超额化学势的预测性确定制造技术

披露了用于预测性确定超额化学势的方法，该方法包括以下步骤：a.对溶液中存在的化学物种执行类型分析，以便确定至少一种真实物种，b.将物理量向量与步骤a中确定的每种真实物种相关联，c.对所述物理量向量中的至少一个执行操作，以便确定表观物种的超额化学势。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】超额化学势的预测性确定本专利技术涉及溶液的物理化学特性的预测性确定的领域。溶液的物理化学特性的预测性确定具有重要的工业价值。具体地，由于需要工业设施来处理大体积，因而重要的是尽可能最好地控制使用溶液的制造过程的各种参数，以便确保在设施与过程校准之间的良好匹配。例如，一些设施将无法处理过大的体积，其他设施将仅能够处理液体并且因此将有必要确保不会发生沸腾，并且又其他设施将能够处理气体，但仅在给定的压力范围内，超过该压力范围将出现安全问题。此外，可能有价值的是精确地了解要供应给产品的用于其固化或处理所需的热能的量，以便避免其他的干扰反应和过度的能量消耗。因此，确定工业设施的参数和校准是非常重要的。尽管有时可能通过反复试验来执行这种校准，但此方法并不总是令人满意的，因为它不能保证操作条件是最佳的。因此，使用预测性确定方法(例如使用模拟软件执行的)是特别有价值的。这些预测性确定方法使得可以对分子的活度系数或化学势进行建模。在此方面，从WO2015/175387和WO2012/051242已经知道，通过使用平均电荷密度分布(或电荷密度的分子直方图)的经验算法对每个分子进行近似而在相关溶液中对分子的活度系数进行建模，类似于如下出版物中所描述的方法：Klamt等人，J.Phys.A[物理期刊A]，1998年，第102卷，第26期，第5074-5085页，此方法被称为“西格玛平均方法(sigma-averagingmethod)”。这些模型使用纯物理和组合方法，在某些简单和稀释的水溶液的情况下其可能是令人满意的，但在尝试对其中存在化学平衡、尤其是从构成溶液的分子之间的键合特性推导出的化学缔合(络合、溶剂化、水合等)的平衡的浓缩溶液进行建模时给出的结果与实际情况相差甚远。具体地，这些模型不能反映不同分子之间的化学相互作用。对于包含糖和/或多元醇和/或碳水化合物的浓缩水溶液而言，尤其如此。现在，在工业环境中，溶液内所关注的组分通常是溶质而不是溶剂，并且纯物理和组合方法很少适合这些浓缩水溶液。因此，需要一种用于在工业环境中、特别是在浓缩的或者具有非常高的固体含量的水溶液的情况下来预测性确定平衡的物理化学量的方法。具体地，已经尝试对水溶液进行建模。在此方面，Catté等人(FluidPhaseEquilibria[流体相平衡]，105，1-25，1995)将UNIFAC物理模型与糖被水固定水合的化学模型相结合，以便对相当稀释的水溶液进行建模。然而，申请人已经观察到此类型的模型不适用于浓缩水溶液。本专利技术经由使用一种用于预测性确定表观物种的超额化学势的方法而成功地做到了这一点，该方法包括以下步骤：a.对溶液中存在的化学物种执行类型分析，以便确定至少一种真实物种，b.将物理量向量与步骤a中确定的每种真实物种相关联，c.对所述物理量向量中的至少一个执行操作，以便确定溶液中表观物种的超额化学势。术语“真实物种”意指溶液中存在的且不能总是孤立的化学实体。例如，在山梨糖醇水溶液的情况下，孤立的山梨糖醇、与一个水分子相关联的山梨糖醇、与两个水分子相关联的山梨糖醇和与三个水分子相关联的山梨糖醇将由真实物种的数量而被区分开来。术语“表观物种”意指可以是孤立的、其特性可以容易测量的溶解的物种。例如，在山梨糖醇水溶液的情况下，这一方面是水，并且另一方面是山梨糖醇。“真实物种”和“表观物种”的概念本身是已知的。例如，Prausnitz等人已经在以下参考文本中描述了它们：Molecularthermodynamicsoffluid-phaseequilibria[流体相平衡的分子热力学],Prentice-Hallinternationalseriesinthephysicalandchemicalengineeringsciences[物理和化学工程科学Prentice-Hall国际系列],Prentice-HallPTR.,1999年,第353页。它们还出现在各种出版物中，比如Toure等人的出版物(TheCanadianJournalofChemicalEngineering[加拿大化学工程期刊]93,2015年,第445页以及还有FluidPhaseEquilibria[流体相平衡],2016年,424,第92页)。Achard等人(AIChEjournal[美国化学工程师会志],40(7),1994.1210-1222)和Catté等人的上述出版物在其提及“真实浓度或摩尔分数”时也涉及真实物种的相应特性、以及当其提及“表观浓度或摩尔分数”时也涉及表观物种的相应特性。替代地，真实物种也可以被称为分子实体，并且表观物种也可以被称为化学物种(或分子实体的集合)，比如由IUPAC定义的。该超额化学势由偏摩尔特性来确定，该偏摩尔特性在各种溶液之间进行比较之后得出了化学势。优选地，根据本专利技术的用于预测性确定超额化学势的方法还包括以下步骤，该步骤包括执行铺砌以便用柏拉图立体的组合来近似在步骤a中所确定的每种真实物种，使得其与具有由相同面积的平坦表面区段的组合组成的外表面的形式相关联。确定超额化学势(也被称为超额自由焓)是特别有价值的，因为它使得可以确定溶液的大多数物理化学特性。具体地，溶液的超额化学势尤其有助于反映分子的可用性。术语“化学物种”不旨在限于仅一个给定的分子。同一分子可以对应于几个不同的化学物种，这取决于它是否与一个或多个其他分子相互作用。由于基于化学物种而不是基于分子来进行类型分析的事实，包括对存在的化学物种执行类型分析的步骤可以反映溶液内的相互作用。在此步骤期间，还可以考虑给定物种存在的可能性，以便反映各种物理化学平衡。换句话说，“分子”是混合物中存在的“表观物种”，而“化学物种”是混合物中实际上存在的“真实物种”。例如，该分子可以是山梨糖醇并且对应的化学物种将是山梨糖醇的各种水合状态。在确定存在的各种真实物种的类型之后，有必要事先生成一定数量的输入数据。这些输入数据是从量子计算的结果中得出的，例如以针对每种化学物种的COSMO文件的形式。COSMO文件内容的可视化实例在图3a中示出，其中颜色表示与真实物种相关联的物理量向量的含量值。提醒一下，针对形成化学物种的外表面的每个区段，COSMO文件包括静电势、面积、电荷和表面电荷密度。优选地、并且特别是当物理量向量包括表面电荷密度时，然后通过相同的柏拉图立体的组合来近似所识别的每种化学物种。柏拉图立体是规则的且凸的多面体，具有在其每个面上均相同的外表面，这允许它铺砌三维空间而没有不连续性。因此，使用相同的柏拉图立体是重大创新。具体地，一旦完成量子计算，形成分子外表面的区段就具有各种尺寸；用于对活度系数进行建模的常用方法(尤其是上述模型的那些方法)包括通过适当尺寸的相同平坦表面(通常为正方形或圆形)来经验地平均所述区段的表面电荷密度。通过使用相同的柏拉图立体，表示溶液体积的所有空间都以紧凑的方式被铺砌，并且每个分子具有的外表面均由相同表面的组合组成(由真正的表面区段组成)，这使得可以相互比较分子并且对不同区段之间的相互作用进行建模本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种用于预测性确定表观物种的超额化学势的方法，该方法包括以下步骤：/na.对溶液中存在的化学物种执行类型分析，以便确定至少一种真实物种，/nb.将物理量向量与步骤a中确定的每种真实物种相关联，/nc.对所述物理量向量中的至少一个执行操作，以便确定表观物种的超额化学势。/n

