒸气压；为组分i的液相摩尔体积；r为气体常数；t为温度。

32、所述传质传热方程，具体表示为：

33、

34、式中，ct为总摩尔浓度；xi为组分i的摩尔分数；ni为组分i的摩尔通量；为组分i和j之间的maxwell-stefan扩散系数；

35、对于传热,使用傅里叶定律:

36、

37、式中，q为热通量；k为热导率；t为温度。

38、所述质量转移方程，具体表示为：

39、

40、式中，na为组分a的传质速率；kl为总传质系数；a为比表面积；为界面处组分a的平衡浓度；ca为液相中组分a的浓度；

41、总传质系数kl通过下式计算:

42、

43、其中kl和kg分别是液相和气相的传质系数，h是亨利常数。

44、具体而言，所述步骤s10，具体包括：

45、步骤101、通过物理性质测试，如比重、沸程、粘度等，确定混脂醇生物抑芽剂生产的原料的物理状态；

46、步骤102、采用化学分析手段，如元素分析、红外光谱、核磁共振等，确定所述原料的化学组成；

47、步骤103、测定原料中无机杂质、有机杂质的含量，并分析这些杂质对后续反应的可能影响；

48、步骤104、对原料的热稳定性和反应活性进行评估，以确保其在生产过程中的安全性和反应可控性；

49、步骤105、采用气相色谱-质谱联用技术分析生产得到的混脂醇目标馏分，确定其主要活性组分的分子结构信息。

50、其中，所述步骤s20的具体步骤包括：

51、步骤201、根据目标产物的分子结构,结合类似化合物的反应活性,从可得到的原料出发,初步设计几条潜在的合成路线；

52、步骤202、在实验室小试条件下,对上述几条合成路线进行验证和优化,通过对反应条件、收率、副产物等因素的综合考量,确定最优的化学合成路线。

53、其中,所述步骤s30的具体实施方式包括：

54、步骤301、根据确定的最优合成路线,列出各个反应步骤的物料平衡方程、反应动力学方程、热量平衡方程等,建立描述整个合成过程的参数方程组；

55、步骤302、建立相平衡方程、传质传热方程和质量转移方程,以描述分离提纯过程中的相平衡状态和传质传热行为；

56、步骤303、通过经验公式或实验测定的方式,确定各种物性参数,如溶剂的粘度、扩散系数、热导率等。

57、其中,所述步骤s40的具体实施方式包括：

58、步骤401、设定一组合理的初始参数,包括反应物浓度、反应器温压、催化剂活性、原料纯度等；

59、步骤402、将上述初始参数代入步骤s30建立的参数方程组,通过数值求解的方式,得到各个工艺参数的取值范围；

60、步骤403、在确定参数取值范围时,不仅要满足产品收率和质量的要求,还要考虑工艺的安全性和经济性。

61、其中,所述步骤s50的具体实施方式包括：

62、步骤501、根据步骤s40确定的参数取值范围,采用正交试验设计的方法,设计出一组代表性的工艺参数组合；

63、步骤502、在中试规模下进行实际生产,测定每个参数组合对应的产品收率和质量指标；

64、步骤503、将上述实验数据作为后续参数优化的依据。

65、其中,所述步骤s60的具体实施方式包括：

66、步骤601、将每种参数组合编码为一个基因序列,并将产品收率作为适应度函数；

67、步骤602、根据步骤s50的正交试验结果,设定初始种群；

68、步骤603、采用选择、交叉、变异等遗传算子,迭代优化基因序列,以不断提高适应度函数值,最终得到多个优化的参数组合方案。

69、其中,所述步骤s70的具体实施方式包括：

70、步骤701、选取步骤s60中得到的几个优化参数组合,在中试装置上进行生产验证；

71、步骤702、在中试过程中,继续观察和分析产品收率、质量稳定性、能耗等关键指标；

72、步骤703、根据实际生产情况,适当调整参数,最终确定一个综合性能最佳的最优工艺参数组合。

73、与现有技术相比较，本发明提供的一种混脂醇生物抑芽剂生产工艺参数确定方法的有益效果是：

74、首先，本发明采用全面的原料和产品分析方法，特别是利用气相色谱-质谱联用技术对目标馏分进行详细分析，能够准确识别产品中的主要活性组分。这不仅为后续的合成路线设计提供了可靠依据，还有助于深入理解产品的结构-活性关系，为进一步优化产品性能奠定基础。相比现有技术，这种分析方法更加全面和精确，能够捕捉到可能影响反应过程和产品性能的微量组分。

75、其次，本发明通过建立涵盖整个生产过程的参数方程组，将复杂的化学反应和分离过程数学化。这种方法相比于传统的经验法则，能够更加准确地描述各个工艺参数之间的相互关系，为后续的参数优化提供了可靠的理论基础。特别是，这种数学模型能够考虑到反应动力学、传质传热、相平衡等多个方面，从而实现对工艺过程的全面优化。

76、第三，本发明采用正交试验设计结合遗传算法的方法进行参数优化，相比传统的单因素试验或梯度下降法，具有更高的优化效率和更强的全局搜索能力。正交试验设计可以在最少的试验次数内获得最大限度的信息，而遗传算法则能够有效避免陷入局部最优解。这种组合优化方法不仅大大提高了参数优化的效率，还能够得到更接近全局最优的参数组合。

77、第四，本发明通过在中试规模下验证和微调优化参数，有效解决了实验室优化结果难以直接应用于工业化生产的问题。这种方法考虑了从小试到中试再到工业化生产过程中可能出现的尺度效应，确保了最终确定的工艺参数具有实际可操作性和可靠性。

78、综上所述，本发明解决了现有的混脂醇生物抑芽剂生产工艺参数往往通过人工经验和反复试错进行设定，难以获得最优的工艺参数组合的技术问题。