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】20180528 FR 18545251.一种用于预测性确定表观物种的超额化学势的方法，该方法包括以下步骤：
a.对溶液中存在的化学物种执行类型分析，以便确定至少一种真实物种，
b.将物理量向量与步骤a中确定的每种真实物种相关联，
c.对所述物理量向量中的至少一个执行操作，以便确定表观物种的超额化学势。


2.如权利要求1所述的用于预测性确定超额化学势的方法，其中，该溶液是糖和/或多元醇和/或碳水化合物的水溶液。


3.如权利要求1或2所述的用于预测性确定超额化学势的方法，该方法进一步包括以下步骤，该步骤包括执行铺砌以便用柏拉图立体的组合来近似在步骤a中所确定的每种真实物种，使得其与具有由相同面积的平坦表面区段的组合组成的外表面的形式相关联。


4.如权利要求3所述的用于预测性确定超额化学势的方法，其中，该柏拉图立体的组合是二十面体的组合。


5.如权利要求1至4中任一项所述的用于预测性确定超额化学势的方法，其中，所述物理量向量中的至少一个包含选自电荷密度、形成氢键作为氢原子供体的趋势、形成氢键作为氢原子受体的趋势、以及静电势的物理量。


6.如权利要求1至5中任一项所述的用于预测性确定超额化学势的方法，其中，该存在的化学物种的类型分析使得能够在同一分子的各种络合状态之间进行区分。


7.如权利要求1至6中任一项所述的用于预测性确定超额化学...

【专利技术属性】
技术研发人员：O·图雷，B·博伊特，CG·迪萨，
申请(专利权)人：罗盖特公司，
类型：发明
国别省市：法国;FR